В ежедневието продължителността на денонощието се възприема като постоянна величина. Общоприетият стандарт за гражданско време разделя деня точно на 24 часа, или на 86 400 секунди. Само че астрономическата реалност е по-сложна. Скоростта, с която планетата извършва пълен оборот около собствената си ос, не е постоянна величина. Реалното време за едно завъртане непрекъснато варира с точност до части от милисекунда, а в мащаба на вековете Земята постепенно и неумолимо забавя хода си. През цялата история на науката за основни причини за това забавяне се считаха естествените астрономически и геоложки сили. На първо място сред тях заема гравитацията на Луната. Предизвиканите от нея океански приливи създават постоянно съпротивление срещу въртенето на планетата. Вторият по важност фактор са процесите в дълбоките недра: придвижването на маси от разтопено желязо във външното ядро и бавното изправяне на земната кора, която се освобождава от тежестта на древните ледници, разтопили се преди хиляди години. През 21-ви век към тези природни процеси се прибавя и човешката дейност. Първият доказан климатичен фактор за забавянето се оказва топенето на полярните ледени щитове. Водата, натрупвана в продължение на хилядолетия в ледниците на Гренландия и Антарктида, се топи и се влива в Световния океан. Под действието на центробежните сили тази маса вода се преразпределя по-близо до екваториалния пояс. В резултат на това Земята леко увеличава диаметъра си в екваториалната област, инерцията ѝ нараства, а въртенето ѝ се забавя. Само че топенето на полярните ледове не е единственият начин, по който човек влияе върху въртенето на планетата. Международна група изследователи публикува в списанието npj Climate and Atmospheric Science статия, която доказва съществуването на втори, напълно независим атмосферен механизъм. Затоплянето на приземния слой въздух води до мащабна промяна в движението на въздушните маси. Атмосферата започва да се движи по-бързо в посоката на въртене на планетата, като отнема част от механичния импулс на твърдата повърхност на Земята. За да разберем как нагретият въздух може да повлияе на движението на трилиони тона твърда скална маса, трябва да се обърнем към закона за съхранението на момента на импулса. Моментът на импулса е физична величина, която характеризира количеството на въртеливото движение. Той зависи от масата на въртящото се тяло, разпределението на тази маса спрямо оста на въртене и скоростта на самото въртене. В космическото пространство Земята, заедно с океаните, недрата и атмосферата, представлява затворена механична система. Външните сили, като слънчевото и лунното притегляне, действат предсказуемо и бавно. Затова вътре в самата система важи строго правило: сумарният импулсен момент на планетата и нейната газова обвивка трябва да остава непроменен. Ако разделим планетата на две части, тоест твърда повърхност и обкръжаващата я атмосфера, между тях възниква строга механична взаимосвързаност. Всяка промяна в импулсния момент на въздушната обвивка трябва да се компенсира с промяна в импулсния момент на твърдата кора, която е точно същата по величина, но с противоположен знак. Това означава, че когато въздухът в глобален мащаб започне да се движи от запад на изток по-бързо, твърдата Земя под него трябва да забави своето въртене от запад на изток. За човека промените, измервани в хилядни от секундата, са незабележими. Масата на твърдата част на планетата е колосална, а нейното съпротивление срещу промяната в скоростта на въртене се изразява чрез величината на полярния инерционен момент, която възлиза на около 80 септилиона kg·m². За да се забави въртенето на толкова огромна маса дори с една миниатюрна част от секундата на ден, е необходима гигантска механична енергия. Източникът на тази енергия е топлината, която се натрупва в атмосферата поради емисиите на парникови газове. Ъгловият момент на атмосферата се състои от 2 различни физически компонента: Масовата съставна част. Тя отразява как точно е разпределена масата на въздуха по планетата спрямо нейната ос на въртене. Ако зоните с повишено атмосферно налягане средно се изместват по-близо до екватора, тоест по-далеч от оста на въртене, импулсният момент на атмосферата се увеличава дори при неподвижен въздух. Величината на тази съставна част учените изчисляват по картите на приземното налягане. Динамична съставна част. Тя се определя непосредствено от движението на въздушните маси спрямо повърхността. За да я определят, метеоролозите изчисляват скоростта на зоналните ветрове, въздушните потоци, духащи строго по паралелите от запад на изток или от изток на запад, и сумират тези стойности по цялата височина на атмосферата от земята до горните слоеве на тропосферата. След като анализираха изчисленията на съвременните климатични модели, учените установиха, че именно динамичната компонента е отговорна за преобладаващата част от ефекта. Скоростта на нарастване на динамичната съставна се оказа приблизително 10 пъти по-висока от тази на масовата. Повече от 90% от нарастването на атмосферния импулсен момент се дължи на прякото ускорение на вятъра, а едва по-малко от 10% е свързано с преразпределението на зоните на налягане. С други думи, планетата се забавя не от масата на въздуха, а от скоростта на неговото движение. За да може движещият се въздух да забави въртенето на твърдата кора, между тях трябва да възникне силово взаимодействие. Механичният контакт между атмосферата и повърхността на планетата се осъществява по два начина: чрез налягане върху планинските прегради и чрез триене по повърхността на сушата и океана. Вторият начин на взаимодействие е тангенциалното триене на вятъра върху почвата, растителността и вълните на Световния океан. В района на екватора приземните пасати духат от изток на запад и чрез триенето си предават на земната кора въртящ импулс напред, подтиквайки планетата по посоката на въртене. В умерените ширини, напротив, преобладават западните ветрове, които създават спиращо съпротивление. В условията на затопляне интензивността на източните пасати намалява, а скоростта на западните ветрове в умерените ширини се увеличава. Това означава, че атмосферата предава на кората все по-малко полезен ускоряващ импулс на екватора и създава повече възпиращо триене в средните ширини. В резултат и двата процеса действат синхронно: съпротивлението по планинските вериги нараства, а подтискащото триене близо до повърхността изчезва. Въздухът запазва набраната скорост, а земната кора бавно намалява скоростта си на въртене. Забавянето на въртенето на Земята, дължащо се на ускоряването на ветровете, не протича изолирано. То се наслагва върху ефект с аналогичен знак, тоест топенето на полярните ледове. Топенето на ледниците в Гренландия и Антарктида води до преместване на гигантски обеми вода в океаните и нейното изместване към екватора. Според последните изчисления на геодезистите, до края на настоящия век преразпределението на топящата се вода може да удължи продължителността на денонощието с още до 2,62 ms за столетие. Тази цифра е съпоставима с цялото гравитационно въздействие на Луната. По този начин затоплянето въздейства върху механиката на планетата едновременно от две страни: Забавянето във въртенето на Земята с части от ms на денонощие не оказва влияние върху биологичния живот, но създава преки проблеми за високотехнологичната инфраструктура. В света съществуват 2 основни времеви скали. Първата е Международното атомно време, основано на квантови преходи в атомите на цезия. То се характеризира с изключителна стабилност и се отклонява с по-малко от секунда за милиони години. Втората скала е универсалното астрономическо време, което е обвързано с реалното физическо въртене на Земята около собствената ѝ ос. Тъй като въртенето на планетата се забавя, астрономическото време постоянно изостава от атомните стандарти. За да се премахне тази разлика, Международната служба за въртенето на Земята редовно добавя към световното координирано време така наречената координираща секунда. Процедурата по добавяне на допълнителна секунда е изключително сложна за компютърните мрежи. Нередовните скокове от по една секунда водят до сривове в операционните системи, нарушават синхронизацията на финансовите транзакции на борсите и предизвикват грешки в базите данни и протоколите на облачните услуги. Освен това работата на сателитните навигационни системи, като GPS, ГЛОНАСС и Galileo, зависи от познаването на прецизната скорост на въртене на планетата. За да определят координатите на приемника на повърхността с точност до метър или сантиметър, бордовите компютри на сателитите трябва в реално време да отчитат точното положение на всеки участък от земната кора спрямо инерциалното пространство. Грешка във времето на въртене дори с части от милисекунда води до натрупване на координатни отклонения при навигацията на самолети, морски кораби, безпилотни превозни средства и космически апарати. Новите данни показват, че климатичните модели вече не са инструмент само за еколозите и синоптиците. Промяната в движението на въздушните маси, предизвикана от индустриалното развитие, променя механиката на Земята като космическо тяло, превръщайки климата в действащ фактор за фундаменталната геодезия и хронометрията. • Повърхността на Земята не е гладка. Най-големите планински системи, Кордилерите в Северна Америка, Андите в Южна Америка и Хималаите в Евразия, се простират напречно на преобладаващите ветрови потоци. • Когато въздушната маса се сблъска с планинска преграда, пред нея и зад нея възниква разлика в налягането. Ако на източните склонове на планинските масиви се образува зона с повишено атмосферно налягане, а на западните зона с понижено налягане, възниква насочена механична сила. Тази разлика в налягането буквално изтласква планините на запад. • Тъй като самата планета се върти от запад на изток, силата на въздушното налягане се оказва насочена строго срещу посоката на въртене на Земята. Изчисленията показват, че затоплянето на планинските райони, намаляването на снежната покривка и топенето на високопланинските ледници засилват локалните термични контрасти. В резултат на това разликата в наляганията на противоположните склонове на планините се увеличава, а съпротивлението срещу въртенето на планетата от страна на релефа нараства.