I cambiamenti climatici allungano la giornata e scompaginano gli orologi del pianeta

La rotazione della Terra sta rallentando per colpa del clima

Le ultime scoperte dei geofisici confermano qualcosa di straordinario: lo scioglimento dei ghiacciai e l’innalzamento degli oceani stanno effettivamente frenando la rotazione del nostro pianeta. Le variazioni si misurano in millesimi di secondo, ma il loro ritmo e le loro conseguenze preoccupano seriamente gli esperti di misurazione del tempo.

Per molti anni i dati indicavano che la giornata si stava leggermente accorciando nell’ultimo mezzo secolo. Ora la tendenza si è invertita. Un team di ricercatori che ha pubblicato i propri risultati sul Journal of Geophysical Research: Solid Earth dimostra che la durata del giorno ha ricominciato a crescere, a un ritmo quasi senza precedenti nella storia geologica della Terra.

1,33 millisecondi per secolo: un numero piccolo con implicazioni enormi

Secondo le stime degli scienziati, la giornata si allunga attualmente di circa 1,33 millisecondi ogni cento anni, soprattutto a causa dell’attività umana. A prima vista sembra una sciocchezza. Non ti perdi un episodio della tua serie preferita per questo, né dormi apprezzabilmente di più. Il problema è altrove.

Un cambiamento così rapido nella rotazione planetaria in un arco di tempo così breve non dovrebbe verificarsi in assenza di un fattore esterno molto potente. Scienziati di numerose università concordano: il riscaldamento globale ha interferito con un meccanismo che funzionava, praticamente invariato, da milioni di anni.

La distribuzione della massa d’acqua sulla Terra sta mutando più velocemente che in qualsiasi altro momento della storia recente. Quando enormi quantità d’acqua migrano dalle regioni polari verso l’equatore, il momento d’inerzia terrestre aumenta e la rotazione rallenta.

L’effetto pattinatore applicato a scala planetaria

Gli scienziati spiegano questo fenomeno con un’analogia semplice e immediata: quella della pattinatrice artistica sul ghiaccio. Quando avvicina le braccia al corpo, la sua rotazione accelera. Quando le allarga, rallenta. È la legge di conservazione del momento angolare: la massa concentrata vicino all’asse di rotazione aumenta la velocità, quella distribuita più lontano la riduce.

Con la Terra accade qualcosa di molto simile. Quando ghiacciai e calotte polari sono estesi, una massa d’acqua enorme rimane concentrata vicino ai poli. Man mano che il ghiaccio si scioglie, quella massa migra negli oceani spostandosi verso latitudini più basse. Di conseguenza, il momento d’inerzia del pianeta cresce e la sua rotazione si fa leggermente più lenta.

In passato, cambiamenti di questo tipo avvenivano con estrema lentezza e derivavano da processi naturali: l’attrazione lunare, i movimenti delle placche tettoniche, la deformazione graduale della crosta terrestre o le oscillazioni del nucleo. Questi fattori geologici di fondo tendevano però ad agire in senso opposto, accelerando la rotazione piuttosto che frenandola.

Ricercatori del Massachusetts Institute of Technology e di altre istituzioni hanno documentato che dal 2000 il ritmo dei cambiamenti è accelerato in modo drammatico. Nei database dei registri geologici non hanno trovato nulla di paragonabile in un periodo così breve. La scoperta è emersa dall’analisi dei dati raccolti dai satelliti GRACE e GRACE-FO, che monitorano il campo gravitazionale terrestre.

Cosa rivelano i registri del tempo geologico profondo

Per capire quanto sia eccezionale il momento attuale, i ricercatori si sono spinti indietro nel tempo fino a 3,6 milioni di anni fa, nell’era del Pliocene. Non disponevano ovviamente di orologi di quell’epoca, quindi hanno attinto agli “archivi” conservati nelle rocce e nei fossili.

Al centro della loro attenzione c’erano organismi microscopici: i foraminiferi bentonici, creature che un tempo abitavano i fondali oceanici. I loro gusci contengono elementi i cui rapporti variavano in funzione del livello dei mari. Più acqua era intrappolata nei ghiacciai, più i livelli degli oceani erano bassi. Quando il ghiaccio si scioglieva, i mari salivano.

Analizzando la composizione chimica di questi fossili in strati geologici successivi, i ricercatori hanno potuto ricostruire diversi aspetti cruciali:

• come variavano i livelli dei mari nelle diverse epoche
• cosa accadeva alle calotte glaciali in Groenlandia e in Antartide
• come questi cambiamenti nella distribuzione della massa influenzavano la rotazione terrestre
• quale fosse la reale durata del giorno milioni di anni fa
• quali periodi mostravano un ritmo di cambiamento simile a quello attuale
• qual era la differenza tra fattori naturali e fattori antropogenici

I dati del passato sono ovviamente incompleti. È qui che sono entrati in gioco strumenti matematici moderni. Il team ha utilizzato un algoritmo di deep learning che ha “appreso” i pattern nei frammenti noti del registro e ha poi ricostruito con una certa probabilità i periodi mancanti, permettendo di tracciare l’evoluzione della durata del giorno in una prospettiva di diversi milioni di anni.

I ricercatori dell’Università della California hanno analizzato sedimenti dell’Oceano Pacifico e dell’Atlantico. In questa enorme banca dati di tempi ed eventi, hanno trovato una sola episodio paragonabile al ritmo attuale di allungamento della giornata: quello avvenuto circa 2 milioni di anni fa, quando la Terra entrava in un periodo di forti oscillazioni climatiche legate a naturali cicli orbitali.

Perché il cambiamento attuale non ha precedenti nella storia recente

All’epoca, le calotte glaciali si espandevano e si contraevano in cicli della durata di decine di migliaia di anni. Di conseguenza, la massa d’acqua si spostava tra i poli e il resto del pianeta, rallentando effettivamente la rotazione. La differenza fondamentale è che quel processo si svolgeva in lunghissimi cicli astronomici, mentre quello attuale è guidato dall’uomo in un arco di tempo misurabile in decenni.

Gli autori della ricerca sottolineano che dall’inizio del XXI secolo è accaduto qualcosa di senza precedenti nella scala della civiltà umana. In appena due decenni, la durata del giorno ha cominciato ad aumentare a un ritmo che i fattori naturali avrebbero impiegato interi millenni a produrre.

Gli scienziati affermano senza mezzi termini: l’anomalia attuale ha carattere antropogenico, ovvero deriva dall’attività umana e dalle emissioni di gas serra. Il clima ha smesso di “contribuire” alle oscillazioni naturali: è diventato il protagonista principale che modifica il modo in cui il nostro pianeta ruota. Tanto che un ritmo di allungamento del giorno paragonabile a quello attuale è stato trovato dai ricercatori solo una volta negli ultimi 3,6 milioni di anni.

Se le emissioni di gas serra rimarranno ai livelli attuali, gli scienziati stimano che entro la fine del XXI secolo il ritmo di allungamento della giornata potrebbe raggiungere circa 2,62 millisecondi per secolo. Un valore superiore all’influenza che la Luna esercita sulla rotazione terrestre.

Quando gli orologi atomici cesseranno di concordare con la rotazione del pianeta

Dal punto di vista della vita quotidiana, questi millisecondi sono impercettibili. Dal punto di vista delle tecnologie su cui si regge la civiltà moderna, è tutta un’altra storia. I climatologi del Goddard Institute for Space Studies avvertono che gli effetti si accumuleranno più rapidamente di quanto si ritenesse inizialmente.

Il mondo contemporaneo funziona perché quasi tutto condivide un unico riferimento temporale preciso e comune. Reti informatiche, internet, satelliti, mercati finanziari: ovunque i frazioni di secondo sono fondamentali. La base di tutto sono gli orologi atomici sincronizzati a livello globale e collegati al cosiddetto Tempo Universale Coordinato, l’UTC.

Anche una minima discrepanza tra il tempo atomico e la reale rotazione terrestre può richiedere costose correzioni all’intera infrastruttura digitale. Finora la soluzione erano i cosiddetti secondi intercalari, aggiunti di tanto in tanto per “recuperare” la variazione nella velocità di rotazione. La portata delle perturbazioni descritte nei nuovi studi suggerisce che in futuro tali aggiustamenti potrebbero non essere più sufficienti, o diventare difficilmente applicabili nella forma attuale.

Le potenziali conseguenze riguarderanno tra l’altro:

• i sistemi GPS e altre navigazioni satellitari, che richiedono una sincronizzazione straordinariamente precisa
• le reti energetiche che bilanciano in tempo reale produzione e consumo di elettricità
• le comunicazioni satellitari e le osservazioni climatiche dall’orbita, che avranno bisogno di nuove calibrazioni
• gli algoritmi di borsa che eseguono transazioni in millisecondi e dovranno tener conto di nuovi parametri

Gli ingegneri dell’Agenzia Spaziale Europea stanno già lavorando su sistemi capaci di compensare automaticamente questi cambiamenti. Gli scienziati rassicurano che i problemi cumulativi emergeranno più probabilmente in un futuro lontano che nel corso della vita delle generazioni attuali. Ciò non toglie che già oggi occorra tenere conto di questi mutamenti nella progettazione di sistemi destinati a funzionare perfettamente per decenni.

Millisecondi come avvertimento per le generazioni future

Il rallentamento della rotazione terrestre potrebbe essere liquidato come un “dettaglio cosmico” di interesse esclusivo per i geofisici. Questo modo di pensare conduce facilmente a una conclusione errata: che si tratti di una semplice curiosità scientifica. In realtà abbiamo di fronte un altro segnale chiarissimo di quanto profondamente l’umanità stia interferendo con il funzionamento dell’intero pianeta.

Stiamo ridisegnando non solo il clima, ma anche la distribuzione della massa terrestre, il suo movimento e gli orologi con cui si definisce il tempo. Le generazioni future dovranno gestire un’infrastruttura temporale sempre più complessa, adattata a un pianeta che non ruota più come faceva nel XX secolo.

Dal punto di vista pratico, ogni grado aggiuntivo di riscaldamento non significa soltanto fenomeni meteorologici estremi e migrazioni di milioni di persone dalle aree inondate. Significa anche una serie di spostamenti silenziosi e difficilmente reversibili nel “meccanismo” stesso della Terra. L’effetto sulla durata del giorno è uno di questi: invisibile sull’orologio da polso, ma chiarissimo nei dati scientifici. Non resta che sperare che riusciamo a prendere sul serio questi segnali in tempo utile e ad adeguare di conseguenza le nostre azioni.