Jos maa pysähtyi edelleen

Keskipakovoiman puuttumisen mallintaminen

Witold Fraczek, Esri

Tämä artikkeli PDF-tiedostona.

Seuraava ei ole futuristinen skenaario. Se ei ole tieteiskirjallisuutta. Se on osoitus GIS: n kyvystä mallintaa erittäin epätodennäköisen, mutta älyllisesti kiehtovan kyselyn tuloksia: Mitä tapahtuisi, jos maa lakkaisi pyörimästä? ArcGIS: ää käytettiin monimutkaisten rasterianalyysien ja tilavuuslaskelmien suorittamiseen sekä karttojen luomiseen, jotka visualisoivat nämä tulokset.

Maailma sellaisena kuin me sen tunnemme. Maan ja valtameren ilmeisen rajaamisen osoittaa 0-korkeuden muoto.

Maapallon ellipsoidin pidempi, päiväntasaajan akseli on yli 21,4 km. (tai 1/3 prosentista) pitempi kuin napa-akseli. Tällä kartalla esitetyn ellipsoidin tasoittumista on tarkoituksella liioiteltu.

Kaikkien karttojen merkittävin piirre, joka kuvaa jopa osa maan merestä on kyseisen vesimuodostuman tilallinen laajuus. Tyypillisesti emme kiinnitä paljon huomiota meren rajaamiseen, koska se näyttää niin ilmeiseltä ja jatkuvalta, ettemme ymmärrä, että se on maantieteen perusta ja perusta käsityksellemme fyysisestä maailmasta.

Meriä ja mantereita erottava viiva, joka kuvaa sekä maan että veden alueellista laajuutta, on perustavanlaatuisin muoto. Se on nollakorkeus, koska se tarkoittaa merenpintaa. Miksi merenpinta on siellä, missä sitä tällä hetkellä tarkkaillaan? Mikä hallitsee merenpintaa? Kuinka vakaat merenpinnan määrittävät voimat ovat? Tässä artikkelissa ei viitata ilmastonmuutokseen ja mahdolliseen vedenpinnan nousuun globaalissa valtameressä, vaan pikemminkin maapallon geometriaan ja voimakkaisiin geofysikaalisiin energioihin, jotka määräävät valtameret.

Merenpinta on —Ja on aina ollut tasapainossa planeetan painovoiman kanssa, joka vetää vettä kohti maan massakeskusta, ja ulospäin suuntautuvalla keskipakovoimalla, joka syntyy maan pyörimisestä. Muutaman miljardin vuoden kehruun jälkeen , maa on saanut ellipsoidin muodon (joka voidaan ajatella litistyneenä pallona) .Siksi etäisyys maan massakeskipisteeseen on pisin päiväntasaajan ympärillä ja lyhyin napapiirien ulkopuolella. Päiväntasaajan pitkin havaitun keskimääräisen merenpinnan ja maan massankeskipisteen etäisyys merenpinnasta pylväillä on noin 21,4 kilometriä (km).

Pysyvän maan painovoima on vahvin napa-alueilla (merkitty vihreällä). Se on keskileveysasteilla keskitasoa ja heikointa Andien suurilla korkeuksilla lähellä päiväntasaajaa.

Kun maailmanlaajuinen kierto pysähtyy, valtava valtameren veden kulkeutuminen loppuisi ja merenpinta olisi eri paikoissa, mikä muuttaisi täysin maailman maantiedettä.

Mitä tapahtuisi, jos maan kierto hidastuisi ja lopulta lopettaisi pyörimisen muutaman vuosikymmenen ajan? ArcGIS antaa meille mahdollisuuden mallintaa tämän skenaarion vaikutuksia, suorittaa laskutoimituksia ja arvioita sekä luoda sarjan karttoja, jotka osoittavat vaikutukset, joita keskipakovoiman puuttumisella olisi merenpinnan tasolla. Auringon ja sen pyörimisakselin ympäri pyöriessä sama kaltevuus säilyi, vuoden pituus säilyisi samana, mutta päivä kestäisi jopa vuoden. Tässä kuvitteellisessa skenaariossa keskipakovoiman peräkkäinen katoaminen aiheuttaisi katastrofaalisen muutoksen ilmastossa ja tuhoisat geologiset muutokset (ilmaistuna tuhoisina maanjäristyksinä) muuttavaan potentiaalitasapainotilaan.

Keskipakovaikutuksen puute johtaisi maan painovoima on ainoa merkittävä voima, joka hallitsee valtamerien laajuutta. Myös merkittävillä taivaankappaleilla, kuten kuu ja aurinko, olisi merkitystä, mutta niiden vaikutus maapallon etäisyyteen johtuen niiden vaikutus globaalien valtamerien laajuuteen olisi vähäinen.

Jos pelkkä maan painovoima oli vastuussa uuden maantieteellisen alueen luomisesta, valtava valtameren pullistuma – joka on nyt noin 8 km korkea päiväntasaajalla – siirtyisi sinne, missä kiinteän maan painovoima olisi voimakkain. Tämä pullistuma johtuu maapallon pyöreän keskipakovaikutuksesta, jonka lineaarinen nopeus on 1667 km / tunti päiväntasaajalla. Nykyinen päiväntasaajan vesipumppu täyttää myös maapallon ellipsoidisen muodon.

Hypoteettisen pohjoisen sirkumpolaarisen valtameren laajuus Pohjois-Amerikan alueella näytetään. Oranssi väri osoittaa alueita, joiden korkeus on yli 3000 metriä pohjoisen valtameren tason yläpuolella.Punaiset pisteet edustavat joitain maanosan suurimmista kaupungeista.

Murska määrittää maapallon lopullisen muodon määrittämällä yhtenäisen merenpinnan gravitaatiotasapainossa, jota käytetään vakioviitteenä kuvailee maan muotoa. Geodesistit yrittivät laskea tämän muodon geometrian yli vuosisadan ajan. Heidän ponnistelunsa saatiin päätökseen hyväksymällä ellipsoidi, jota kutsutaan nimellä World Geodetic System 1984 (WGS84), Washington DC: n kansainvälinen yhteisö vuonna 1984. Ellipsoidi WGS84 arvioi maapallon muotoa tarkemmin kuin monet muut aikaisemmin elipsoidit. ehdotettu.

Jos maa pysähtyisi, valtameret siirtyisivät vähitellen kohti pylväitä ja aiheuttaisivat maata päiväntasaajan alueelle. Tämä johtaisi lopulta valtavaan päiväntasaajan megakontinenttiin ja kahteen suureen napamereen. Linja, joka rajaa alueet, jotka vaikuttavat hydrologisesti yhteen tai toiseen valtamereen, seuraisi päiväntasaajaa, jos maa olisi täydellinen ellipsoidi. Sekä mantereiden että merenpohjan huomattavan helpotuksen vuoksi hypoteettinen globaali jakauma alueiden välillä, jotka hydrologisesti vaikuttavat yhteen tai toiseen valtamereen, poikkeaa merkittävästi päiväntasaajalta. Analogisesti tunnetun Yhdysvaltain mannerjaon kanssa tämä olisi raja, joka erottaa kahden uuden pyöreän napa-valtameren kaksi jättiläistä pallonpuoliskoa. Mielenkiintoista on, että tämän globaalin kuilun korkein kohta ei olisi koko maapallon korkein kohta. Kolumbian Andien maailmanlaajuisen kuilun korkein korkeus olisi noin 12 280 metriä, kun taas Chimborazon (Ecuador) ja Kilimanjaron (Tansania) kuuluisien päiväntasaajan tulivuorien korkeus olisi vastaavasti 13 615 ja 12 786 metriä. Molemmat tulivuoret eivät satunnaisesti sijaitse globaalilla jakolinjalla. Uuden maailmanlaajuisen jakolinjan alin kohta, korkeus 2760 metriä, sijaitsisi Kiribatin saarelta lounaaseen Tyynenmeren länsipuolella.

Maapinnan ainutlaatuisen helpotuksen vuoksi alussa hidastumisesta merkittävimmät muutokset maan ääriviivoihin verrattuna veteen tapahtuvat pohjoisen pallonpuoliskon korkeilla leveysasteilla, joilla turvonnut valtameri laajenisi nopeasti pohjoisen Siperian ja Pohjois-Kanadan tasaisilla ja valtavilla alueilla. muutokset mantereen ääriviivoihin matalilla leveysasteilla olisi tuskin havaittavissa, koska (muutamia poikkeuksia lukuun ottamatta) päiväntasaajan vedet ovat syviä, eikä vesitason lasku muutama kymmenen metriä johtaisi suurten maa-alueiden syntymiseen. hidastumisjakso, jolloin valtamerien ja maan tärkeimmät maantieteelliset piirteet olisivat jo sopeutuneet maapallon ellipsoidiseen muotoon ja uuteen painovoiman jakautumiseen, tapahtuisi suhteellisen pieniä muutoksia. maapallon ellipsoidiseen muotoon, joka ylittää maapallon maantieteellisen helpotuksen monimuotoisuuden vaikutuksen.

Nykyään kaikki kolme maailmamerta ovat yhteydessä toisiinsa. Tämä luo globaalin valtameren, jossa on pohjimmiltaan yksi merenpinta. Kierron hidastumisen seurauksena globaalin valtameren ääriviivat muuttuisivat jatkuvasti dramaattisesti. Päiväntasaajan vedet liikkuisivat kohti napa-alueita aiheuttaen aluksi merkittävän syvyyden vähenemisen täyttäen samalla polaarialtaat, joilla on paljon vähemmän kapasiteettia. Kun pohjoisen pallonpuoliskon suurilla leveysasteilla olevat alueet uppoavat, pohjoisen sirkumpolaarisen valtameren pinta-ala laajenee nopeasti kattamalla Siperian valtavat alangot ja Pohjois-Amerikan pohjoiset osat. Globaali valtameri pysyisi yhtenä yksikkönä, kunnes maan kiertyminen laski nopeuteen, jolla meren erotus tapahtuisi. Valtavien vesimuodostumien inertian ja pienenevän keskipakovoiman välinen vuorovaikutus olisi hyvin monimutkaista. Maan kiertämisen tasaisen hidastumisen seurauksena globaali valtameri erotettaisiin vähitellen kahdeksi valtamereksi. Ilmeisesti viimeinen yhteys katkeaa maailmanlaajuisen jakolinjan alimmassa kohdassa, joka sijaitsee Kiribatin saarilta lounaaseen. nykyinen Länsi-Tyynen valtameri on lentokone, maa nousee nopeasti, koska ei ole mitään mahdollisuutta, että vesi vaihtuu kahden sirkumpolaarisen valtameren välillä alkuperäisen jakautumisen jälkeen. Kahden valtameren lopullinen erotusalue olisi samanaikainen satoja kilometrejä ulottuva alue.

Vaikka painovoima vetää enemmän vettä kohti Pohjoista jäämerta, alangot Siperian ja Pohjois-Kanadan vesi joutuisi veden alle. Vastaava veden liike päiväntasaajan alueelta yhdistettynä mataliin mannerjalustavesiin Kaakkois-Aasiassa ja Australian pohjoispuolella aiheuttaa maan syntymisen.

Jäämeren syveneminen johtaisi veden laajenemiseen edelleen Aasian, Euroopan ja Pohjois-Amerikan pohjoisilla tasangoilla. Grönlanti ja Etelämantere kasvaisivat korkeista korkeuksistaan huolimatta huomattavasti. Uusia saaristoja syntyy eteläisiltä meriltä. Suuret amerikkalaiset järvet, maailman suurimmat makean veden säiliöt, liukenevat merelle.

Hidastuminen jatkuisi kahden valtameren erottamisen jälkeen ja aiheuttaisi valtameriveden edelleen siirtymistä kohti pylväät. Yllättäen (Etelämantereen korkeudesta huolimatta) eteläisen napa-altaan kapasiteetti on suurempi kuin pohjoisen. Ottaen huomioon kiinteän vesimäärän molemmilla pallonpuoliskoilla, eteläisen napan kapeampi allas johtaisi yleisesti matalampaan merenpintaan kuin pohjoinen valtameri. ArcGIS 3D Analyst -laajennuksella suoritetun tilavuuslaskelman mukaan näiden kahden valtameren merenpinnan välisen eron tulisi olla 1407 metriä. Tietojen tarkkuus ei kuitenkaan oikeuta tätä tarkkuustasoa, joten meren korkeusero Kahden käytetyn valtameren taso oli 1 400 metriä.

Tämän artikkelin karttasarja kuvaa tämän maan valtamerien vaelluksen jaksottaisia vaiheita ja muutoksia maan laajuudessa, topografisessa korkeudessa ja batimetrisessä syvyydessä maapallon pyörimisnopeuden alenemisella. Nämä kartat osoittavat siirtymämaantieteen välivaiheita pyörivästä kiinteään maailmaan. Ne osoittavat keskipakovoiman asteittainen väheneminen nykyiseltä tasolta olemattomaksi, jolloin painovoima on ainoa valtameren laajuutta hallitseva voima.

Maan pyörimisen todellinen hidastuminen on havaittu, mitattu, laskettu, ja teoreettisesti selitetty. Kun uudempia menetelmiä kehitetään ja tarkempia instrumentteja rakennetaan, hidastumisen tarkka nopeus voi vaihdella joidenkin lähteiden välillä. Tämän hyvin asteittaisen hidastumisen vuoksi atomikellot on mukautettava aurinko-aikaan lisäämällä harppaus sekunti niin usein. Ensimmäinen harppaus sekunti lisättiin vuonna 1956.

Kaikki Etelämantere olisi tässä vaiheessa veden alla. Pohjoisen napapiirin vedet ja vesi valtavien, äskettäin upotettujen alueiden yli Siperiassa ja Kanadassa syvenevät. Samaan aikaan päiväntasaajan vedet muuttuvat matalammiksi.

Päiväntasaajan lähellä olevat suuret maa-alueet kasvavat edelleen ja liittyvät toisiinsa. Tähän mennessä lähes koko Kanada, Eurooppa ja Venäjä on pohjoisen sirkumpolaarisen valtameren peitossa.

Useimmat tutkijat ovat yhtä mieltä siitä, että aurinkopäivä (liittyy pyörimisnopeuteen) pidentyy jatkuvasti. . Tämä vähäinen päivän pituuden kasvu johtuu pääasiassa valtameren vuorovesi-kitkasta. Kun hidastumisen arvioitu nopeus ennustettiin takaisin aikaisempiin geologisiin aikakausiin, se osoitti, että päivän pituus oli useita tunteja lyhyempi kuin tänään.

Näin ollen Devonin aikana (400 miljoonaa vuotta sitten), maa pyöri noin 40 kertaa enemmän yhden kierroksen aikana auringon ympäri kuin nyt. Koska maanosat ovat kulkeutuneet huomattavasti tuosta ajasta lähtien, on vaikea tehdä arvioita maan ja valtameren välillä siitä aikakaudesta. Voimme kuitenkin olla varmoja siitä, että – aikaisemmin nopeammalla pyörimisnopeudella – valtameren veden päiväntasaaja oli paljon suurempi kuin nykyään. Samoin maapallon ellipsoidinen tasoittuminen oli myös merkittävämpää.

Tämä animaatio kuvaa ajoittaisia vaiheita tämän maan valtamerien vaelluksen aikana. ja maan laajuuden, topografisen korkeuden ja batimetrisen syvyyden muutokset, jotka johtuvat maan pyörimisnopeuden vähenemisestä. Se osoittaa keskipakovoiman asteittaisen vähentämisen vaikutukset nykyiseltä tasolta olemattomaan, jolloin painovoima on ainoa valtameren määrää ohjaava voima.

Maan nopeuden vaikutus ”Pyörimisellä on hallitseva vaikutus maapallon geometriaan maapallon yleisen muodon ja globaalin valtameren ääriviivojen suhteen. Maapallon fyysinen helpotus on vain toissijainen tekijä, joka hallitsee valtamerien rajausta. Maan kiertonopeuden hidastuminen jatkuu 4 miljardia vuotta – niin kauan kuin voimme kuvitella. Hidastuminen loputtomasti – mutta tasaisesti – muuttaa maapallon geometriaa ja tekee siitä dynaamisen. Näiden dynaamisten säätöjen nettotulos on, että maapallosta on tulossa hitaammin pallo. Kuitenkin kestää miljardeja vuosia, ennen kuin maa lopettaa pyörimisen, ja painovoiman potentiaalipotentiaali luo keskimääräisen merenpinnan, joka on täydellinen pallo.

Kirjoittajasta

Witold Fraczek on pitkäaikainen Esrin työntekijä, joka työskentelee tällä hetkellä Application Prototype Labissa.Hän sai tohtorin tutkinnon GIS: n soveltamisesta metsätaloudessa maatalousyliopistosta ja hydrologian maisterin tutkinnot Varsovan yliopistosta Puolasta ja kaukokartoituksen Wisconsinin yliopistosta Madisonista.