1일, 하루 24시간의 길이(LOD; Length Of Day)는 86,400초입니다. 정확한 측정값을 얻기 위해 글로벌 항법 위성 시스템, VLBI(Very Long Baseline Interferometry) 등의 기법이 사용되는데 달의 조석, 지구 내부 멘틀의 순환, 해양 및 대륙의 조석, 엘니뇨 등의 현상으로 LOD는 항상 조금씩 변해왔습니다. 보통 0.1~1.1 ms/cy 정도로 다양한 변동이 발생하는데 최근 수십 년 동안의 기후 변화로 지구의 다양한 측면에서 그 영향력이 커지고 있습니다.
- 관성 모멘트 증가로 인한 속도 감소 원리 -
그린란드와 남극 대륙에 있는 엄청난 양의 빙상(대륙에 있는 빙하), 빙하(거대한 얼음덩어리)가 녹으면서 전 지구적으로 해수면을 상승시킵니다. 특히, 지구 자전으로 생기는 원심력 때문에 적도 부근의 바닷물 양이 더 많이 증가합니다. 지구가 자전할 때 적도 지역 해수의 질량이 증가로 인해 '관성 모멘트'가 증가하고, 각운동량을 일정하게 유지하기 위해 자전 속도가 느려지게 됩니다. 쉽게 말해, 피겨 스케이터가 팔을 벌리면 회전 속도가 느려지는 것과 비슷한 원리입니다. 연구 결과에 의하면 LOD(하루의 길이, length of day)가 20세기에는 0.3~1.0 ms/cy(100년당 1000분의 1초 ) 증가했지만 2000년 이후 1.33±0.03 ms/cy로 하루의 길이 증가가 가속화 되었다고 합니다.
- 기후변화에 따른 낮의 길이(LOD) 변화 예측값 그래프 -
위 그림은 1900년~2100년까지 계산된 LOD 변화 예측값입니다. RCP 8.5(현재 추세로 온실가스 배출, 2100년 CO2 농도 940ppm), RCP 2.6(지금부터 즉시 온실가스 감축 수행, 2100년 CO2 농도 420ppm) 두 가지로 나눠 LOD 변화를 선형 비율과 그 SOD를 20년 간격으로 표시했습니다. 그 결과 2000~2018년 1.33 ± 0.03 ms/cy로 LOD가 이전에 비해 가속하는 모습을 보이고 온실가스 배출량이 지금처럼 증가하냐, 획기적으로 감축하냐에 따라 변동 폭이 크게 증가 혹은 감소할 것으로 예상됩니다. 즉, 온실가스 감축이 없다면 지구의 자전 속도는 점점 느려질 뿐만 아니라 지구의 자전축에도 영향을 끼칠 가능성이 있을 것으로 보입니다.
- 남극, 그린란드의 지구온난화(RCP 2.6, RCP8.5)에 따른 LOD 예측값 -
- 지구온난화로 인한 세계 빙상 및 육지 담수 관련 LOD 예상값 -
현재의 LOD 증가의 속도는 지난 수천 년 동안의 어느 때보다도 높을 가능성이 높고 온실가스 배출량에 따라 향후 수십 년 동안 대략 1.00ms/cy 수준으로 유지될 것으로 예상합니다. 그러나 온실가스 배출량이 계속 증가한다면, 대기 및 해양 온난화의 증가와 그에 따른 얼음이 녹는 현상으로 인해 기후에 의한 LOD 변화의 속도가 훨씬 더 높아질 것이며, 어쩌면 조석 마찰로 인한 2.40ms/cy의 증가 속도를 능가할 가능성이 있습니다. 마지막 그래프는 "지상에 저장되는 물의 양"을 뜻하는데 이는 지하수, 호수, 강 등 담수의 증가를 뜻하며 다른 의미로 홍수 등에 의한 피해가 증가할 것을 의미합니다.
- 태양, 지구, 달의 자전 및 공전 속도, 출처: msn 윤초 기사 중 -
참고로 지구의 자전 속도 감소는 값이 낮아보이지만 원자시계 시간과 태양 시간과의 불일치로 인한 문제가 발생할 수 있습니다. 지구의 자전이 너무 느릴 때 1초를 더하는 '양(positive)의 윤초'와 지구의 자전이 너무 빠를 때 1초를 제거하는 '음(negative)의 윤초'가 있는데 1972년 이래로 총 27번의 협정 세계시(UTC)의 조정이 있었습니다.
문제는 가끔 이러한 1초를 더하거나 빼는 윤초로 인해 몇건의 피해가 있었기 때문입니다. 대표적으로 2012년 윤초로 인한 발권 시스템 오류로 항공기 400여 편이 운행을 멈추는가 하면 2017년 새해 첫날 미국의 네트워크 기업 '클라우드플레어'에서 윤초가 적용되며 먹통이 된 적이 있습니다. 이러한 문제로 2035년부터 윤초가 폐지되기는 하지만 지구의 자전 속도 및 자전축 변동 등에 영향을 끼치는 기후 변화를 막기 위해, 더 늦기 전에 대처해야 할 것으로 보입니다.
출처:
PNAS - The increasingly dominant role of climate change on length of day variations
Article - A global timekeeping problem postponed by global warming
https://www.dailymail.co.uk/sciencetech/article-13244921/Scientists-negative-leap-second-2029.html
#기후변화 #지구온난화 #LOD #지구시간 #지구자전 #지구자전속도 #지구자전축 #해수면상승 #남극빙하 #윤초
1일, 하루 24시간의 길이(LOD; Length Of Day)는 86,400초입니다. 정확한 측정값을 얻기 위해 글로벌 항법 위성 시스템, VLBI(Very Long Baseline Interferometry) 등의 기법이 사용되는데 달의 조석, 지구 내부 멘틀의 순환, 해양 및 대륙의 조석, 엘니뇨 등의 현상으로 LOD는 항상 조금씩 변해왔습니다. 보통 0.1~1.1 ms/cy 정도로 다양한 변동이 발생하는데 최근 수십 년 동안의 기후 변화로 지구의 다양한 측면에서 그 영향력이 커지고 있습니다.
- 관성 모멘트 증가로 인한 속도 감소 원리 -
그린란드와 남극 대륙에 있는 엄청난 양의 빙상(대륙에 있는 빙하), 빙하(거대한 얼음덩어리)가 녹으면서 전 지구적으로 해수면을 상승시킵니다. 특히, 지구 자전으로 생기는 원심력 때문에 적도 부근의 바닷물 양이 더 많이 증가합니다. 지구가 자전할 때 적도 지역 해수의 질량이 증가로 인해 '관성 모멘트'가 증가하고, 각운동량을 일정하게 유지하기 위해 자전 속도가 느려지게 됩니다. 쉽게 말해, 피겨 스케이터가 팔을 벌리면 회전 속도가 느려지는 것과 비슷한 원리입니다. 연구 결과에 의하면 LOD(하루의 길이, length of day)가 20세기에는 0.3~1.0 ms/cy(100년당 1000분의 1초 ) 증가했지만 2000년 이후 1.33±0.03 ms/cy로 하루의 길이 증가가 가속화 되었다고 합니다.
- 기후변화에 따른 낮의 길이(LOD) 변화 예측값 그래프 -
위 그림은 1900년~2100년까지 계산된 LOD 변화 예측값입니다. RCP 8.5(현재 추세로 온실가스 배출, 2100년 CO2 농도 940ppm), RCP 2.6(지금부터 즉시 온실가스 감축 수행, 2100년 CO2 농도 420ppm) 두 가지로 나눠 LOD 변화를 선형 비율과 그 SOD를 20년 간격으로 표시했습니다. 그 결과 2000~2018년 1.33 ± 0.03 ms/cy로 LOD가 이전에 비해 가속하는 모습을 보이고 온실가스 배출량이 지금처럼 증가하냐, 획기적으로 감축하냐에 따라 변동 폭이 크게 증가 혹은 감소할 것으로 예상됩니다. 즉, 온실가스 감축이 없다면 지구의 자전 속도는 점점 느려질 뿐만 아니라 지구의 자전축에도 영향을 끼칠 가능성이 있을 것으로 보입니다.
- 남극, 그린란드의 지구온난화(RCP 2.6, RCP8.5)에 따른 LOD 예측값 -
- 지구온난화로 인한 세계 빙상 및 육지 담수 관련 LOD 예상값 -
현재의 LOD 증가의 속도는 지난 수천 년 동안의 어느 때보다도 높을 가능성이 높고 온실가스 배출량에 따라 향후 수십 년 동안 대략 1.00ms/cy 수준으로 유지될 것으로 예상합니다. 그러나 온실가스 배출량이 계속 증가한다면, 대기 및 해양 온난화의 증가와 그에 따른 얼음이 녹는 현상으로 인해 기후에 의한 LOD 변화의 속도가 훨씬 더 높아질 것이며, 어쩌면 조석 마찰로 인한 2.40ms/cy의 증가 속도를 능가할 가능성이 있습니다. 마지막 그래프는 "지상에 저장되는 물의 양"을 뜻하는데 이는 지하수, 호수, 강 등 담수의 증가를 뜻하며 다른 의미로 홍수 등에 의한 피해가 증가할 것을 의미합니다.
- 태양, 지구, 달의 자전 및 공전 속도, 출처: msn 윤초 기사 중 -
참고로 지구의 자전 속도 감소는 값이 낮아보이지만 원자시계 시간과 태양 시간과의 불일치로 인한 문제가 발생할 수 있습니다. 지구의 자전이 너무 느릴 때 1초를 더하는 '양(positive)의 윤초'와 지구의 자전이 너무 빠를 때 1초를 제거하는 '음(negative)의 윤초'가 있는데 1972년 이래로 총 27번의 협정 세계시(UTC)의 조정이 있었습니다.
문제는 가끔 이러한 1초를 더하거나 빼는 윤초로 인해 몇건의 피해가 있었기 때문입니다. 대표적으로 2012년 윤초로 인한 발권 시스템 오류로 항공기 400여 편이 운행을 멈추는가 하면 2017년 새해 첫날 미국의 네트워크 기업 '클라우드플레어'에서 윤초가 적용되며 먹통이 된 적이 있습니다. 이러한 문제로 2035년부터 윤초가 폐지되기는 하지만 지구의 자전 속도 및 자전축 변동 등에 영향을 끼치는 기후 변화를 막기 위해, 더 늦기 전에 대처해야 할 것으로 보입니다.
출처:
PNAS - The increasingly dominant role of climate change on length of day variations
Article - A global timekeeping problem postponed by global warming
https://www.dailymail.co.uk/sciencetech/article-13244921/Scientists-negative-leap-second-2029.html
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