If the Earth Stood Still

Modellazione dell’assenza di forza centrifuga

Di Witold Fraczek, Esri

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Quanto segue non è uno scenario futuristico. Non è fantascienza. È una dimostrazione delle capacità del GIS di modellare i risultati di una query estremamente improbabile, ma intellettualmente affascinante: cosa accadrebbe se la terra smettesse di girare? ArcGIS è stato utilizzato per eseguire complesse analisi raster e calcoli volumetrici e generare mappe che visualizzano questi risultati.

Il mondo come lo conosciamo. L’evidente demarcazione della terra e dell’oceano è indicata dal contorno dell’elevazione 0.

L’asse equatoriale più lungo dell’ellissoide della Terra è superiore a 21,4 km (o 1/3 dell’1 percento) più lungo dell’asse polare. L’appiattimento dell’ellissoide mostrato su questa mappa è stato intenzionalmente esagerato.

L’elemento più significativo su qualsiasi mappa che raffigura anche un parte dell’oceano terrestre è l’estensione spaziale di quel corpo idrico. In genere, non prestiamo molta attenzione alla delimitazione del mare perché sembra così ovvio e costante che non ci rendiamo conto che è un fondamento della geografia e la base per la nostra percezione del mondo fisico.

La linea che separa gli oceani dai continenti che delinea l’estensione spaziale sia della terra che dell’acqua è il contorno più fondamentale. È a quota zero perché indica il livello del mare. Perché il livello del mare è dove lo osserviamo attualmente? Cosa controlla il livello del mare? Quanto sono stabili le forze che determinano il livello del mare? Questo articolo non si riferisce al cambiamento climatico e al potenziale aumento del livello dell’acqua nell’oceano globale, ma piuttosto alla geometria del globo e alle potenti energie geofisiche che determinano dove si trovano gli oceani.

Il livello del mare è —Ed è sempre stato — in equilibrio con la gravità del pianeta, che attira l’acqua verso il centro di massa terrestre, e la forza centrifuga verso l’esterno, che risulta dalla rotazione terrestre. Dopo alcuni miliardi di anni di rotazione , la terra ha assunto la forma di un ellissoide (che può essere pensato come una sfera appiattita). Di conseguenza, la distanza dal centro di massa della terra è la più lunga intorno all’equatore e la più corta oltre i circoli polari. La differenza attuale tra il livello medio del mare osservato lungo l’equatore e la distanza dal centro di massa della terra dal livello del mare ai poli è di circa 21,4 chilometri (km).

La gravità della terra ferma è la più forte nelle regioni polari (mostrata in verde). È intermedia alle medie latitudini e più debole alle le alte altitudini delle Ande, vicino all’equatore.

Quando la rotazione globale si ferma, la massiccia migrazione dell’acqua oceanica si cesserà e il livello del mare si troverebbe in luoghi diversi, cambiando completamente la geografia del mondo.

Cosa succederebbe se la rotazione della Terra rallentasse e alla fine smettesse di ruotare per un periodo di pochi decenni? ArcGIS ci consente di modellare gli effetti di questo scenario, eseguendo calcoli e stime e creando una serie di mappe che mostrano gli effetti che l’assenza di forza centrifuga avrebbe sul livello del mare.

Se la terra smettesse di ruotare attorno al suo asse ma continuasse ruotando attorno al sole e il suo asse di rotazione manteneva la stessa inclinazione, la durata di un anno sarebbe rimasta la stessa, ma un giorno sarebbe durato quanto un anno. In questo scenario fittizio, la scomparsa sequenziale della forza centrifuga provocherebbe un cambiamento catastrofico del clima e disastrosi aggiustamenti geologici (espressi come terremoti devastanti) allo stato gravitazionale equipotenziale trasformante.

La mancanza dell’effetto centrifugo risulterebbe essendo la gravità della terra l’unica forza significativa che controlla l’estensione degli oceani. Anche i corpi celesti prominenti come la luna e il sole avrebbero un ruolo, ma a causa della loro distanza dalla terra, il loro impatto sull’estensione degli oceani globali sarebbe trascurabile.

Se la gravità terrestre da sola era responsabile della creazione di una nuova geografia, l’enorme rigonfiamento dell’acqua oceanica – che ora è alta circa 8 km all’equatore – migrerebbe dove la gravità di una terra ferma sarebbe la più forte. Questo rigonfiamento è attribuito all’effetto centrifugo della rotazione terrestre con una velocità lineare di 1.667 km / ora all’equatore. Il rigonfiamento dell’acqua equatoriale esistente gonfia anche la forma ellissoidale del globo stesso.

Viene mostrata l’estensione di un ipotetico oceano circumpolare settentrionale sul territorio del Nord America. Il colore arancione indica le aree con elevazione superiore a 3.000 metri sopra il livello dell’oceano settentrionale.I punti rossi rappresentano alcune delle più grandi città del continente.

Il rigonfiamento definisce la forma finale del globo stabilendo il livello del mare uniforme in equilibrio gravitazionale, che viene utilizzato come riferimento standard per descrivendo la forma della terra. È la geometria di questa forma che i geodetici hanno cercato di calcolare per più di un secolo. I loro sforzi furono finalizzati dall’accettazione dell’ellissoide denominato World Geodetic System 1984 (WGS84) dalla comunità internazionale di Washington, DC, nel 1984. L’ellissoide WGS84 approssima la forma della terra in modo più accurato di molti altri ellissoidi che erano in precedenza proposto.

Se la terra fosse ferma, gli oceani migrerebbero gradualmente verso i poli e farebbero emergere la terra nella regione equatoriale. Ciò alla fine si tradurrebbe in un enorme megacontinente equatoriale e due grandi oceani polari. La linea che delinea le aree che contribuiscono idrologicamente all’uno o all’altro oceano seguirebbe l’equatore se la terra fosse un ellissoide perfetto. Tuttavia, a causa del notevole sollievo di entrambi i continenti e del fondo oceanico, l’ipotetica divisione globale tra le aree che contribuiscono idrologicamente all’uno o all’altro oceano devia in modo significativo dall’equatore. Analogamente al noto Continental Divide degli Stati Uniti, questo sarebbe il confine che separa due giganteschi spartiacque emisferici dei nuovi oceani circumpolari. È interessante notare che il punto più alto di questo divario globale non sarebbe l’altitudine più alta dell’intero globo. La più alta elevazione del divario globale nelle Ande colombiane sarebbe di circa 12.280 metri, mentre le altitudini dei famosi vulcani equatoriali del Chimborazo (Ecuador) e del Kilimanjaro (Tanzania) sarebbero rispettivamente di 13.615 e 12.786 metri. Entrambi i vulcani non si trovano sulla linea di divisione globale. Il punto più basso della nuova linea di demarcazione globale, con un’altezza di 2.760 metri, sarebbe situato a sud-ovest dell’isola di Kiribati nel Pacifico occidentale.

A causa del rilievo unico della superficie terrestre all’inizio del rallentamento, i cambiamenti più significativi del contorno della terra rispetto all’acqua si verificherebbero alle alte latitudini dell’emisfero settentrionale, dove il mare ondoso si espanderebbe rapidamente sui territori piatti e vasti della Siberia settentrionale e del Canada settentrionale. Allo stesso tempo, i cambiamenti dei contorni continentali alle basse latitudini sarebbero appena percettibili perché (con poche eccezioni) le acque equatoriali sono profonde, e un abbassamento del livello dell’acqua di poche decine di metri non provocherebbe l’emergere di grandi aree di terra. periodo di rallentamento, quando le principali caratteristiche geografiche degli oceani e della terra si sarebbero già adattate alla forma ellissoidale del globo e alla nuova distribuzione della gravità, si sarebbero verificati cambiamenti relativamente piccoli. legato alla forma ellissoidale del globo, che travolge l’effetto della diversità del rilievo geografico della terra.

Oggi tutti e tre gli oceani del mondo sono collegati. Questo crea un oceano globale con fondamentalmente un livello del mare. Come conseguenza del rallentamento rotazionale, il profilo dell’oceano globale subirebbe continuamente cambiamenti drastici. Le acque equatoriali si sposterebbero verso aree polari, provocando inizialmente una significativa riduzione della profondità mentre riempivano i bacini polari che hanno una capacità molto inferiore. Man mano che le regioni ad alta latitudine nell’emisfero settentrionale vengono sommerse, l’estensione areale dell’oceano circumpolare settentrionale si espanderà rapidamente, coprendo le vaste pianure della Siberia e le parti settentrionali del Nord America. L’oceano globale rimarrebbe un’unità fino a quando la rotazione della terra non diminuirà alla velocità alla quale si verificherebbe la separazione dell’oceano. L’interazione tra l’inerzia di enormi corpi idrici e la diminuzione della forza centrifuga sarebbe molto complicata. Come conseguenza del costante rallentamento della rotazione terrestre, l’oceano globale verrebbe gradualmente separato in due oceani. Ovviamente, l’ultima connessione verrà interrotta nel punto più basso della linea di divisione globale, situata a sud-ovest delle Isole Kiribati. L’attuale Oceano Pacifico occidentale è un aereo, la terra emergerebbe rapidamente perché non ci sarebbe alcuna possibilità che l’acqua venga scambiata tra i due oceani circumpolari dopo la divisione iniziale. L’area di separazione finale tra i due oceani sarebbe l’emergere e l’essiccamento simultanei di territorio che si estende per centinaia di chilometri.

Mentre la gravità attira più acqua verso l’Oceano Artico, le pianure della Siberia e del Canada settentrionale verrebbero sommersi e il corrispondente movimento dell’acqua dalla regione equatoriale combinato con le acque basse della piattaforma continentale a sud-est dell’Asia e a nord dell’Australia farà emergere la terra.

Un approfondimento dell’Oceano Artico porterebbe a un’ulteriore espansione delle acque sulle pianure settentrionali dell’Asia, dell’Europa e del Nord America. La Groenlandia e l’Antartide, nonostante le loro alte quote, diventerebbero di dimensioni significativamente più piccole. Nuovi arcipelaghi emergono dai mari meridionali. I Great American Lakes, i più grandi bacini di acqua dolce del mondo, si dissolvono nell’oceano.

Il rallentamento continuerebbe dopo la separazione dei due oceani e provocherebbe un’ulteriore migrazione dell’acqua dell’oceano verso il pali. Sorprendentemente (nonostante l’elevazione dell’Antartide), il bacino polare meridionale ha una capacità maggiore di quello settentrionale. Dato il volume fisso di acqua in entrambi gli emisferi, il bacino più capiente del polo meridionale si tradurrebbe in un livello del mare complessivamente più basso del oceano settentrionale. Secondo il calcolo volumetrico eseguito con l’estensione ArcGIS 3D Analyst, la differenza tra il livello del mare dei due oceani dovrebbe essere di 1.407 metri. Tuttavia, l’accuratezza dei dati non garantisce questo livello di precisione, quindi la differenza di elevazione tra il mare Il livello dei due oceani utilizzati era di 1.400 metri.

La serie di mappe illustrative di questo articolo descrive le fasi intermittenti durante questa migrazione degli oceani terrestri e i cambiamenti nelle estensioni della terra, nell’elevazione topografica e nella profondità batimetrica causati dalla velocità decrescente della rotazione terrestre. Queste mappe dimostrano le fasi intermedie della geografia di transizione da un mondo rotante a uno stazionario. Mostrano gli effetti di la graduale riduzione della forza centrifuga dal suo livello attuale a zero, lasciando la gravità come unica forza che controlla l’estensione dell’oceano.

L’effettivo rallentamento della rotazione terrestre è stato osservato, misurato, calcolato, e teoricamente spiegato. Man mano che vengono sviluppate nuove metodologie e vengono costruiti strumenti più precisi, l’esatta velocità del rallentamento può variare tra alcune fonti. Riflettendo questo rallentamento molto graduale, gli orologi atomici devono essere adattati all’ora solare aggiungendo un secondo intercalare ogni tanto. Il primo secondo intercalare fu aggiunto nel 1956.

A questo punto tutta l’Antartide sarebbe sott’acqua. Le acque del polo nord e l’acqua sopra i vasti territori sommersi di recente in Siberia e Canada diventerebbero più profonde. Allo stesso tempo, le acque equatoriali diventerebbero più basse.

Grandi aree terrestri vicino all’equatore continuano a crescere e si uniscono l’una all’altra. Ormai, quasi tutto il Canada, l’Europa e la Russia sono coperti da un oceano circumpolare settentrionale.

La maggior parte degli scienziati concorda sul fatto che il giorno solare (correlato alla velocità di rotazione) si allunga continuamente . Questo aumento minimo della durata del giorno è dovuto principalmente all’attrito delle maree oceaniche. Quando la velocità stimata del rallentamento è stata proiettata indietro agli eoni geologici passati, ha mostrato che la lunghezza di un giorno era di diverse ore più breve di quella odierna.

Di conseguenza, durante il periodo devoniano (400 milioni di anni fa), la terra ha ruotato circa 40 volte in più durante una rivoluzione attorno al sole di quanto non faccia ora. Poiché i continenti si sono spostati in modo significativo da quel momento, è difficile fare stime della terra rispetto ai contorni dell’oceano per quell’epoca. Tuttavia, possiamo essere certi che, con una velocità di rotazione più elevata in passato, il rigonfiamento equatoriale dell’acqua oceanica era molto più grande allora di quanto non lo sia oggi. Allo stesso modo, anche l’appiattimento ellissoidale della terra è stato più significativo.

Questa animazione mostra le fasi intermittenti durante questa migrazione degli oceani terrestri e cambiamenti nelle estensioni del terreno, nell’elevazione topografica e nella profondità batimetrica causati dalla velocità decrescente della rotazione terrestre. Mostra gli effetti della graduale riduzione della forza centrifuga dal suo livello attuale a zero, lasciando la gravità come unica forza che controlla l’estensione dell’oceano.

L’influenza della velocità della terra La rotazione ha un effetto dominante sulla geometria del globo, in termini di forma complessiva del globo e del contorno dell’oceano globale. Il rilievo fisico della terra è solo un fattore secondario che controlla la delimitazione degli oceani. Il rallentamento della rotazione terrestre continuerà per 4 miliardi di anni, per quanto possiamo immaginare. Il rallentamento infinitesimale, ma costante, cambia la geometria del globo e la rende dinamica. Il risultato netto di questi aggiustamenti dinamici è che la terra sta lentamente diventando sempre più simile a una sfera. Tuttavia, ci vorranno miliardi di anni prima che la terra smetta di girare e l’equipotenziale gravitazionale crei un livello medio del mare che è una sfera perfetta.

Informazioni sull’autore

Witold Fraczek è un dipendente di lunga data di Esri che attualmente lavora nell’Application Prototype Lab.Ha conseguito il dottorato nell’applicazione del GIS in silvicoltura presso l’Università di Agraria e la laurea magistrale in idrologia presso l’Università di Varsavia, Polonia, e il telerilevamento presso l’Università del Wisconsin, Madison.