Ha a Föld még mindig állt

A centrifugális erő hiányának modellezése

Witold Fraczek, Esri

Ez cikk PDF-ként.

A következő nem futurisztikus forgatókönyv. Ez nem tudományos fantasztikus. A GIS képességeinek bemutatása egy rendkívül valószínűtlen, mégis intellektuálisan lenyűgöző kérdés eredményeinek modellezésére: Mi történne, ha a föld megállna forogni? Az ArcGIS-t használták komplex raszteranalízis és volumetrikus számítások elvégzésére, valamint az eredményeket megjelenítő térképek előállítására.

A világ, amilyennek ismerjük. A szárazföld és az óceán nyilvánvaló elhatárolását a 0 magasság kontúrja jelzi.

A Föld ellipszoidjának hosszabb, egyenlítői tengelye meghaladja a 21,4 km-t. (vagy 1% -ának 1/3-a) hosszabb, mint a sarki tengely. Az ezen a térképen látható ellipszoid simulása szándékosan eltúlzott.

Minden térképen a legjelentősebb jellemző, amely még egy a Föld óceánjának része annak a víztestnek a térbeli kiterjedése. Általában nem nagyon figyelünk a tenger körülhatárolására, mert ez annyira nyilvánvalónak és állandónak tűnik, hogy nem vesszük észre, hogy ez a földrajz alapja és a fizikai világ megítélésének alapja.

Az óceánokat a kontinensektől elválasztó vonal, amely a föld és a víz térbeli kiterjedését is felvázolja, a legalapvetőbb kontúr. Nulla magasságú, mert a tengerszintet jelzi. Miért van a tengerszint ott, ahol jelenleg megfigyeljük? Mi szabályozza a tengerszintet? Mennyire stabilak a tengerszintet meghatározó erők? Ez a cikk nem az éghajlatváltozásra és a globális óceán vízszintjének lehetséges növekedésére utal, hanem a földgömb geometriájára és az óceánok fekvését meghatározó hatalmas geofizikai energiákra.

A tengerszint – és mindig is egyensúlyban volt a bolygó gravitációjával, amely a vizet a föld tömegközéppontja felé húzza, és a kifelé irányuló centrifugális erővel, amely a föld forgásából adódik. Néhány milliárd éves forgás után , a föld ellipszoid alakot kapott (amely lapos gömbnek tekinthető) .Ebből következően a föld tömegközéppontjától való távolság a leghosszabb az Egyenlítő körül, és a legrövidebb a sarki körökön. Az Egyenlítő mentén megfigyelt átlagos tengerszint és a föld tengerszinttől a pólusokon mért tömegközéppont távolsága közötti jelenlegi különbség körülbelül 21,4 kilométer (km).

A mozdulatlan föld gravitációja a legerősebb a sarki területeken (zöld színnel látható). Középső szélességeken közepes, míg a az Andok magas tengerszint feletti magasságában, az Egyenlítő közelében.

Amikor a globális forgás leáll, a hatalmas óceáni vizek vándorlása megszűnne, és a tengerszint különböző helyeken lenne, teljesen megváltoztatva a világföldrajzot.

Mi történne, ha a föld forgása lelassulna, és néhány évtized alatt végre abbahagyná a forgást? Az ArcGIS segítségével modellezhetjük ennek a forgatókönyvnek a hatásait, elvégezhetünk számításokat és becsléseket, valamint elkészíthetünk egy térképsorozatot, amely bemutatja a centrifugális erő hiányának tengerszintre gyakorolt hatásait. a nap körül és annak forgástengelye körül forogva ugyanolyan hajlás áll fenn, az év hossza ugyanaz marad, de egy nap akár egy évig is tart. Ebben a fiktív forgatókönyvben a centrifugális erő egymás utáni eltűnése katasztrofális klímaváltozást és katasztrofális geológiai kiigazításokat okozna (pusztító földrengésekként kifejezve) a transzformáló potenciálpotenciál-gravitációs állapotban.

A centrifugális hatás hiánya azt eredményezné a föld gravitációjában az egyetlen jelentős erő, amely az óceánok kiterjedését szabályozza. Jelentős égitestek, mint például a hold és a nap is szerepet játszanának, de a földtől való távolságuk miatt a globális óceánok kiterjedésére gyakorolt hatásuk elhanyagolható lenne.

Ha csak a föld gravitációja van egy új földrajz létrehozásáért volt felelős, az óceáni vizek hatalmas domborulata – amely az Egyenlítőnél most körülbelül 8 km magas – oda vándorolna, ahol az álló föld gravitációja lenne a legerősebb. Ez a dudor a föld centrifugális hatásának tulajdonítható, amely az Egyenlítőnél 1667 km / órás lineáris sebességgel forog. A meglévő egyenlítői víz kidudorodás felfújja a földgömb ellipszoid alakját is.

A hipotetikus északi cirkumpoláris óceán kiterjedése Észak-Amerika területe felett látható. A narancssárga szín olyan területeket jelez, amelyek magassága meghaladja az 3000 métert az északi óceán szintje felett.A vörös pöttyök a kontinens legnagyobb városait képviselik.

A domborulat meghatározza a földgömb végső alakját azáltal, hogy meghatározza az egységes tengerszintet a gravitációs egyensúlyban, amelyet standard referenciaként használnak. leírva a föld alakját. Éppen ennek a formának a geometriáját próbálták kiszámítani a geodetikusok több mint egy évszázadon keresztül. Erőfeszítéseiket úgy fejezték be, hogy 1984-ben Washington DC-ben a nemzetközi közösség elfogadta az 1984-es World Geodetic System (WGS84) elnevezésű ellipszoidot. A WGS84 ellipszoid pontosabban közelíti meg a föld alakját, mint sok más, korábban korábban elipszoid javasolt.

Ha a föld megállna, az óceánok fokozatosan vándorolnának a pólusok felé, és az Egyenlítői régióban földet hoznának létre. Ennek eredményeként végül hatalmas egyenlítői megakontinens és két nagy sarki óceán lesz. Az a vonal, amely meghatározza azokat a területeket, amelyek hidrológiailag hozzájárulnak az egyik vagy másik óceánhoz, az Egyenlítőt követné, ha a föld tökéletes ellipszoid lenne. Mind a kontinensek, mind az óceán fenekének jelentős megkönnyebbülése miatt azonban az egyik vagy másik óceánhoz hidrológiailag hozzájáruló területek közötti hipotetikus globális megosztottság jelentősen eltér az Egyenlítőtől. Az Egyesült Államok jól ismert kontinentális megosztottságához hasonlóan ez lenne a határ, amely elválasztja az új cirkumpoláris óceánok két óriási félgömb alakú vízválasztóját. Érdekes, hogy ennek a globális megosztottságnak a legmagasabb pontja nem lenne a legmagasabb magasság az egész földgömbön. A kolumbiai Andokban a globális megosztottság legnagyobb magassága körülbelül 12 280 méter lenne, míg a híres egyenlítői vulkánok, Chimborazo (Ecuador) és Kilimandzsáró (Tanzánia) magassága 13 615 és 12 786 méter. Mindkét vulkán véletlenül nem a globális választóvonalon helyezkedik el. Az új globális választóvonal legalacsonyabb pontja, 2760 méter magasan, a Csendes-óceán nyugati részén, Kiribati-szigettől délnyugatra helyezkedik el.

A föld kezdeti egyedülálló domborzata miatt a lassulás következtében a szárazföld és a víz viszonyainak körvonalában a legjelentősebb változások az északi félteke nagy szélességi fokain következnek be, ahol a duzzadó óceán gyorsan tágulni fog Észak-Szibéria és Kanada északi sík és hatalmas területein. Alacsony szélességeken a kontinentális körvonalak változása alig érzékelhető, mert (néhány kivételtől eltekintve) az egyenlítői vizek mélyek, és a vízszint néhány tucat méteres csökkenése nem okozna nagy szárazföldi területek kialakulását. lassulási periódus, amikor az óceánok és a szárazföld fő földrajzi jellemzői már alkalmazkodtak volna a földgömb ellipszoid alakjához és a gravitáció új eloszlásához, viszonylag kicsi változások következnek be. a földgömb ellipszoid alakjához, amely elárasztja a föld földrajzi domborzatának sokféleségét.

Ma mind a három óceán összefügg. Ez egy globális óceánt hoz létre, alapvetően egy tengerszinttel. A forgási lassulás következtében a globális óceán körvonala folyamatosan drámai változásokon megy keresztül. Az Egyenlítői vizek a sarki területek felé mozdulnának el, ami kezdetben jelentős mélységcsökkenést okozna, miközben kitölti a sokkal kisebb kapacitású poláris medencéket. Amint az északi féltekén nagy szélességi fokú területek elmerülnek, az északi cirkumpoláris óceán területi kiterjedése gyorsan bővülni fog, kiterjedve Szibéria hatalmas alföldjeire és Észak-Amerika északi részeire. A globális óceán egy egység maradna mindaddig, amíg a föld forgása nem csökken az óceánok szétválásának sebességére. A hatalmas víztestek tehetetlensége és a csökkenő centrifugális erő közötti kölcsönhatás nagyon bonyolult lenne. A föld forgásának folyamatos lassulása következtében a globális óceán fokozatosan két óceánra válna szét. Nyilvánvaló, hogy az utolsó kapcsolat megszakad a globális megosztási vonal legalacsonyabb pontján, amely a Kiribati-szigetektől délnyugatra helyezkedik el. Mivel A Csendes-óceán jelenlegi nyugati része sík, a szárazföld gyorsan felbukkanna, mert a kezdeti felosztás után esélye sincs a két cirkumpoláris óceán közötti vízcserére. A két óceán közötti végső elválasztási terület egyidejűleg több száz kilométeres terület.

Míg a gravitáció több vizet húz a Jeges-tenger felé, az alföld Szibéria és Kanada északi része víz alá kerülne Az egyenlítői régiótól távol eső víz megfelelő mozgása az Ázsiától délkeletre és Ausztráliától északra fekvő sekély kontinentális talapzatú vizekkel együtt földterületet fog előidézni.

A Jeges-tenger elmélyülése a víz további terjeszkedéséhez vezetne Ázsia, Európa és Észak-Amerika északi síksága felett. Grönland és az Antarktisz a magas magasság ellenére jelentősen kisebb méretűvé válna. Új szigetcsoportok jelennek meg a déli tengerekből. A Nagy Amerikai-tavak, a világ legnagyobb édesvíztározói, feloldódnak az óceánban.

A lassulás a két óceán szétválasztása után is folytatódna, és az óceán vizének további vándorlását okozná a oszlopok. Meglepő módon (az Antarktisz magassága ellenére) a déli sarki medence nagyobb kapacitású, mint az északi. Tekintettel a mindkét féltekén rögzített vízmennyiségre, a déli pólus nagyobb kapacitású medencéje általában alacsonyabb tengerszintet eredményezne, mint a északi óceán. Az ArcGIS 3D Analyst kiterjesztéssel végzett volumetrikus számítás szerint a két óceán tengerszint közötti különbsége 1407 méter legyen. Az adatok pontossága azonban nem indokolja ezt a pontosságot, így a tenger közötti magasságkülönbség A két felhasznált óceán szintje 1400 méter volt.

Az ebben a cikkben bemutatott térképsorok a Föld óceánjainak ezen vándorlásának szakaszos szakaszait, valamint a földterületek, a domborzati magasság és a batimetrikus mélység változását mutatják be. a föld forgási sebességének csökkenésével. Ezek a térképek az átmeneti földrajz közbenső szakaszait mutatják be a forgástól az álló világig. Megmutatják a a centrifugális erő fokozatos csökkenése a jelenlegi szintjéről a semmire, a gravitáció marad az egyetlen erő, amely az óceán kiterjedését irányítja.

Megfigyelték a föld forgásának tényleges lassulását, mérték, kiszámolták, és elméletileg elmagyarázta. Mivel újabb módszertanokat dolgoznak ki és pontosabb eszközöket építenek fel, a lassulás pontos üteme egyes források között változhat. Ennek a fokozatos lassulásnak az tükrében az atomórákat a napidőhöz kell igazítani, oly gyakran hozzáadva egy ugrás másodpercet. Az első ugráspontot 1956-ban adták hozzá.

Ezen a ponton az összes Antarktisz víz alatt lenne. Az északi sarki vizek, valamint a Szibériában és Kanadában található, nemrégiben elmerült területek felett a víz egyre mélyebbé válik. Ugyanakkor az egyenlítői vizek egyre sekélyebbé válnak.

Az Egyenlítő közelében lévő nagy szárazföldi területek tovább nőnek és csatlakoznak egymáshoz. Mostanra szinte egész Kanadát, Európát és Oroszországot egy északi cirkumpoláris óceán borítja.

A legtöbb tudós egyetért abban, hogy a nap napja (a forgás sebességével összefüggésben) folyamatosan hosszabb. . A nap hosszának ez a minimális növekedése elsősorban az óceáni árapály-súrlódásnak köszönhető. Amikor a lassulás becsült ütemét visszavetítették a korábbi geológiai korszakokba, az azt mutatta, hogy egy nap hossza több órával rövidebb, mint a mai.

Következésképpen a devoni időszakban (400 millió évvel ezelőtt), a föld egy nap körüli fordulat alatt körülbelül 40-szer többször forog, mint most. Mivel a kontinensek azóta jelentősen sodródtak, nehéz megbecsülni az adott korszak szárazföldi és óceánvázlatát. Abban azonban biztosak lehetünk, hogy – a múltban gyorsabb forgási sebességgel – az óceáni vizek egyenlítői domborulata sokkal nagyobb volt, mint manapság. Hasonlóképpen, a föld ellipszoidos lapítása is jelentősebb volt.

Ez az animáció a Föld óceánjainak ezen vándorlásának szakaszos szakaszait ábrázolja valamint a földterület kiterjedésében, a domborzati magasságban és a batimetrikus mélységben bekövetkező változások, amelyeket a föld forgási sebességének csökkenése okoz. Megmutatja a centrifugális erő fokozatos csökkentésének hatásait a jelenlegi szintjéről a semmire, így a gravitáció marad az egyetlen erő, amely az óceán mértékét ellenőrzi.

A föld sebességének hatása “forgásának domináns hatása van a földgömb geometriájára, tekintve a földgömb általános alakját, valamint a globális óceán körvonalait. A föld fizikai megkönnyebbülése csak másodlagos tényező, amely ellenőrzi az óceánok körülhatárolását. A föld forgásának lassulása 4 milliárd évig folytatódik – mindaddig, amíg el tudjuk képzelni. A lassulás végtelenül – de folyamatosan – megváltoztatja és dinamikussá teszi a földgömb geometriáját. E dinamikus kiigazítások nettó eredménye, hogy a föld lassan egyre inkább gömbhöz hasonlít. Több milliárd évre lesz azonban szükség, mire a föld forogni kezd, és a gravitációs potenciál létrehoz egy átlagos gömböt, amely tökéletes gömb.

A szerzőről

Witold Fraczek egy az Esri régi alkalmazottja, aki jelenleg az Application Prototype Lab-ban dolgozik.Az erdészeti térinformatika alkalmazásával kapcsolatos doktorátust az Agrártudományi Egyetemen szerzett, hidrológiai mesterképzéseket a lengyel Varsói Egyetemen, a távérzékelést pedig a Wisconsini Egyetemen (Madison) folytatta.