Pokud se Země zastavila

Modelování absence odstředivé síly

Witold Fraczek, Esri

Toto článek jako PDF.

Následující text není futuristický scénář. Není to sci-fi. Jedná se o ukázku schopností GIS modelovat výsledky extrémně nepravděpodobného, přesto intelektuálně fascinujícího dotazu: Co by se stalo, kdyby se Země přestala točit? ArcGIS byl použit k provedení komplexní rastrové analýzy a objemových výpočtů a ke generování map, které tyto výsledky vizualizují.

Svět, jak ho známe. Zřejmé ohraničení pevniny a oceánu je naznačeno konturou nadmořské výšky 0.

Delší rovníková osa elipsoidu Země je více než 21,4 km (nebo 1/3 z 1 procenta) delší než polární osa. Zploštění elipsoidu zobrazené na této mapě bylo záměrně přehnané.

Nejvýznamnější rys na každé mapě, který zobrazuje i část zemského oceánu je prostorový rozsah tohoto vodního útvaru. Vytýčení moře obvykle příliš nevěnujeme, protože se zdá být tak zřejmé a stálé, že si neuvědomujeme, že je základem geografie a základem našeho vnímání fyzického světa.

Nejzákladnějším obrysem je čára oddělující oceány od kontinentů, která vymezuje prostorový rozsah pevniny i vody. Je to nulová nadmořská výška, protože to znamená hladinu moře. Proč je hladina moře tam, kde ji v současné době pozorujeme? Co ovládá hladinu moře? Jak stabilní jsou síly určující hladinu moře? Tento článek se nezmíní o změně klimatu a potenciálním zvýšení hladiny vody v globálním oceánu, ale spíše o geometrii zeměkoule a mocných geofyzikálních energiích, které určují, kde leží oceány.

Hladina moře je – a vždy byl – v rovnováze s gravitací planety, která táhne vodu směrem k těžišti Země, a vnější odstředivou silou, která je výsledkem rotace Země. Po několika miliardách let točení , Země získala tvar elipsoidu (který lze považovat za zploštělou kouli). V důsledku toho je vzdálenost k těžišti Země nejdelší kolem rovníku a nejkratší za polárními kruhy. Aktuální rozdíl mezi průměrnou hladinou moře pozorovanou podél rovníku a vzdáleností od středu hmoty Země od hladiny moře u pólů je přibližně 21,4 kilometrů (km).

Gravitace nehybné Země je nejsilnější v polárních oblastech (zobrazeno zeleně). Je střední ve středních zeměpisných šířkách a nejslabší v vysoké nadmořské výšky And, blízko rovníku.

Když se globální rotace zastaví, masivní migrace oceánské vody by zastavení a hladina moře by byla na různých místech, což by zcela změnilo geografii světa.

Co by se stalo, kdyby se zemská rotace zpomalila a nakonec se po několik desetiletí přestala točit? ArcGIS nám umožňuje modelovat účinky tohoto scénáře, provádět výpočty a odhady a vytvářet řadu map zobrazujících účinky, které by absence odstředivé síly měla na hladinu moře.

Pokud by Země přestala rotovat kolem své osy, ale pokračovala otáčení kolem Slunce a jeho osy otáčení udržovaly stejný sklon, délka roku by zůstala stejná, ale den by trval tak dlouho jako rok. V tomto fiktivním scénáři by postupné zmizení odstředivé síly způsobilo katastrofickou změnu klimatu a katastrofické geologické úpravy (vyjádřené jako ničivá zemětřesení) transformujícího se ekvipotenciálního gravitačního stavu.

Nedostatek odstředivého efektu by měl za následek v gravitaci Země je jedinou významnou silou ovládající rozsah oceánů. Svou roli by sehrály také prominentní nebeská tělesa, jako je měsíc a slunce, ale vzhledem k jejich vzdálenosti od Země by byl jejich dopad na rozsah globálních oceánů zanedbatelný.

Pokud by samotná zemská gravitace byl zodpovědný za vytvoření nové geografie, obrovská boule oceánské vody – která je nyní asi 8 km vysoká na rovníku – by migrovala tam, kde by stacionární zemská gravitace byla nejsilnější. Tato boule je přičítána odstředivému účinku rotace Země s lineární rychlostí 1 667 km / hod na rovníku. Stávající boule rovníkové vody také nafukuje elipsoidní tvar samotné zeměkoule.

Zobrazen je rozsah hypotetického severního cirkumpolárního oceánu nad územím Severní Ameriky. Oranžová barva označuje oblasti s nadmořskou výškou nad 3 000 metrů nad úrovní severního oceánu.Červené tečky představují některá z největších měst kontinentu.

Výdech definuje konečný tvar zeměkoule stanovením jednotné hladiny moře v gravitační rovnováze, která se používá jako standardní reference pro popisující tvar Země. Právě geometrii právě tohoto tvaru se geodetové pokoušeli vypočítat po více než století. Jejich úsilí bylo završeno přijetím elipsoidu označovaného jako World Geodetic System 1984 (WGS84) mezinárodním společenstvím ve Washingtonu, DC, v roce 1984. Elipsoid WGS84 přibližuje tvar Země přesněji než mnoho jiných elipsoidů, které byly dříve navrhováno.

Pokud by se Země zastavila, oceány by postupně migrovaly k pólům a způsobovaly by vynořování půdy v rovníkové oblasti. To by nakonec vyústilo v obrovský rovníkový megakontinent a dva velké polární oceány. Hranice, která vymezuje oblasti, které hydrologicky přispívají k jednomu nebo druhému oceánu, by sledovala rovník, pokud by Země byla dokonalým elipsoidem. Kvůli významnému reliéfu kontinentů i oceánského dna se však hypotetický globální předěl mezi oblastmi, které hydrologicky přispívají k jednomu nebo druhému oceánu, významně odchyluje od rovníku. Analogicky ke známému americkému kontinentálnímu předělu by to byla hranice oddělující dva obří polokoule, povodí nových cirkumpolárních oceánů. Zajímavé je, že nejvyšším bodem této globální propasti by nebyla nejvyšší nadmořská výška na celé planetě. Nejvyšší výška globálního rozdělení v kolumbijských Andách by byla asi 12 280 metrů, zatímco výšky slavných rovníkových sopek Chimborazo (Ekvádor) a Kilimandžáro (Tanzanie) by byly 13 615 metrů a 12 786 metrů. Obě sopky nejsou umístěny na globální dělicí čáře. Nejnižší bod nové globální dělicí čáry s výškou 2760 metrů by se nacházel jihozápadně od ostrova Kiribati v západním Pacifiku.

Díky jedinečnému reliéfu zemského povrchu na začátku zpomalení by k nejvýznamnějším změnám obrysu pevniny a vody došlo ve vysokých zeměpisných šířkách severní polokoule, kde by se bobtnající oceán rychle rozšířil přes ploché a rozsáhlé území severní Sibiře a severní Kanady. změny kontinentálních obrysů v nízkých zeměpisných šířkách by byly sotva postřehnutelné, protože (až na několik výjimek) jsou rovníkové vody hluboké a pokles hladiny o několik desítek metrů by nezpůsobil vznik velkých ploch pevniny. období zpomalení, kdy by se hlavní geografické rysy oceánů a pevnin již přizpůsobily elipsoidnímu tvaru zeměkoule a novému rozložení gravitace, došlo by k relativně malým změnám. elipsoidní tvar zeměkoule, který přemůže účinek rozmanitosti geografického reliéfu Země.

Dnes jsou všechny tři světové oceány propojeny. Tím se vytvoří globální oceán, který má v zásadě jednu hladinu moře. V důsledku zpomalení rotace by obrys globálního oceánu neustále procházel dramatickými změnami. Rovníkové vody by se pohybovaly směrem k polárním oblastem, což zpočátku způsobilo výrazné zmenšení hloubky při plnění polárních pánví, které mají mnohem menší kapacitu. Jak se oblasti na vysoké polokouli na severní polokouli ponoří, plošný rozsah severního cirkumpolárního oceánu by se rychle rozšířil a pokryl obrovské nížiny Sibiře a severní části Severní Ameriky. Globální oceán by zůstal jednou jednotkou, dokud by rotace Země neklesla na rychlost, s jakou by došlo k oddělení oceánu. Interakce mezi setrvačností obrovských vodních útvarů a klesající odstředivou silou by byla velmi komplikovaná. V důsledku stabilního zpomalení rotace Země by se globální oceán postupně rozdělil na dva oceány. Je zřejmé, že poslední spojení bude přerušeno v nejnižším bodě globální dělící linie, která se nachází jihozápadně od Kiribatských ostrovů. současný západní Tichý oceán je letadlo, země by se rychle vynořila, protože by neexistovala šance, že by se voda po prvním rozdělení vyměnila mezi dvěma cirkumpolárními oceány. Oblast konečného oddělení mezi těmito dvěma oceány by byla současným vznikem a vysycháním území sahající stovky kilometrů.

Zatímco gravitace přitahuje více vody k Severnímu ledovému oceánu, nížiny Sibiř a severní Kanada by byly ponořeny. Odpovídající pohyb vody od rovníkové oblasti v kombinaci s mělkými kontinentálními šelfovými vodami na jihovýchod od Asie a na sever od Austrálie způsobí vynoření půdy.

Prohloubení Severního ledového oceánu by vedlo k dalšímu rozšiřování vody na severních pláních Asie, Evropy a Severní Ameriky. Grónsko a Antarktida by se navzdory vysokým výškám výrazně zmenšily. Z jižních moří se vynořují nová souostroví. Velká americká jezera, největší sladkovodní nádrže na světě, se rozpouští do oceánu.

Zpomalení by pokračovalo i po oddělení dvou oceánů a způsobilo další migraci vody oceánu směrem k póly. Překvapivě (navzdory nadmořské výšce Antarktidy) má jižní polární pánev větší kapacitu než severní. Vzhledem k pevnému objemu vody v obou hemisférách by objemnější povodí jižního pólu mělo za následek celkově nižší hladinu moře než severní oceán. Podle objemového výpočtu provedeného s rozšířením ArcGIS 3D Analyst by měl být rozdíl mezi hladinou moře dvou oceánů 1 407 metrů. Přesnost dat však tuto úroveň přesnosti nezaručuje, takže výškový rozdíl mezi mořem hladina použitých dvou oceánů byla 1 400 metrů.

Série map ilustrujících tento článek zobrazuje občasné fáze během této migrace zemských oceánů a změny v rozměrech pevniny, topografické výšce a hloubce hloubky způsobené klesající rychlostí zemské rotace. Tyto mapy ukazují přechodné fáze přechodné geografie z rotujícího do stacionárního světa. Ukazují účinky postupné snižování odstředivé síly z její současné úrovně na žádnou, takže gravitace je jedinou silou ovládající rozsah oceánu.

Bylo pozorováno, měřeno, počítáno skutečné zpomalení rotace Země, a teoreticky vysvětleno. Jak jsou vyvíjeny novější metodiky a konstruovány přesnější nástroje, může se přesná míra zpomalení u některých zdrojů lišit. Odrážící toto velmi postupné zpomalení, atomové hodiny musí být nastaveny na sluneční čas přidáváním přestupné sekundy každou tak často. První přestupná sekunda byla přidána v roce 1956.

Celá Antarktida by byla v tomto okamžiku pod vodou. Severní polární vody a voda nad rozsáhlými, nedávno ponořenými územími na Sibiři a v Kanadě se prohlubují. Rovníkové vody by zároveň byly mělčí.

Velké pozemní oblasti poblíž rovníku nadále rostou a vzájemně se spojují. Nyní je téměř celá Kanada, Evropa a Rusko pokryta severním cirkumpolárním oceánem.

Většina vědců souhlasí s tím, že sluneční den (související s rychlostí otáčení) se neustále prodlužuje . Toto minimální zvětšení délky dne je způsobeno hlavně oceánským přílivovým třením. Když se odhadovaná míra zpomalení promítla zpět do minulých geologických věků, ukázalo se, že délka dne byla o několik hodin kratší než dnes.

V důsledku toho během devonského období (před 400 miliony let), Země se během jedné revoluce kolem Slunce otočila asi 40krát více než nyní. Vzhledem k tomu, že se kontinenty od té doby významně posunuly, je pro tuto dobu obtížné udělat odhady obrysů pevniny a oceánu. Můžeme si však být jisti, že – s vyšší rychlostí otáčení v minulosti – byla rovníková boule oceánské vody mnohem větší než dnes. Podobně bylo významnější také elipsoidní zploštění Země.

Tato animace zachycuje přerušované fáze během této migrace zemských oceánů. a změny rozsahu půdy, topografické výšky a hloubky hloubky způsobené snižující se rychlostí rotace Země. Ukazuje účinky postupného snižování odstředivé síly z její současné úrovně na žádnou a ponechává gravitaci jako jedinou sílu ovládající rozsah oceánu.

Vliv rychlosti Země „Rotace má dominantní vliv na geometrii zeměkoule, pokud jde o celkový tvar zeměkoule i obrys globálního oceánu. Fyzický reliéf Země je pouze sekundárním faktorem, který řídí vymezení oceánů.“ Zpomalení rotace Země bude pokračovat po dobu 4 miliard let – tak dlouho, jak si dokážeme představit. Zpomalení nekonečně – ale neustále – mění geometrii Země a činí ji dynamickou. Čistým výsledkem těchto dynamických úprav je to, že se Země pomalu stále více podobá sféře. Bude však trvat miliardy let, než se Země přestane točit, a gravitační ekvipotenciál vytvoří průměrnou hladinu moře, která je dokonalou sférou.

O autorovi

Witold Fraczek je dlouholetý zaměstnanec společnosti Esri, který v současné době pracuje v laboratoři Application Prototype Lab.Získal doktorát z aplikace GIS v lesnictví na zemědělské univerzitě a magisterské tituly z hydrologie na polské Varšavské univerzitě a dálkový průzkum Země z Wisconsinské univerzity v Madisonu.