Si la Terre s’arrêta

Modélisation de l’absence de force centrifuge

Par Witold Fraczek, Esri

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Ce qui suit n’est pas un scénario futuriste. Ce n’est pas de la science-fiction. C’est une démonstration des capacités du SIG à modéliser les résultats d’une requête extrêmement improbable, mais intellectuellement fascinante: que se passerait-il si la terre cessait de tourner? ArcGIS a été utilisé pour effectuer des analyses raster complexes et des calculs volumétriques et générer des cartes qui visualisent ces résultats.

Le monde tel que nous le connaissons. La démarcation évidente de la terre et de l’océan est indiquée par le contour de l’élévation 0.

Le plus long axe équatorial de l’ellipsoïde de la Terre mesure plus de 21,4 km (ou 1/3 de 1 pour cent) plus long que l’axe polaire. L’aplatissement de l’ellipsoïde indiqué sur cette carte était intentionnellement exagéré.

L’élément le plus significatif de toute carte qui représente même un partie de l’océan terrestre est l’étendue spatiale de cette masse d’eau. En règle générale, nous ne prêtons pas beaucoup d’attention à la délimitation de la mer car elle semble si évidente et constante que nous ne réalisons pas que c’est un fondement de la géographie et la base de notre perception du monde physique.

La ligne séparant les océans des continents décrivant l’étendue spatiale de la terre et de l’eau est le contour le plus fondamental. C’est une élévation nulle car cela signifie le niveau de la mer. Pourquoi le niveau de la mer est-il où nous l’observons actuellement? Qu’est-ce qui contrôle le niveau de la mer? Quelle est la stabilité des forces qui déterminent le niveau de la mer? Cet article ne fait pas référence au changement climatique et à l’augmentation potentielle du niveau de l’eau dans l’océan mondial mais plutôt à la géométrie du globe et aux puissantes énergies géophysiques qui déterminent où se trouvent les océans.

Le niveau de la mer est – et a toujours été – en équilibre avec la gravité de la planète, qui tire l’eau vers le centre de masse de la Terre, et la force centrifuge vers l’extérieur, qui résulte de la rotation de la Terre. Après quelques milliards d’années de rotation , la terre a pris la forme d’un ellipsoïde (qui peut être considéré comme une sphère aplatie). Par conséquent, la distance au centre de masse de la terre est la plus longue autour de l’équateur et la plus courte au-delà des cercles polaires. La différence de courant entre le niveau moyen de la mer observé le long de l’équateur et la distance entre le centre de masse de la Terre et le niveau de la mer aux pôles est d’environ 21,4 kilomètres (km).

La gravité de la terre immobile est la plus forte dans les régions polaires (indiquée en vert). Elle est intermédiaire aux latitudes moyennes et la plus faible aux hautes altitudes des Andes, près de l’équateur.

Lorsque la rotation mondiale s’arrête, la migration massive des eaux océaniques Cessez et le niveau de la mer serait à différents endroits, changeant complètement la géographie du monde.

Que se passerait-il si la rotation de la Terre ralentissait et cessait finalement de tourner sur une période de quelques décennies? ArcGIS nous permet de modéliser les effets de ce scénario, d’effectuer des calculs et des estimations et de créer une série de cartes montrant les effets que l’absence de force centrifuge aurait sur le niveau de la mer.

Si la Terre cessait de tourner autour de son axe mais continuait tournant autour du soleil et son axe de rotation maintenait la même inclinaison, la durée d’un an resterait la même, mais un jour durerait aussi longtemps qu’un an. Dans ce scénario fictif, la disparition séquentielle de la force centrifuge provoquerait un changement catastrophique du climat et des ajustements géologiques désastreux (exprimés en tremblements de terre dévastateurs) à l’état gravitationnel équipotentiel transformant.

L’absence d’effet centrifuge en résulterait dans la gravité de la terre étant la seule force significative contrôlant l’étendue des océans. Des corps célestes proéminents tels que la lune et le soleil joueraient également un rôle, mais en raison de leur éloignement de la terre, leur impact sur l’étendue des océans mondiaux serait négligeable.

Si la gravité de la terre seule était responsable de la création d’une nouvelle géographie, l’énorme renflement de l’eau océanique – qui est maintenant à environ 8 km de haut à l’équateur – migrerait vers l’endroit où la gravité d’une Terre stationnaire serait la plus forte. Ce renflement est attribué à l’effet centrifuge de la rotation de la terre à une vitesse linéaire de 1 667 km / heure à l’équateur. Le renflement de l’eau équatoriale existant gonfle également la forme ellipsoïdale du globe lui-même.

L’étendue d’un hypothétique océan circumpolaire nord sur le territoire de l’Amérique du Nord est indiquée. La couleur orange indique les zones dont l’altitude est supérieure à 3 000 mètres au-dessus du niveau de l’océan nord.Les points rouges représentent certaines des plus grandes villes du continent.

Le renflement définit la forme finale du globe en établissant le niveau uniforme de la mer en équilibre gravitationnel, qui est utilisé comme référence standard pour décrivant la forme de la terre. C’est la géométrie de cette forme même que les géodésistes essayaient de calculer depuis plus d’un siècle. Leurs efforts ont été finalisés par l’acceptation de l’ellipsoïde appelé Système géodésique mondial 1984 (WGS84) par la communauté internationale à Washington, DC, en 1984. L’ellipsoïde WGS84 se rapproche plus précisément de la forme de la terre que de nombreux autres ellipsoïdes qui étaient auparavant proposé.

Si la terre s’arrêtait, les océans migreraient progressivement vers les pôles et feraient émerger des terres dans la région équatoriale. Cela aboutirait finalement à un énorme mégacontinent équatorial et à deux grands océans polaires. La ligne qui délimite les zones qui contribuent hydrologiquement à l’un ou l’autre océan suivrait l’équateur si la terre était un ellipsoïde parfait. Cependant, en raison du relief important des continents et du plancher océanique, l’hypothétique fracture mondiale entre les zones qui contribuent hydrologiquement à l’un ou l’autre océan s’écarte considérablement de l’équateur. Analogue à la fameuse division continentale des États-Unis, ce serait la frontière séparant deux bassins hydrographiques hémisphériques géants des nouveaux océans circumpolaires. Il est intéressant de noter que le point le plus élevé de cette fracture mondiale ne serait pas la plus haute altitude du globe entier. L’altitude la plus élevée de la fracture mondiale dans les Andes colombiennes serait d’environ 12 280 mètres, tandis que les altitudes des célèbres volcans équatoriaux du Chimborazo (Équateur) et du Kilimandjaro (Tanzanie) seraient respectivement de 13 615 et 12 786 mètres. Les deux volcans ne sont pas situés sur la ligne de division mondiale. Le point le plus bas de la nouvelle ligne de division mondiale, avec une altitude de 2 760 mètres, serait situé au sud-ouest de l’île de Kiribati dans le Pacifique occidental.

En raison du relief unique de la surface de la Terre au début du ralentissement, les changements les plus importants dans la configuration de la terre par rapport à l’eau se produiraient aux hautes latitudes de l’hémisphère nord, où la houle de l’océan s’étendrait rapidement sur les vastes et plats territoires du nord de la Sibérie et du nord du Canada. En même temps, les changements des contours continentaux aux basses latitudes seraient à peine perceptibles car (à quelques exceptions près) les eaux équatoriales sont profondes et une baisse du niveau d’eau de quelques dizaines de mètres ne ferait pas émerger de vastes étendues de terres. Vers la fin du période de ralentissement, lorsque les principales caractéristiques géographiques des océans et des terres se seraient déjà adaptées à la forme ellipsoïdale du globe et à la nouvelle distribution de la gravité, des changements relativement petits se produiraient. lié à la forme ellipsoïdale du globe, qui submerge l’effet de la diversité du relief géographique de la terre.

Aujourd’hui, les trois océans du monde sont connectés. Cela crée un océan mondial avec essentiellement un niveau de la mer. En raison du ralentissement de la rotation, le contour de l’océan mondial subirait continuellement des changements dramatiques. Les eaux équatoriales se déplaceraient vers les zones polaires, entraînant initialement une réduction significative de la profondeur tout en remplissant les bassins polaires qui ont beaucoup moins de capacité. Au fur et à mesure que les régions à haute latitude de l’hémisphère nord deviendraient submergées, l’étendue de la zone de l’océan circumpolaire nord s’étendrait rapidement, couvrant les vastes basses terres de la Sibérie et les parties nord de l’Amérique du Nord. L’océan global resterait une unité jusqu’à ce que la rotation de la Terre diminue à la vitesse à laquelle la séparation des océans se produirait. L’interaction entre l’inertie d’immenses plans d’eau et la diminution de la force centrifuge serait très compliquée. Du fait du ralentissement régulier de la rotation de la Terre, l’océan mondial serait progressivement séparé en deux océans. De toute évidence, la dernière connexion sera rompue au point le plus bas de la ligne de partage des eaux, située au sud-ouest des îles Kiribati. L’océan Pacifique occidental actuel est un avion, la terre émergerait rapidement car il n’y aurait aucune chance que l’eau soit échangée entre les deux océans circumpolaires après la scission initiale. La zone de séparation finale entre les deux océans serait l’émergence et l’assèchement simultanés de territoire s’étendant sur des centaines de kilomètres.

Alors que la gravité tire plus d’eau vers l’océan Arctique, les basses terres de la Sibérie et du nord du Canada seraient submergés et le mouvement correspondant de l’eau hors de la région équatoriale, combiné aux eaux peu profondes du plateau continental au sud-est de l’Asie et au nord de l’Australie, entraînera l’émergence de terres.

L’approfondissement de l’océan Arctique entraînerait une nouvelle expansion de l’eau sur les plaines du nord de l’Asie, de l’Europe et de l’Amérique du Nord. Le Groenland et l’Antarctique, malgré leurs hautes altitudes, deviendraient nettement plus petits. De nouveaux archipels émergent des mers du sud. Les Grands Lacs américains, les plus grands réservoirs d’eau douce du monde, se dissolvent dans l’océan.

Le ralentissement se poursuivrait après la séparation des deux océans et entraînerait une migration supplémentaire de l’eau de l’océan vers le poteaux. Étonnamment (malgré l’élévation de l’Antarctique), le bassin polaire sud a une plus grande capacité que celui du nord. Compte tenu du volume d’eau fixe dans les deux hémisphères, le bassin plus vaste du pôle sud entraînerait un niveau de la mer globalement plus bas que le nord de l’océan. Selon le calcul volumétrique effectué avec l’extension ArcGIS 3D Analyst, la différence entre le niveau de la mer des deux océans devrait être de 1 407 mètres. Cependant, l’exactitude des données ne garantit pas ce niveau de précision, donc la différence d’altitude entre la mer le niveau des deux océans utilisés était de 1 400 mètres.

La série de cartes illustrées dans cet article décrit les étapes intermittentes de cette migration des océans de la terre et les changements dans l’étendue des terres, l’élévation topographique et la profondeur bathymétrique provoqués par la vitesse décroissante de la rotation de la Terre. Ces cartes montrent les étapes intermédiaires de la géographie transitionnelle d’un monde en rotation à un monde stationnaire. Elles montrent les effets de la réduction progressive de la force centrifuge de son niveau actuel à aucun, laissant la gravité comme seule force contrôlant l’étendue de l’océan.

Le ralentissement réel de la rotation de la Terre a été observé, mesuré, calculé, et théoriquement expliqué. Au fur et à mesure que de nouvelles méthodologies sont développées et que des instruments plus précis sont construits, le rythme exact du ralentissement peut varier selon certaines sources. Reflétant ce ralentissement très progressif, les horloges atomiques doivent être ajustées à l’heure solaire en ajoutant un saut de seconde de temps en temps. Le premier saut de seconde a été ajouté en 1956.

Tout l’Antarctique serait sous l’eau à ce stade. Les eaux polaires nord et les eaux des vastes territoires récemment submergés de Sibérie et du Canada deviendraient plus profondes. Dans le même temps, les eaux équatoriales deviendraient plus peu profondes.

De vastes zones terrestres près de l’équateur continuent de croître et se rejoignent. À l’heure actuelle, presque tout le Canada, l’Europe et la Russie sont couverts par un océan circumpolaire nordique.

La plupart des scientifiques conviennent que le jour solaire (lié à la vitesse de rotation) s’allonge continuellement . Cette augmentation minimale de la durée du jour est principalement due au frottement océanique des marées. Lorsque le rythme estimé du ralentissement a été projeté sur les éons géologiques du passé, il a montré que la durée d’une journée était plusieurs heures plus courte qu’aujourd’hui.

Par conséquent, pendant la période dévonienne (il y a 400 millions d’années), la terre a tourné environ 40 fois de plus au cours d’une révolution autour du soleil qu’elle ne le fait maintenant. Étant donné que les continents ont considérablement dérivé depuis lors, il est difficile d’estimer les contours des terres par rapport aux océans pour cette époque. Cependant, nous pouvons être certains que – avec une vitesse de rotation plus rapide dans le passé – le renflement équatorial de l’eau océanique était alors beaucoup plus grand qu’il ne l’est aujourd’hui. De même, l’aplatissement ellipsoïdal de la Terre était également plus significatif.

Cette animation représente les étapes intermittentes de cette migration des océans de la Terre et les changements dans les étendues de terrain, l’élévation topographique, et la profondeur bathymétrique provoqués par la vitesse décroissante de la rotation de la terre. Il montre les effets de la réduction progressive de la force centrifuge de son niveau actuel à zéro, laissant la gravité comme seule force contrôlant l’étendue de l’océan.

L’influence de la vitesse de la terre La rotation de « s a un effet dominant sur la géométrie du globe, en termes de forme globale du globe ainsi que le contour de l’océan global. Le relief physique de la Terre n’est qu’un facteur secondaire contrôlant la délimitation des océans. Le ralentissement de la rotation de la Terre se poursuivra pendant 4 milliards d’années – aussi longtemps que nous pouvons l’imaginer. Le ralentissement infiniment – mais régulièrement – modifie la géométrie du globe et le rend dynamique. Le résultat net de ces ajustements dynamiques est que la Terre devient de plus en plus comme une sphère. Cependant, il faudra des milliards d’années avant que la terre cesse de tourner, et l’équipotentialité gravitationnelle crée un niveau moyen de la mer qui est une sphère parfaite.

À propos de l’auteur

Witold Fraczek est un employé de longue date d’Esri qui travaille actuellement dans le laboratoire de prototypes d’application.Il a obtenu son doctorat en application du SIG en foresterie de l’Université d’agriculture et une maîtrise en hydrologie de l’Université de Varsovie, Pologne, et en télédétection de l’Université du Wisconsin, Madison.