Nicht immer 24 Stunden: Tief im Inneren der Erde liegt der Grund dafür, warum sich die Länge der Tage verändert

Schwankungen der Tageslänge über viele Jahrzehnte werden einer neuen Studie zufolge, die im Fachmagazin „Nature“ veröffentlicht wurde, vor allem durch Gravitationskräfte im Erdinneren angetrieben. Dabei sind keine für Menschen spürbaren Veränderungen gemeint, sondern Abweichungen von wenigen Millisekunden. Die Forscher sehen den wichtigsten Auslöser in der Wechselwirkung zwischen innerem Erdkern und Mantel.

Warum der innere Kern eine Schlüsselrolle spielt

Die Autoren untersuchten den Zeitraum von 1964 bis 2019 und filterten bekannte Einflüsse wie Atmosphäre, Ozeane, Gezeitenreibung und Massenverlagerungen heraus, um das langfristige Signal der Erdrotation besser zu isolieren. Übrig blieb ein Muster, das am ehesten auf einen Drehimpulsaustausch tief im Erdinneren hindeutet.

Verglichen wurden drei mögliche Mechanismen: elektromagnetische Kopplung, topografische Kopplung an der Kern-Mantel-Grenze und ein Gravitationsdrehmoment des inneren Kerns. Nach der Auswertung erklärt vor allem die gravitative Kopplung die beobachteten langsamen Schwankungen. Die anderen beiden Prozesse spielen zwar auch eine Rolle, wirken laut Studie aber eher bremsend.

Tageslänge wird zum Messsignal aus der Tiefe

Die Studie liefert damit nicht nur eine Erklärung für minimale Änderungen der Tageslänge. Aus den Modellen leiten die Forscher auch Hinweise auf die Eigenschaften der tiefsten Mantelschichten und des inneren Kerns ab. Demnach könnte der innere Kern mechanisch nachgiebiger sein als lange vermutet.

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Auch für den unteren Mantel ergeben sich Rückschlüsse, etwa auf seine Zähigkeit und elektrische Leitfähigkeit. Somit werden die winzigen Unterschiede bei der Erdrotation zu einem indirekten Messsignal für Prozesse, die Tausende Kilometer unter der Oberfläche ablaufen.

Schaltsekunden gleichen unregelmäßige Erdrotation aus

Die in der Studie beschriebenen Schwankungen sind zwar messbar, im Alltag jedoch nicht spürbar. Sie werden vor allem für hochpräzise Zeitmessungen relevant. Bisher gleichen Schaltsekunden die Differenz zwischen der koordinierten Weltzeit (UTC) und der unregelmäßigen Erdrotation aus.

Doch dieses System läuft aus. Die Generalkonferenz für Maß und Gewicht hat laut BIPM (

Internationales Büro für Maß und Gewicht) im Jahr 2022 beschlossen, UTC und Erdrotation spätestens ab 2035 stärker zu entkoppeln, damit UTC für mindestens ein Jahrhundert kontinuierlich bleibt. Hintergrund sind technische Probleme, die Schaltsekunden in digitalen Netzen, Satellitensystemen und anderer kritischer Infrastruktur verursachen können.

Auch die Physikalisch-Technische Bundesanstalt und das US-Institut NIST weisen darauf hin, dass die Erdrotation unregelmäßig verläuft und Schaltsekunden bislang auf Basis von Beobachtungen eingefügt werden. Zugleich verweisen beide Einrichtungen auf die praktischen Probleme solcher Eingriffe in moderne Zeitsysteme.