Si la Tierra se detuvo

Modelando la ausencia de fuerza centrífuga

Por Witold Fraczek, Esri

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El siguiente no es un escenario futurista. No es ciencia ficcion. Es una demostración de las capacidades de GIS para modelar los resultados de una pregunta extremadamente improbable, pero intelectualmente fascinante: ¿Qué pasaría si la tierra dejara de girar? ArcGIS se utilizó para realizar análisis ráster complejos y cálculos volumétricos y generar mapas que visualizan estos resultados.

El mundo tal como lo conocemos. La demarcación obvia de la tierra y el océano está indicada por el contorno de la elevación 0.

El eje ecuatorial más largo del elipsoide de la Tierra tiene más de 21,4 km (o 1/3 de 1 por ciento) más largo que el eje polar. El aplanamiento del elipsoide que se muestra en este mapa fue exagerado intencionalmente.

La característica más significativa en cualquier mapa que represente incluso un porción del océano de la tierra es la extensión espacial de ese cuerpo de agua. Por lo general, no prestamos mucha atención a la delimitación del mar porque parece tan obvio y constante que no nos damos cuenta de que es una base de la geografía y la base de nuestra percepción del mundo físico.

La línea que separa los océanos de los continentes que delinea la extensión espacial tanto de la tierra como del agua es el contorno más fundamental. Es elevación cero porque significa el nivel del mar. ¿Por qué está el nivel del mar donde lo observamos actualmente? ¿Qué controla el nivel del mar? ¿Qué tan estables son las fuerzas que determinan el nivel del mar? Este artículo no se refiere al cambio climático y al aumento potencial del nivel del agua en el océano global, sino a la geometría del globo y las poderosas energías geofísicas que determinan dónde se encuentran los océanos.

El nivel del mar es —Y siempre ha estado— en equilibrio con la gravedad del planeta, que empuja el agua hacia el centro de masa de la Tierra, y la fuerza centrífuga hacia afuera, que resulta de la rotación de la Tierra. Después de algunos miles de millones de años de rotación , la tierra ha tomado la forma de un elipsoide (que puede considerarse una esfera aplanada). En consecuencia, la distancia al centro de masa de la tierra es la más larga alrededor del ecuador y la más corta más allá de los círculos polares. La diferencia actual entre el nivel medio del mar observado a lo largo del ecuador y la distancia al centro de masa de la Tierra desde el nivel del mar en los polos es de aproximadamente 21,4 kilómetros (km).

La gravedad de la tierra inmóvil es la más fuerte en las regiones polares (mostrada en verde). Es intermedia en las latitudes medias y más débil en las grandes altitudes de los Andes, cerca del ecuador.

Cuando la rotación global se detenga, la migración masiva de agua oceánica cese y el nivel del mar estaría en diferentes lugares, cambiando completamente la geografía mundial.

¿Qué pasaría si la rotación de la tierra se ralentizara y finalmente dejara de girar durante un período de algunas décadas? ArcGIS nos permite modelar los efectos de este escenario, realizando cálculos y estimaciones y creando una serie de mapas que muestran los efectos que la ausencia de fuerza centrífuga tendría sobre el nivel del mar.

Si la tierra dejara de girar sobre su eje pero continuara girando alrededor del sol y su eje de rotación mantenía la misma inclinación, la duración de un año seguiría siendo la misma, pero un día duraría tanto como un año. En este escenario ficticio, la desaparición secuencial de la fuerza centrífuga provocaría un cambio catastrófico en el clima y ajustes geológicos desastrosos (expresados como terremotos devastadores) al estado gravitacional equipotencial transformador.

La falta del efecto centrífugo resultaría siendo la gravedad de la tierra la única fuerza significativa que controla la extensión de los océanos. Los cuerpos celestes prominentes como la luna y el sol también jugarían un papel, pero debido a su distancia de la tierra, su impacto en la extensión de los océanos globales sería insignificante.

Si la gravedad de la tierra solo fue responsable de crear una nueva geografía, el enorme bulto de agua oceánica, que ahora tiene unos 8 km de altura en el ecuador, migraría hacia donde la gravedad de una Tierra estacionaria sería más fuerte. Este abultamiento se atribuye al efecto centrífugo del giro de la Tierra con una velocidad lineal de 1.667 km / hora en el ecuador. El abultamiento de agua ecuatorial existente también infla la forma elipsoidal del globo mismo.

Se muestra la extensión de un hipotético océano circumpolar del norte sobre el territorio de América del Norte. El color naranja indica áreas con una elevación superior a 3.000 metros sobre el nivel del océano del norte.Los puntos rojos representan algunas de las ciudades más grandes del continente.

El bulto define la forma final del globo al establecer el nivel del mar uniforme en equilibrio gravitacional, que se utiliza como referencia estándar para describiendo la forma de la tierra. Es la geometría de esta misma forma la que los geodesistas intentaron calcular durante más de un siglo. Sus esfuerzos finalizaron con la aceptación del elipsoide denominado Sistema Geodésico Mundial 1984 (WGS84) por la comunidad internacional en Washington, DC, en 1984. El elipsoide WGS84 se aproxima a la forma de la Tierra con mayor precisión que muchos otros elipsoides que fueron previamente propuesto.

Si la tierra se detuviera, los océanos migrarían gradualmente hacia los polos y harían que emergiera la tierra en la región ecuatorial. Esto eventualmente resultaría en un enorme megacontinente ecuatorial y dos grandes océanos polares. La línea que delimita las áreas que contribuyen hidrológicamente a uno u otro océano seguiría el ecuador si la Tierra fuera un elipsoide perfecto. Sin embargo, debido al relieve significativo tanto de los continentes como del fondo oceánico, la hipotética división global entre las áreas que contribuyen hidrológicamente a uno u otro océano se desvía significativamente del ecuador. De manera análoga a la conocida División Continental de EE. UU., Esta sería la frontera que separa dos cuencas hidrográficas hemisféricas gigantes de los nuevos océanos circumpolares. Curiosamente, el punto más alto de esta división global no sería la altitud más alta de todo el mundo. La elevación más alta de la división global en los Andes colombianos sería de unos 12.280 metros, mientras que las altitudes de los famosos volcanes ecuatoriales de Chimborazo (Ecuador) y Kilimanjaro (Tanzania) serían 13.615 y 12.786 metros, respectivamente. Ambos volcanes no están ubicados en la línea divisoria global. El punto más bajo de la nueva línea divisoria global, con una elevación de 2.760 metros, estaría situado al suroeste de la isla de Kiribati en el Pacífico occidental.

Debido al relieve único de la superficie de la tierra al principio de la desaceleración, los cambios más significativos en el contorno de la tierra frente al agua se producirían en las latitudes altas del hemisferio norte, donde el oleaje del océano se expandiría rápidamente sobre los territorios planos y vastos del norte de Siberia y el norte de Canadá. Al mismo tiempo, los cambios en los contornos continentales en latitudes bajas serían apenas perceptibles porque (con algunas excepciones) las aguas ecuatoriales son profundas, y una disminución del nivel del agua en unas pocas docenas de metros no provocaría la aparición de grandes extensiones de tierra. Hacia el final del período de desaceleración, cuando las principales características geográficas de los océanos y la tierra ya se habrían ajustado a la forma elipsoidal del globo y la nueva distribución de la gravedad, se producirían cambios relativamente pequeños. Esto puede atribuirse debido a la forma elipsoidal del globo, que supera el efecto de la diversidad del relieve geográfico de la tierra.

Hoy, los tres océanos del mundo están conectados. Esto crea un océano global con básicamente un nivel del mar. Como consecuencia de la desaceleración de la rotación, el contorno del océano global experimentaría continuamente cambios dramáticos. Las aguas ecuatoriales se moverían hacia áreas polares, provocando inicialmente una reducción significativa en la profundidad mientras llenan las cuencas polares que tienen mucha menos capacidad. A medida que las regiones en latitudes altas del hemisferio norte se sumergen, la extensión del océano circumpolar norte se expandirá rápidamente, cubriendo las vastas tierras bajas de Siberia y las porciones del norte de América del Norte. El océano global seguiría siendo una unidad hasta que la rotación de la tierra disminuyese a la velocidad a la que se produciría la separación del océano. La interacción entre la inercia de grandes masas de agua y la disminución de la fuerza centrífuga sería muy complicada. Como consecuencia de la desaceleración constante de la rotación de la Tierra, el océano global se dividiría gradualmente en dos océanos. Obviamente, la última conexión se romperá en el punto más bajo de la línea divisoria global, ubicado al suroeste de las Islas Kiribati. Desde el actual Océano Pacífico occidental es un plano, la tierra emergería rápidamente porque no habría posibilidad de que el agua se intercambiara entre los dos océanos circumpolares después de la división inicial. El área de separación final entre los dos océanos sería la emergencia y el secado simultáneos de territorio que se extiende por cientos de kilómetros.

Mientras que la gravedad atrae más agua hacia el Océano Ártico, las tierras bajas de Siberia y el norte de Canadá quedaría sumergido El correspondiente movimiento de agua lejos de la región ecuatorial combinado con las aguas poco profundas de la plataforma continental al sureste de Asia y al norte de Australia hará que emerja tierra.

Un océano Ártico cada vez más profundo conduciría a una mayor expansión del agua sobre las llanuras del norte de Asia, Europa y América del Norte. Groenlandia y la Antártida, a pesar de sus elevadas elevaciones, serían significativamente más pequeñas. Nuevos archipiélagos emergen de los mares del sur. Los Grandes Lagos Americanos, los reservorios de agua dulce más grandes del mundo, se disuelven en el océano.

La desaceleración continuaría después de la separación de los dos océanos y causaría una mayor migración del agua del océano hacia el polos. Sorprendentemente (a pesar de la elevación de la Antártida), la cuenca del polo sur tiene una capacidad mayor que la del norte. Dado el volumen fijo de agua en ambos hemisferios, la cuenca más amplia del polo sur daría como resultado un nivel del mar más bajo que el océano norte. Según el cálculo volumétrico realizado con la extensión ArcGIS 3D Analyst, la diferencia entre el nivel del mar de los dos océanos debería ser de 1.407 metros. Sin embargo, la precisión de los datos no garantiza este nivel de precisión, por lo que la diferencia de elevación entre el mar El nivel de los dos océanos utilizados fue de 1.400 metros.

La serie de mapas que ilustra este artículo muestra las etapas intermitentes durante esta migración de los océanos de la tierra y los cambios en la extensión de la tierra, la elevación topográfica y la profundidad batimétrica causada por la velocidad decreciente de rotación de la Tierra. Estos mapas demuestran las etapas intermedias de la geografía de transición de un mundo en rotación a uno estacionario. Muestran los efectos de la reducción gradual de la fuerza centrífuga de su nivel actual a cero, dejando a la gravedad como la única fuerza que controla la extensión del océano.

La desaceleración real de la rotación de la Tierra se ha observado, medido, calculado, y teóricamente explicado. A medida que se desarrollan metodologías más nuevas y se construyen instrumentos más precisos, la tasa exacta de desaceleración puede variar entre algunas fuentes. Como reflejo de esta desaceleración muy gradual, los relojes atómicos deben ajustarse a la hora solar agregando un segundo intercalar de vez en cuando. El primer segundo intercalar se añadió en 1956.

Toda la Antártida estaría bajo el agua en este punto. Las aguas del polo norte y el agua sobre los vastos territorios recientemente sumergidos en Siberia y Canadá serían cada vez más profundos. Al mismo tiempo, las aguas ecuatoriales se volverían menos profundas.

Grandes áreas de tierra cerca del ecuador continúan creciendo y se unen entre sí. A estas alturas, casi todo Canadá, Europa y Rusia están cubiertos por un océano circumpolar del norte.

La mayoría de los científicos están de acuerdo en que el día solar (relacionado con la velocidad de rotación) se alarga continuamente . Este aumento mínimo de la duración del día se debe principalmente a la fricción de las mareas oceánicas. Cuando se proyectó la tasa estimada de desaceleración a eones geológicos pasados, se mostró que la duración de un día era varias horas más corta que la actual.

En consecuencia, durante el período Devónico (hace 400 millones de años), la tierra giró unas 40 veces más durante una revolución alrededor del sol que ahora. Debido a que los continentes se han desplazado significativamente desde ese momento, es difícil hacer estimaciones de los contornos de la tierra frente al océano para esa época. Sin embargo, podemos estar seguros de que, con una velocidad de giro más rápida en el pasado, el abultamiento ecuatorial de agua oceánica era mucho más grande entonces de lo que es hoy. De manera similar, el aplanamiento elipsoidal de la Tierra también fue más significativo.

Esta animación muestra las etapas intermitentes durante esta migración de los océanos de la Tierra y cambios en la extensión de la tierra, elevación topográfica y profundidad batimétrica causados por la velocidad decreciente de rotación de la tierra. Muestra los efectos de la reducción gradual de la fuerza centrífuga de su nivel actual a cero, dejando a la gravedad como la única fuerza que controla la extensión del océano.

La influencia de la velocidad de la tierra La rotación tiene un efecto dominante en la geometría del globo, en términos de la forma general del globo y del contorno del océano global. El relieve físico de la tierra es solo un factor secundario que controla la delimitación de los océanos. La desaceleración de la rotación de la Tierra continuará durante 4 mil millones de años, todo el tiempo que podamos imaginar. La desaceleración infinitesimal, pero constante, cambia la geometría del globo y lo hace dinámico. El resultado neto de estos ajustes dinámicos es que la tierra se está convirtiendo cada vez más en una esfera. Sin embargo, pasarán miles de millones de años antes de que la tierra deje de girar y el equipotencial gravitacional cree un nivel medio del mar que es una esfera perfecta.

Acerca del autor

Witold Fraczek es un empleado desde hace mucho tiempo de Esri que actualmente trabaja en el laboratorio de prototipos de aplicaciones.Recibió su doctorado en la aplicación de SIG en silvicultura de la Universidad Agrícola y una maestría en hidrología de la Universidad de Varsovia, Polonia, y teledetección de la Universidad de Wisconsin, Madison.