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Lexikon der Geowissenschaften: Rotation der Erde

Rotation der Erde, Erdrotation, ist die zeitliche Änderung der Orientierung der Erde. Sie kann durch einen Rotationsvektor dargestellt werden, der die Richtung der momentanen Drehachse der Erde hat und dessen Länge dem Betrag der Drehgeschwindigkeit der Erde entspricht. Die Rotation der Erde ist nicht gleichförmig und wird durch die Erdrotationsparameter angegeben: Präzession und Nutation sind langfristige und periodische Richtungsänderungen des Rotationsvektors in bezug auf ein raumfestes Bezugssystem. Die Polbewegung ist die Richtungsänderung des Rotationsvektors in bezug auf ein erdfestes Bezugssystem. Änderungen der Geschwindigkeit der Erdrotation werden ausgedrückt durch die Abweichung der Weltzeit (Universal Time, UT)von der gleichförmigen Atomzeit oder durch die Veränderungen der Tageslänge (length of day, lod).

Die Messungen der Erdrotationsparameter erfolgten seit Ende des 19. Jahrhunderts mit astronomischen Methoden. Seit den siebziger Jahren dieses Jahrhunderts werden geodätische Weltraumverfahren eingesetzt, wie z.B. Radiointerferometrie, SLR, LLR und neuerdings auch das Global Positioning System. Die heute erreichbaren Meßgenauigkeiten der Erdrotationsparameter liegen bei besser als 3·10-5 s bzw. – betrachtet auf der Erdoberfläche – bei unter 1 cm. Informationen über das langfristige Verhalten der Erdrotationsparameter erhält man aus historischen Aufzeichnungen über Mond- und Sonnenfinsternisse und aus der Untersuchung von Sedimentablagerungen. Die gemessenen Erdrotationsparameter zeigen ein breites Spektrum von Schwankungen, deren Interpretation wertvolle Rückschlüsse auf den Aufbau des Erdkörpers und das dynamische Verhalten des Erdinneren sowie der Atmosphäre, der Hydrosphäre und der Kryosphäre erlaubt. Sogar anthropogene Einflüsse auf die Erdrotation, wie z.B. der Einfluß von Massenverlagerungen aufgrund eines erhöhten CO2-Ausstoßes, sind bereits Gegenstand wissenschaftlicher Untersuchungen. Mittel- und langperiodische sowie langfristige Massenverlagerungen wirken sich auf die Erdrotation aus. Wegen der Erhaltung des gesamten Drehimpulses der Erde in kurzen Zeiträumen erfährt die Rotation der festen Erde Änderungen, die spiegelbildlich zu denen in der Atmosphäre und den Ozeanen sind. Die halbjährliche Periode der Schwankungen der Tageslänge ist z.B. nicht nur im Zusammenhang mit einem entsprechenden Verhalten der Stürme um die Antarktis zu sehen, sondern auch die Meeresströmungen spielen dabei eine Rolle. Aus den von hydrodynamischen Modellen oder aus der Altimetrie gelieferten Änderungen des Meeresspiegels und der Geschwindigkeiten der Wassermassen werden globale Drehimpulsänderungen der Weltozeane berechnet, woraus sich der Einfluß auf die Erdrotationsparameter ermitteln läßt. Im kurzperiodischen Bereich spielen hierbei die durch Sonne und Mond verursachten Meeresgezeiten, hauptsächlich mit Perioden von ungefähr einem Tag und einem halben Tag, die wichtigste Rolle. Ihr Einfluß auf das Rotationsverhalten der Erde, also auf Polbewegung und Tageslänge, entsteht einerseits durch die Unterschiede in der Massenverteilung, andererseits durch die sich ändernden Meeresströmungen. Er kann heutzutage anhand von Gezeiten- und Strömungsmodellen ebenfalls vorhergesagt und durch die hochgenauen geodätischen Weltraumverfahren nachgewiesen werden. Die Variation der Tageslänge mit einer Periode von ungefähr einem Jahr beruht weitgehend auf atmosphärischen Ursachen, wobei die deutlich zu erkennende Verstärkung der Jahresvariation alle vier bis sechs Jahre mit Klimaveränderungen in Verbindung gebracht wird, die durch das sog. El-Niño-Phänomen (El-Niño) verursacht werden. Dabei handelt es sich um charakteristisch verlaufende Meeresströmungen im südlichen Pazifik, verbunden mit Schwankungen der meteorologischen Parameter. Auch Variationen des Grundwasserspiegels oder der Vegetation und das Wechselspiel zwischen dem Vorrücken der Vereisungen und den Warmzeiten beeinflussen durch die veränderten Trägheitsmomente der Erde die Erdrotation. [HS]

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