Hvis jorden sto stille

Modellering av fraværet av sentrifugalkraft

Av Witold Fraczek, Esri

Dette artikkel som PDF.

Følgende er ikke et futuristisk scenario. Det er ikke science fiction. Det er en demonstrasjon av mulighetene til GIS for å modellere resultatene av et ekstremt usannsynlig, men intellektuelt fascinerende spørsmål: Hva ville skje hvis jorden sluttet å snurre? ArcGIS ble brukt til å utføre komplekse rasteranalyser og volumetriske beregninger og generere kart som visualiserer disse resultatene.

Verden slik vi kjenner den. Den åpenbare avgrensningen av land og hav er indikert av konturen på 0 høyde.

Den lengre, ekvatoriale aksen på jordens ellipsoid er mer enn 21,4 km (eller 1/3 av 1 prosent) lenger enn polaraksen. Flatingen av ellipsoiden vist på dette kartet var med vilje overdrevet.

Den viktigste funksjonen på ethvert kart som viser til og med et del av jordens hav er den romlige utstrekningen av den vannkroppen. Vanligvis legger vi ikke særlig vekt på avgrensningen av havet fordi den virker så åpenbar og konstant at vi ikke innser at den er et fundament for geografi og grunnlaget for vår oppfatning av den fysiske verden.

Linjen som skiller hav fra kontinenter som skisserer den romlige utstrekningen av både land og vann, er den mest grunnleggende konturen. Det er null høyde fordi det betyr havnivå. Hvorfor er havnivået der vi for tiden observerer det? Hva styrer havnivået? Hvor stabile er kreftene som bestemmer havnivået? Denne artikkelen henviser ikke til klimaendringene og den potensielle økningen av vannstanden i det globale havet, men snarere til geometrien på kloden og de kraftige geofysiske energiene som bestemmer hvor havene ligger.

Havnivå er —Og har alltid vært — i likevekt med planetens tyngdekraft, som trekker vannet mot jordens massesenter, og den ytre sentrifugalkraften, som er resultatet av jordens rotasjon. Etter noen milliarder år med spinning har jorden fått form av en ellipsoid (som kan betraktes som en flat kule). Avstanden til jordens massesenter er følgelig den lengste rundt ekvator og kortest utenfor polarsirklene. Den nåværende forskjellen mellom gjennomsnittlig havnivå observert langs ekvator og avstanden til jordens massesenter fra havnivået ved polene er omtrent 21,4 kilometer (km).

Stillheten på jorda er tyngdekraften i polarområdene (vist i grønt). Den er mellomliggende i de midterste breddegrader høye høyder i Andesfjellene, nær ekvator.

Når den globale rotasjonen stopper, ville den enorme havvandringen i havet opphør og havnivået ville være på forskjellige steder, og endre verdensgeografien.

Hva ville skje hvis jordens rotasjon bremset og til slutt stoppet å snurre over en periode på noen tiår? ArcGIS lar oss modellere effekten av dette scenariet, utføre beregninger og estimeringer og lage en serie kart som viser effektene fraværet av sentrifugalkraft ville ha på havnivået.

Hvis jorden ikke lenger roterte rundt sin akse, men fortsatte roterende rundt solen og dens rotasjonsakse opprettholdt den samme tilbøyeligheten, lengden på et år ville være den samme, men en dag ville vare så lenge som et år. I dette fiktive scenariet vil den sekvensielle forsvinningen av sentrifugalkraften føre til en katastrofal endring i klimaet og katastrofale geologiske justeringer (uttrykt som ødeleggende jordskjelv) til den transformerende ekvipotensielle gravitasjonstilstanden.

Mangelen på sentrifugaleffekten vil føre til i jordens tyngdekraft som den eneste signifikante kraften som styrer havets omfang. Fremtredende himmellegemer som månen og solen ville også spille en rolle, men på grunn av deres avstand fra jorden ville deres innvirkning på omfanget av globale hav være ubetydelig.

Hvis jordens tyngdekraft alene var ansvarlig for å skape en ny geografi, ville den enorme bukka med havvann – som nå er omtrent 8 km høyt ved ekvator – migrere dit et stasjonært jordas tyngdekraft ville være sterkest. Denne bukken tilskrives den sentrifugale effekten av jorda som snurrer med en lineær hastighet på 1667 km / time ved ekvator. Den eksisterende ekvatoriale vannbulen blåser også opp den ellipsoide formen på selve kloden.

Omfanget av et hypotetisk nordlig sirkumpolært hav over Nord-Amerika vises. Den oransje fargen indikerer områder med høyde over 3000 meter over det nordlige havet.Røde prikker representerer noen av de største byene på kontinentet.

Utbulingen definerer den endelige formen på kloden ved å etablere den ensartede havnivået i gravitasjonsvekt, som brukes som standardreferanse for som beskriver jordens form. Det er geometrien i denne formen som geodesister prøvde å beregne i mer enn et århundre. Deres innsats ble avsluttet med aksept av ellipsoiden kalt World Geodetic System 1984 (WGS84) av det internasjonale samfunnet i Washington, DC, i 1984. Ellipsoiden WGS84 tilnærmer jordens form mer nøyaktig enn mange andre ellipsoider som tidligere var foreslått.

Hvis jorden sto stille, ville havene gradvis vandre mot polene og få land i ekvatorialområdet til å dukke opp. Dette vil til slutt resultere i et enormt ekvatorialt megakontinent og to store polare hav. Linjen som avgrenser områdene som hydrologisk bidrar til det ene eller det andre havet, vil følge ekvator hvis jorden var en perfekt ellipsoid. På grunn av den betydelige lindringen av både kontinentene og havbunnen, avviker imidlertid den hypotetiske globale skillen mellom områdene som hydrologisk bidrar til et eller annet hav betydelig fra ekvator. Analogt med det velkjente amerikanske kontinentale skillet, vil dette være grensen som skiller mellom to gigantiske halvkuleformede vannskille i de nye sirkumpolare havene. Interessant, det høyeste punktet på dette globale skillet ville ikke være den høyeste høyden på hele kloden. Den høyeste høyden av den globale skillelinjen i de colombianske Andesfjellene ville være omtrent 12 280 meter, mens høyden på de berømte ekvatoriale vulkanene Chimborazo (Ecuador) og Kilimanjaro (Tanzania) ville være henholdsvis 13 615 og 12 786 meter. Begge vulkanene tilfeldigvis ikke ligger på den globale skillelinjen. Det laveste punktet på den nye globale skillelinjen, med en høyde på 2.760 meter, ville ligge sørvest for Kiribati Island i det vestlige Stillehavet.

På grunn av den unike lettelsen av jordens overflate i begynnelsen av bremsingen, ville de mest betydningsfulle endringene i omrisset av land i forhold til vann forekomme på de høye breddegradene på den nordlige halvkule, der svulsthavet raskt ville utvide seg over de flate og store territoriene i Nord-Sibir og Nord-Canada. endringer i kontinentale omriss på lave breddegrader ville knapt merkes fordi (med noen få unntak) ekvatoriale farvann er dype, og en reduksjon i vannstanden med noen få dusin meter ville ikke føre til at store landområder dukker opp. Mot slutten av nedgangsperiode, da de viktigste geografiske egenskapene til hav og land allerede ville ha tilpasset seg den ellipsoide formen på kloden og den nye tyngdekraftsfordelingen, vil det forekomme relativt små endringer. Dette kan tilskrives knyttet til den ellipsoide formen på kloden, som overvelder effekten av mangfoldet i jordens geografiske lettelse.

I dag er alle tre verdenshavene koblet sammen. Dette skaper et globalt hav med i utgangspunktet ett havnivå. Som en konsekvens av rotasjonsnedgang, ville omrisset av det globale havet kontinuerlig gjennomgå dramatiske endringer. Ekvatorialvann vil bevege seg mot polare områder, og i utgangspunktet forårsake en betydelig reduksjon i dybden mens de fyller polbassengene som har mye mindre kapasitet. Når regioner med høy breddegrad på den nordlige halvkule blir nedsenket, vil arealet av det nordlige sirkumpolare havet raskt utvide seg og dekke det store lavlandet i Sibir og nordlige deler av Nord-Amerika. Det globale havet ville forbli en enhet til jordens rotasjon avtok til den hastigheten som havseparasjon ville oppstå. Samspillet mellom tregheten til store vannforekomster og avtagende sentrifugalkraft vil være veldig komplisert. Som en konsekvens av jevn nedgang i jordens rotasjon, ville det globale havet gradvis bli delt inn i to hav. Åpenbart vil den siste forbindelsen bli brutt på det laveste punktet på den globale skillelinjen, som ligger sørvest for Kiribati-øyene. nåværende vestlige Stillehavet er et fly, ville land dukke opp raskt fordi det ikke ville være noen sjanse for at vann ville bli utvekslet mellom de to sirkumpolare havene etter den første splittelsen. Området for endelig separasjon mellom de to havene ville være samtidig fremkomst og tørking av territorium som strekker seg i hundrevis av kilometer.

Mens tyngdekraften trekker mer vann mot Polhavet, lavlandet av Sibir og Nord-Canada ville bli nedsenket. Den tilsvarende bevegelsen av vann bort fra ekvatorialområdet kombinert med det grunne kontinentalsokkelvannet sørøst for Asia og nord for Australia vil få land til å dukke opp.

En utdyping av Ishavet vil føre til ytterligere utvidelse av vann over de nordlige slettene i Asia, Europa og Nord-Amerika. Grønland og Antarktis, til tross for høye høyder, ville bli betydelig mindre i størrelse. Nye øygrupper dukker opp fra sørhavet. De store amerikanske innsjøene, de største ferskvannsmagasinene i verden, oppløses i havet.

Nedgangen vil fortsette etter separasjonen av de to havene og forårsake videre migrasjon av havvannet mot poler. Overraskende nok (til tross for Antarktis høyde) har det sørlige polbassenget større kapasitet enn det nordlige. Gitt det faste volumet av vann i begge halvkuler, vil det mer romsomme bassenget på sørpolen resultere i et generelt lavere havnivå enn I henhold til volumetrisk beregning utført med ArcGIS 3D Analyst-utvidelsen, bør forskjellen mellom havnivået i de to havene være 1407 meter. Datanøyaktigheten garanterer imidlertid ikke dette presisjonsnivået, så høydeforskjellen mellom havet nivået på de to havene som ble brukt var 1400 meter.

Serien med kart som illustreres av denne artikkelen, viser de periodiske stadiene under denne vandringen av jordens hav og endringer i landomfang, topografisk høyde og forårsaket badymetrisk dybde av den avtagende hastigheten på jordens rotasjon. Disse kartene viser mellomtrinnene i overgangsgeografi fra en roterende til en stasjonær verden. De viser effekten av den gradvise reduksjonen av sentrifugalkraften fra sitt nåværende nivå til ingen, og etterlater tyngdekraften som den eneste kraften som styrer havets omfang.

Den faktiske nedgangen i jordens rotasjon er observert, målt, beregnet, og teoretisk forklart. Etter hvert som nyere metoder utvikles og mer presise instrumenter konstrueres, kan den nøyaktige hastigheten på nedgangen variere mellom enkelte kilder. Som reflekterer denne veldig gradvise bremsingen, må atomurene justeres til soltid ved å legge til et sprang sekund så ofte. Det første sprangsekundet ble lagt til i 1956.

Hele Antarktis ville være under vann på dette punktet. Nordpolarvannet og vannet over de enorme, nylig nedsenket territoriene i Sibir og Canada ville bli dypere. Samtidig vil ekvatorvannet bli mer grunt.

Store landområder nær ekvator fortsetter å vokse og slutter seg til hverandre. Nå er nesten hele Canada, Europa og Russland dekket av et nordlig sirkumpolært hav.

De fleste forskere er enige om at soldagen (relatert til rotasjonshastigheten) kontinuerlig blir lengre. . Denne minimale økningen av daglengden skyldes hovedsakelig den oceaniske tidevannsfriksjonen. Da den anslåtte hastigheten på nedgangen ble projisert tilbake til tidligere geologiske eoner, viste den at lengden på en dag var flere timer kortere enn i dag.

Følgelig under Devon-perioden (for 400 millioner år siden), jorden roterte rundt 40 ganger i løpet av en revolusjon rundt solen enn den gjør nå. Fordi kontinentene har drevet betydelig siden den tiden, er det vanskelig å gjøre estimater av landet kontra havets omriss for den tiden. Vi kan imidlertid være sikre på at – med en raskere sentrifugeringshastighet tidligere – var ekvatorialbuen av havvann mye større enn den er i dag. Tilsvarende var den ellipsoide utflatningen av jorden også mer signifikant.

Denne animasjonen viser de intermitterende stadiene under denne vandringen av jordens hav og endringer i landomfang, topografisk høyde og badymetrisk dybde forårsaket av den avtagende hastigheten på jordens rotasjon. Den viser effekten av den gradvise reduksjonen av sentrifugalkraften fra sitt nåværende nivå til ingen, og etterlater tyngdekraften som den eneste kraften som styrer havets omfang.

Innflytelsen av jordens hastighet «Rotasjon har en dominerende effekt på klodenes geometri, i form av klodens generelle form så vel som omrisset av det globale havet. Jordens fysiske lettelse er bare en sekundær faktor som styrer avgrensningen av havene. Avmatningen av jordens rotasjon vil fortsette i 4 milliarder år – så lenge vi kan forestille oss. Avtrappingen endrer seg uendelig – men jevnt og trutt – på jordens geometri og gjør den dynamisk. Nettoresultatet av disse dynamiske justeringene er at jorden langsomt blir mer og mer som en kule. Det vil imidlertid ta milliarder av år før jorden slutter å spinne, og gravitasjonsutviklingen skaper et gjennomsnittlig havnivå som er en perfekt sfære.

Om forfatteren

Witold Fraczek er en mangeårig ansatt i Esri som for tiden jobber i Application Prototype Lab.Han tok doktorgraden i bruk av GIS i skogbruk fra Agricultural University og mastergrader i hydrologi fra University of Warszawa, Polen, og fjernmåling fra University of Wisconsin, Madison.