Heb jij soms ook het gevoel dat de tijd voorbij vliegt, of juist stil lijkt te staan? Dat klopt, verrassend genoeg duurt een dag niet precies 24 uur, het scheelt milliseconden. In de geschiedenis van de aarde waren de verschillen in de daglengte veel groter, zelfs tussen 5 en 24 uur. In deze blog duiken we in alles wat de daglengte beïnvloedt.
Wat bepaalt de daglengte?
Hoe lang de dag duurt, hangt af van de snelheid waarmee de aarde ronddraait. In 24 uur draait de aarde een rondje en komen we weer op dezelfde positie terug. Op de evenaar draai je met 1670 km/u door het heelal heen, in Nederland draai je met ongeveer 1000 km/u rond. Als de aarde sneller draait, wisselen dag en nacht elkaar sneller af. Dan worden dag en nacht beiden korter. Het tegenovergestelde is ook waar: als de aarde langzamer draait worden dag en nacht langer. De draaisnelheid van de aarde is niet altijd hetzelfde; over miljoenen jaren draaide de aarde soms sneller en soms trager.
Kortere dagen door botsing zusterplaneet
Toen de aarde gevormd werd, zo’n 4,5 miljard jaar geleden, draaide de aarde veel sneller. Een dag duurde toen 10 uur. Dat veranderde toen miljarden jaren geleden planeet Theia met de aarde botste. Theia gaf de aarde een zetje waardoor het nog sneller ging draaien. Een dag duurde toen nog maar 5 uur (waarbij je dus maar 2,5 uur daglicht hebt). De brokstukken van deze botsing vormden de maan. De maan werd later belangrijk bij het afremmen van de aarde, daar komen we zo bij terug.
De aarde begon vervolgens steeds langzamer te draaien. Toen 580 miljoen jaar geleden het eerste dier zoals wij ze nu kennen (o.a. de kwal) verscheen, duurde een dag 21,5 uur. Een dag in het tijdperk van de dinosauriërs duurde ongeveer 23,5 uur. Tegenwoordig duurt de dag 24 uur. De dagen zijn de afgelopen miljarden jaren dus steeds langer geworden. Dit gaat vandaag de dag nog steeds door. Iedere eeuw neemt de daglengte met 1,8 milliseconden toe.
Waardoor wordt de dag iedere eeuw milliseconden langer?
De belangrijkste reden voor deze vertraging is de maan. Door de maan hebben we hier op aarde eb en vloed. De aarde draait van west naar oost, terwijl de getijdengolven van oost naar west draaien*. Eb en vloed gaat dus in de tegenovergestelde richting, hierdoor remt het de draaiing van de aarde af. Zo is de daglengte uiteindelijk toegenomen tot 24 uur.
*Doordat continenten voor de getijdengolf in de weg liggen, gaan eb en vloed niet altijd van oost naar west, maar verschilt het van plaats tot plaats. Gemiddeld gaan de getijden wereldwijd van oost naar west.
De aarde draait van west naar oost, de maan draait in tegengestelde richting om de aarde. Zo remmen eb en vloed de draaiing van de aarde af.
Asteroïden, aardbevingen en de daglengte
De maan remt de aarde al miljarden jaren af, maar er zijn ook kleinere schommelingen in de draaisnelheid van de aarde. Verandert de draaisnelheid ook iets als er een asteroïde op de aarde inslaat. Als er een asteroïde inslaat op aarde kan het de daglengte enkele milliseconden langer of korter worden. Of de asteroïde de aarde versnelt of vertraagt is afhankelijk van de plaats waar de aarde geraakt wordt. Voorbeeld: de asteroïde die een einde maakte aan het tijdperk van de dinosaurussen veranderde de daglengte met 8,4 milliseconden.
Ook zeer zware aardbevingen kunnen de daglengte beïnvloeden, maar de invloed van aardbevingen is wel veel kleiner dan asteroïdinslagen. De aardbeving van magnitude 9.1 bij Fukushima zorgde ervoor dat de dagen even 1.8 microseconde korter duurden.
Hoe beïnvloedt een aardbeving de daglengte?
Om uit te leggen hoe het komt dat de draaisnelheid verandert, is de volgende vergelijking belangrijk: Wanneer je op een draaiende bureaustoel zit en je armen uitstrekt, draai je langzaam. Wanneer je je armen naar je toe brengt ga je sneller draaien, net zoals bij een kunstschaatser die pirouettes draait. Dus, wanneer je massa naar je middelpunt brengt ga je sneller draaien. Dat is de natuurkundige regel die hier belangrijk is.
Links zie je de situatie vóór de aardbeving: de ene aardplaat duikt onder de andere, en trekt de andere aardplaat een beetje krom. Verderop ontstaat hierdoor een gebergte. Rechts zien we wat er bij een aardbeving gebeurt. Wanneer er een aardbeving is, komt de opgebouwde spanning ineens vrij. De aardplaat schiet los en hierdoor zakt het gebergte weer enkele meters. We passen de natuurkundige regel toe, de massa (het gebergte) wordt naar het middelpunt (van de aarde) gebracht. De aarde gaat daardoor na een aardbeving milliseconden sneller draaien, net zoals wanneer jij op een draaiende bureaustoel je armen naar je toe brengt.
De invloed van klimaatverandering
Ook de enorme hoeveelheid landijs heeft invloed op de daglengte. Toen bij de laatste ijstijd de ijskappen op de noord- en zuidpool begonnen te groeien, daalde de zeespiegel. De aarde ging hierdoor sneller draaien, en de dagen duurden korter. Wanneer het ijs op aarde smelt, worden de dag juist langer.
De aarde is geen perfecte bol. Door de draaiing van de aarde is de aarde ellipsvormig geworden. Dat zie je hierboven: de groene vorm is de aarde (overdreven weergave). Vergelijk het maar met een slacentrifuge, door hard te draaien slinger je de massa opzij. Een perfecte bol (zwarte lijn) zou zorgen voor de snelste draaiing en de kortste dag en nacht. Links zie je de aarde met ijskappen, en rechts zonder. Wanneer de ijskappen smelten, wordt het smeltwater door de centrifugale krachten naar de evenaar geslingerd. Daar stijgt de zeespiegel dan het meeste, de aarde wordt er nog ellipsvormiger van.
We passen opnieuw de natuurkundige regel toe: links ligt de massa (de ijskappen) dichter bij het middelpunt dan het smeltwater rechts. Hierdoor draait de aarde in ijstijden sneller dan in warmere periodes. Als er meer ijs op de noord- en zuidpool ligt draait de aarde sneller. Wordt het smeltwater verdeeld over de aarde, dan gaat de aarde langzamer draaien.
Veranderingen op de korte termijn: het weer
Naast trends op de lange termijn, is er ook variatie op de korte termijn. Zo hebben de seizoenen, het dagelijkse weer en oceaanstromen invloed op de daglengte. Deze verschillen zijn nóg kleiner. In de winter staat er op het noordelijk halfrond veel wind, hierdoor draait de aarde langzamer. In de zomer staat er juist weinig wind, en draait de aarde sneller.
Waarom maakt dit uit?
De veranderingen van daglengte gaan te traag om iets van te merken. De verschillen in daglengte zijn echter wel belangrijk voor berekeningen van bijvoorbeeld satellieten. Satellieten rekenen met atoomtijd, en de atoomtijd wijkt steeds meer af van de daadwerkelijke lengte van een dag. Om dit te compenseren zijn er sinds 1972 al 27 schrikkelseconden aan de atoomtijd toegevoegd. Voor wetenschappers is het wel belangrijk om dit te meten. Onlangs was 29 juni 2022 bijvoorbeeld de kortste dag ooit gemeten, die dag duurde 1.59 milliseconden korter dan 24 uur.
Hieronder zie je de veranderingen in daglengte, dit is het resultaat van héél veel dingen die de daglengte beïnvloeden. Dat er zo veel dingen de daglengte beïnvloeden maakt het vrij ingewikkeld. In deze blog bespraken we getijden, inslagen asteroïden, aardbevingen, ijskappen en smeltwater, oceaanstromen en ten slotte het weer. We hebben nog niet eens over de invloed van de volgende dingen gehad: veranderingen diep in de aardmantel en aardkern, continentale drift (het verplaatsen van aardplaten), de aanleg van stuwmeren en het oppompen van grondwater.
Deze grafiek laat de variatie in daglengte zien (LOD = Length Of Day) in milliseconden (1962-nu). Bron: IERS
Bronnen:
