0,00000006 Sekunden länger – was ein Damm mit deiner Zeit macht
Drehbewegungen der Erde bestimmen unsere fundamentale Zeiterfahrung: Die Eigenrotation unseres Planeten um seine Achse sorgt für den Wechsel von hell und dunkel und konstituiert damit Tag und Nacht. Die Drehung der Erde um die Sonne wiederum definiert das Jahr und führt – zusammen mit der Neigung der Rotationsachse um gut 23 Grad – zu den unterschiedlichen Jahreszeiten. Tag und Nacht sind in ihrer Länge veränderlich, doch der eigentliche Tag – also eine Umdrehung der Erde um sich selber – ist immer gleich lang: 24 Stunden.
Tatsache ist jedoch: Kein Tag ist genau gleich lang – die Erde dreht sich nicht vollkommen gleichmässig. Nur sind die Unterschiede so winzig, dass wir sie ohne präziseste Messinstrumente gar nicht wahrnehmen könnten. Mit der Zeit summieren sich die Effekte aber: In der Kreidezeit vor 70 Millionen Jahren, der Blütezeit der Dinosaurier, dauerte ein Tag nur 23 Stunden und 31 Minuten. Seither hat sich die Erdrotation abgebremst.
Die Tage werden länger
Viele Faktoren beeinflussen diese Rotation, etwa Vorgänge im Erdkern, der Klimawandel oder die Gravitationswirkung des Mondes, die die Gezeiten hervorruft, die wiederum durch ihre Reibung die Erdrotation verlangsamen – was dazu führt, dass der Tag in einem Jahrhundert um etwa 2 Millisekunden länger wird. Oder Erdbeben, wie 2011 das Tōhoku-Erdbeben in Japan, das die Drehung der Erde um 1,8 Millionstelsekunden beschleunigte und auch den nuklearen Störfall im AKW Fukushima verursachte.
Und erstaunlicherweise können sogar menschliche Aktivitäten die Erdrotation minim beeinflussen – beispielsweise durch gigantische Bauwerke oder durch den Wasserverbrauch. Wie ist das möglich?
Beispiel Drei-Schluchten-Damm
Ein Bauwerk, das ausreichend gigantisch ist, um die Erdrotation zu verringern und damit den Tag zu verlängern, ist der Drei-Schluchten-Damm am Jangtsekiang in China. Der Bau dieser Talsperre der Superlative verschlang 28 Millionen Kubikmeter Beton und so viel Stahl, dass man damit 63 Eiffeltürme hätte bauen können. Er fasst 40 Milliarden Kubikmeter Wasser, etwa so viel wie 16 Millionen olympische Schwimmbecken. Der NASA-Wissenschaftler Dr. Benjamin Fong Chao hat bereits 2005 berechnet, dass diese Konzentration von Masse auf kleinem Raum die Erdrotation verändern kann: Bei voller Füllung verlängert der Stausee des Drei-Schluchten-Dams den Tag um 0,06 Mikrosekunden. Das sind 60 Milliardstel Sekunden oder 0,00000006 Sekunden.
Obendrein schafft es diese Masse, die beiden Pole der Erde um etwa 2 Zentimeter zu verschieben. Der tatsächliche Betrag ändert sich jedoch laufend. Laut Maik Thomas und Robert Dill vom Deutschen GeoForschungsZentrum gibt es «eine mehr oder weniger saisonale Schwankung der Erdrotation aufgrund der jahreszeitlichen Veränderungen des Wasserstands».
Trägheitsmoment und Drehimpuls
Die Mechanismen, die dazu führen, dass die Masse des Drei-Schluchten-Stausees die Erdrotation beeinflusst, sind zum einen das sogenannte Trägheitsmoment, zum andern der Drehimpuls. Das Trägheitsmoment gibt die Trägheit eines starren Körpers gegenüber einer Änderung seiner Winkelgeschwindigkeit bei der Drehung um eine gegebene Achse an. Je mehr Masse ein Objekt hat und je weiter diese Masse vom Drehpunkt entfernt ist, desto stärker widersteht es einer Drehung. Der Drehimpuls beschreibt die Gesamtmenge an Drehbewegung, die ein Objekt besitzt, und die sowohl von der Drehgeschwindigkeit als auch von der Verteilung der Masse des Objekts abhängt. Der Drehimpuls bleibt in einem System stets erhalten, kann sich also nicht ändern.
Um dies zu verdeutlichen, wird meist das Beispiel von Eiskunstläufern herangezogen. Sie drehen sich relativ langsam, wenn ihre Arme ausgestreckt sind. Sobald sie aber ihre Arme an den Körper heranziehen, drehen sie deutlich schneller. Das liegt daran, dass ihr Gesamtdrehimpuls gleich bleiben muss: Ziehen sie die Arme an den Körper, verringert sich der Abstand ihrer Gesamtmasse von der Drehachse. Die Drehgeschwindigkeit muss dann zunehmen, um denselben Drehimpuls beizubehalten.
Beim Drei-Schluchten-Damm, der an seiner höchsten Stelle 185 Meter über dem Meeresspiegel liegt, ist es – um beim Bild des Eiskunstläufers zu bleiben – so, als ob die Arme vom Körper weggestreckt werden: Wenn der Stausee voll ist, haben sich sowohl die lokale Masse als auch deren Abstand von der Rotationsachse der Erde vergrössert. Das Trägheitsmoment steigt damit an, wodurch die Erdrotation in extrem geringem Ausmass abgebremst wird.
Der Mond entfernt sich
Auch das Erde-Mond-System ist dieser Erhaltung des Drehimpulses unterworfen. Da die Wechselwirkung zwischen der Erde und ihrem Trabanten die Erdrotation verlangsamt, muss das System entsprechend weniger kompakt werden, damit der gesamte Drehimpuls erhalten bleibt – mit anderen Worten: Der Mond entfernt sich allmählich von der Erde, und zwar mit einer Geschwindigkeit von 3,8 Zentimetern pro Jahr.
Schrumpfender Aralsee
Der Drei-Schluchten-Damm ist übrigens nicht der grösste anthropogene Faktor, der die Erdrotation beeinflusst: Thomas und Dill weisen auf den Aralsee hin, der seit 1960 aufgrund von menschlichen Aktivitäten mehr als drei Viertel seines Wasservolumens verloren hat. Der See, der zwischen Kasachstan und Usbekistan liegt, war einst der viertgrösste See der Welt, doch dann leiteten die Sowjets seine Hauptzuflüsse für Bewässerungsprojekte um. Thomas und Dill schätzen, dass die daraus resultierende Verlangsamung der Erdrotation mehr als dreimal so stark war wie der Effekt, der durch den Bau des Drei-Schluchten-Staudamms verursacht wurde. (dhr)
