Hvis jorden stod stille

Modellering af fraværet af centrifugalkraft

Af Witold Fraczek, Esri

Dette artikel som PDF.

Følgende er ikke et futuristisk scenario. Det er ikke science fiction. Det er en demonstration af GIS’s muligheder for at modellere resultaterne af en yderst usandsynlig, men alligevel intellektuelt fascinerende forespørgsel: Hvad ville der ske, hvis jorden stoppede med at dreje? ArcGIS blev brugt til at udføre kompleks rasteranalyse og volumetriske beregninger og generere kort, der visualiserer disse resultater.

Verden, som vi kender den. Den åbenlyse afgrænsning af land og hav er angivet med konturen på 0 lodret.

Den længere ækvatoriale akse på jorden ellipsoid er mere end 21,4 km (eller 1/3 af 1 procent) længere end polaraksen. Fladningen af ellipsoiden vist på dette kort var med vilje overdrevet.

Det mest betydningsfulde træk på ethvert kort, der viser endda et del af jordens hav er den rumlige udstrækning af det vandlegeme. Typisk lægger vi ikke meget vægt på afgrænsningen af havet, fordi det virker så indlysende og konstant, at vi ikke er klar over, at det er et fundament for geografi og grundlaget for vores opfattelse af den fysiske verden.

Linjen, der adskiller havene fra kontinenterne, der skitserer den geografiske udstrækning af både land og vand, er den mest grundlæggende kontur. Det er nulhøjde, fordi det betyder havets overflade. Hvorfor er havets overflade, hvor vi i øjeblikket observerer det? Hvad styrer havets overflade? Hvor stabile er de kræfter, der bestemmer havets overflade? Denne artikel henviser ikke til klimaændringerne og den potentielle stigning i vandstanden i det globale hav, men snarere til klodens geometri og de magtfulde geofysiske energier, der bestemmer, hvor havene ligger.

Havets overflade er – og har altid været – i ligevægt med planetens tyngdekraft, der trækker vandet mod jordens massepunkt og den udadvendte centrifugalkraft, der er resultatet af jordens rotation. Efter et par milliarder år af centrifugering Jorden har fået form af en ellipsoid (som kan betragtes som en udfladet kugle) Derfor er afstanden til jordens massepunkt den længste omkring ækvator og kortest ud for polcirklerne. Den nuværende forskel mellem det gennemsnitlige havniveau som observeret langs ækvator og afstanden til jordens massepunkt fra havets overflade ved polerne er ca. 21,4 kilometer (km).

Den stille jords tyngdekraft er den stærkeste i polarområderne (vist i grønt). Den er mellemliggende i de midterste breddegrader og svagest ved store højder i Andesbjergene, tæt på ækvator.

Når global rotation stopper, ville den massive oceaniske vandring vandre ophør, og havets overflade ville være forskellige steder, og ændre verdensgeografien fuldstændigt.

Hvad ville der ske, hvis jordens rotation bremsede og endelig stoppede med at dreje i løbet af et par årtier? ArcGIS lader os modellere virkningerne af dette scenarie, udføre beregninger og estimeringer og skabe en række kort, der viser de effekter, som fraværet af centrifugalkraft ville have på havets overflade.

Hvis jorden ophørte med at rotere omkring sin akse, men fortsatte roterende omkring solen og dens rotationsakse opretholdt den samme hældning, længden af et år ville forblive den samme, men en dag ville vare så længe som et år. I dette fiktive scenarie ville den sekventielle forsvinden af centrifugalkraften medføre en katastrofal ændring i klimaet og katastrofale geologiske justeringer (udtrykt som ødelæggende jordskælv) til den transformerende ækvipotentiale tyngdekraft.

Manglen på centrifugaleffekten ville resultere i jordens tyngdekraft er den eneste signifikante kraft, der styrer verdenshavene. Fremtrædende himmellegemer som månen og solen ville også spille en rolle, men på grund af deres afstand fra jorden ville deres indvirkning på omfanget af verdenshavene være ubetydelig.

Hvis jorden kun er tyngdekraften var ansvarlig for at skabe en ny geografi, ville den enorme udbulning af oceanisk vand – som nu er omkring 8 km høj ved ækvator – migrere dit sted, hvor en stationær jordens tyngdekraft ville være den stærkeste. Denne udbulning tilskrives den centrifugale virkning af jordens centrifugering med en lineær hastighed på 1.667 km / time ved ækvator. Den eksisterende ækvatoriale vandudbuling puster også den ellipsoide form af selve kloden.

Omfanget af et hypotetisk nordligt cirkumpolært hav over Nordamerikas territorium vises. Den orange farve angiver områder med en højde, der er højere end 3.000 meter over det nordlige ocean.Røde prikker repræsenterer nogle af de største byer på kontinentet.

Udbulingen definerer klodens endelige form ved at etablere den ensartede havniveau i tyngdevægt, som bruges som standardreference for beskriver jordens form. Det er geometrien i netop denne form, som geodesists forsøgte at beregne i mere end et århundrede. Deres indsats blev afsluttet ved accept af ellipsoiden benævnt World Geodetic System 1984 (WGS84) af det internationale samfund i Washington, DC, i 1984. Ellipsoiden WGS84 tilnærmer jordens form mere præcist end mange andre ellipsoider, der tidligere var foreslået.

Hvis jorden stod stille, ville havene gradvis vandre mod polerne og få land i ækvatorområdet til at dukke op. Dette ville i sidste ende resultere i et enormt ækvatorialt megakontinent og to store polære oceaner. Linjen, der afgrænser de områder, der hydrologisk bidrager til det ene eller det andet hav, ville følge ækvator, hvis jorden var en perfekt ellipsoid. På grund af den betydelige lindring af både kontinentet og havbunden afviger imidlertid den hypotetiske globale kløft mellem de områder, der hydrologisk bidrager til et eller andet hav, fra ækvator betydeligt. Analogt med den velkendte amerikanske kontinentale skille ville dette være grænsen, der adskiller to gigantiske halvkugleformede vandskel i de nye cirkumpolære have. Interessant nok ville det højeste punkt på denne globale kløft ikke være den højeste højde på hele kloden. Den højeste højde af den globale kløft i de colombianske Andesbjergene ville være omkring 12.280 meter, mens højderne på de berømte ækvatoriale vulkaner i Chimborazo (Ecuador) og Kilimanjaro (Tanzania) ville være henholdsvis 13.615 og 12.786 meter. Begge vulkaner er tilfældigvis ikke placeret på den globale skillelinje. Det laveste punkt på den nye globale skillelinje med en højde på 2.760 meter ville være beliggende sydvest for Kiribati Island i det vestlige Stillehav.

På grund af den unikke lettelse af jordens overflade i starten af afmatningen ville de mest betydningsfulde ændringer i omridset af jord i forhold til vand forekomme på de høje breddegrader på den nordlige halvkugle, hvor svulmehavet hurtigt ville udvide sig over de flade og store territorier i det nordlige Sibirien og det nordlige Canada. ændringer i de kontinentale konturer ved lave breddegrader ville næppe mærkes, fordi ækvatoriale farvande (med få undtagelser) er dybe, og et fald i vandstanden med et par dusin meter ville ikke få store arealer til at dukke op. afmatningsperiode, hvor de vigtigste geografiske træk ved oceaner og land allerede ville have tilpasset sig den ellipsoide form på kloden og den nye tyngdefordeling, ville der forekomme relativt små ændringer. Dette kan tilskrives Ted til den ellipsoide form af kloden, som overvælder effekten af jordens mangfoldighed af geografiske lettelse.

I dag er alle tre verdenshav forbundet. Dette skaber et globalt hav med stort set et havniveau. Som en konsekvens af rotationsnedgang ville omridset af det globale hav løbende gennemgå dramatiske ændringer. Ækvatoriale farvande vil bevæge sig mod polære områder, hvilket oprindeligt forårsager en betydelig reduktion i dybden, mens de fylder de polære bassiner, der har meget mindre kapacitet. Efterhånden som regioner med høj breddegrad på den nordlige halvkugle bliver nedsænket, vil arealet af det nordlige cirkumpolære hav hurtigt ekspandere og dække det store lavland i Sibirien og de nordlige dele af Nordamerika. Det globale hav ville forblive en enhed, indtil jordens rotation faldt til den hastighed, hvormed havseparation ville forekomme. Samspillet mellem inerti af enorme vandområder og faldende centrifugalkraft ville være meget kompliceret. Som en konsekvens af en konstant afmatning af jordens rotation, ville det globale hav gradvist blive adskilt i to oceaner. Naturligvis vil den sidste forbindelse blive brudt ved det laveste punkt på den globale skillelinje, der ligger sydvest for Kiribati-øerne. Siden nuværende vestlige Stillehav er et plan, ville land hurtigt opstå, fordi der ikke ville være nogen chance for, at vand ville blive udskiftet mellem de to cirkumpolære oceaner efter den indledende splittelse. Området for den endelige adskillelse mellem de to oceaner ville være samtidig fremkomst og tørring territorium, der strækker sig i hundreder af kilometer.

Mens tyngdekraften trækker mere vand mod det arktiske hav, lavlandet af Sibirien og det nordlige Canada ville blive nedsænket. Den tilsvarende bevægelse af vand væk fra ækvatorområdet kombineret med det lavvandede kontinentalsokkelvand sydøst for Asien og nord for Australien vil få land til at dukke op.

En uddybning af det arktiske hav ville føre til en yderligere ekspansion af vand over de nordlige sletter i Asien, Europa og Nordamerika. Grønland og Antarktis ville på trods af deres høje højder blive betydeligt mindre i størrelse. Nye øhav kommer fra de sydlige have. De store amerikanske søer, de største ferskvandsreservoirer i verden, opløses i havet.

Afmatningen vil fortsætte efter adskillelsen af de to oceaner og forårsage yderligere vandring af havvandet mod stænger. Overraskende (på trods af Antarktis højde) har det sydlige polære bassin en større kapacitet end det nordlige. I betragtning af den faste vandmængde i begge halvkugler ville det mere rummelige bassin på den sydlige pol resultere i et samlet lavere havniveau end I henhold til volumetrisk beregning udført med ArcGIS 3D Analyst-udvidelsen skal forskellen mellem havets niveau i de to oceaner være 1.407 meter. Datanøjagtigheden garanterer dog ikke dette præcisionsniveau, så højdeforskellen mellem havet niveauet for de to anvendte oceaner var 1.400 meter.

Serien af kort illustreret af denne artikel skildrer de intermitterende stadier under denne vandring af jordens have og ændringer i landomfang, topografisk højde og badymetrisk dybde forårsaget ved den faldende hastighed af jordens rotation. Disse kort viser de mellemliggende stadier af overgangsgeografi fra en roterende til en stationær verden. De viser virkningerne af den gradvise reduktion af centrifugalkraften fra dens nuværende niveau til ingen, hvilket efterlader tyngdekraften som den eneste kraft, der styrer havets omfang.

Den faktiske afmatning af jordens rotation er observeret, målt, beregnet, og teoretisk forklaret. Efterhånden som der udvikles nyere metoder og mere præcise instrumenter konstrueres, kan den nøjagtige hastighed af afmatningen variere mellem nogle kilder. Som reflekterer denne meget gradvise opbremsning, skal atomure justeres til soltid ved at tilføje et spring sekund hvert så ofte. Det første sprangsekund blev tilføjet i 1956.

Alt Antarktis ville være under vand på dette tidspunkt. De nordpolære farvande og vandet over de enorme, for nylig nedsænkede områder i Sibirien og Canada ville blive dybere. På samme tid ville ækvatoriale farvande blive mere overfladiske.

Store landområder nær ækvator fortsætter med at vokse og slutte sig til hinanden. På nuværende tidspunkt er næsten hele Canada, Europa og Rusland dækket af et nordligt cirkumpolært hav.

De fleste forskere er enige om, at solens dag (relateret til rotationshastigheden) konstant bliver længere . Denne minimale stigning i daglængden skyldes hovedsageligt den oceaniske tidevandsfriktion. Da den anslåede hastighed for afmatningen blev projiceret tilbage til tidligere geologiske eoner, viste det, at længden af en dag var flere timer kortere end i dag.

Derfor i Devon-perioden (for 400 millioner år siden), jorden roterede omkring 40 flere gange under en omdrejning omkring solen, end den gør nu. Fordi kontinenterne har drevet markant siden den tid, er det vanskeligt at foretage skøn over land kontra havets omrids for den æra. Vi kan imidlertid være sikre på, at – med en hurtigere centrifugeringshastighed i fortiden – var ækvatorialbukningen med oceanisk vand meget større end den er i dag. Tilsvarende var den ellipsoide udfladning af jorden også mere signifikant.

Denne animation skildrer de intermitterende stadier under denne vandring af jordens have og ændringer i landomfang, topografisk højde og badymetrisk dybde forårsaget af den faldende hastighed i jordens rotation. Den viser virkningerne af den gradvise reduktion af centrifugalkraften fra dens nuværende niveau til ingen, hvilket efterlader tyngdekraften som den eneste kraft, der styrer havets omfang.

Indflydelsen af jordens hastighed “Rotation har en dominerende effekt på klodens geometri med hensyn til klodens overordnede form såvel som omridset af det globale hav. Jordens fysiske lettelse er kun en sekundær faktor, der styrer afgrænsningen af havene. Afmatningen af jordens rotation vil fortsætte i 4 milliarder år – så længe vi kan forestille os. Afmatningen uendeligt – men støt – ændrer klodens geometri og gør den dynamisk. Nettoresultatet af disse dynamiske justeringer er, at jorden langsomt bliver mere og mere som en sfære. Det vil dog tage milliarder af år, før jorden holder op med at dreje, og tyngdepunktet skaber et gennemsnitligt havniveau, der er en perfekt sfære.

Om forfatteren

Witold Fraczek er en mangeårig medarbejder hos Esri, der i øjeblikket arbejder i Application Prototype Lab.Han fik sin doktorgrad i anvendelsen af GIS i skovbrug fra Agricultural University og kandidatgrad i hydrologi fra University of Warszawa, Polen, og teledetektion fra University of Wisconsin, Madison.