Se a Terra Parasse

Modelando a ausência de força centrífuga

Por Witold Fraczek, Esri

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O seguinte não é um cenário futurista. Não é ficção científica. É uma demonstração das capacidades do GIS para modelar os resultados de uma pergunta extremamente improvável, mas intelectualmente fascinante: O que aconteceria se a Terra parasse de girar? ArcGIS foi usado para realizar análises raster complexas e cálculos volumétricos e gerar mapas que visualizam esses resultados.

O mundo como o conhecemos. A demarcação óbvia da terra e do oceano é indicada pelo contorno de elevação 0.

O eixo equatorial mais longo do elipsóide da Terra é mais de 21,4 km (ou 1/3 de 1 por cento) mais longo que o eixo polar. O achatamento do elipsóide mostrado neste mapa foi intencionalmente exagerado.

A característica mais significativa em qualquer mapa que representa até mesmo um porção do oceano da terra é a extensão espacial desse corpo de água. Normalmente, não prestamos muita atenção à delimitação do mar porque parece tão óbvio e constante que não percebemos que é um fundamento da geografia e a base para nossa percepção do mundo físico.

A linha que separa os oceanos dos continentes, delineando a extensão espacial da terra e da água, é o contorno mais fundamental. É elevação zero porque significa o nível do mar. Por que o nível do mar está onde o observamos atualmente? O que controla o nível do mar? Quão estáveis são as forças que determinam o nível do mar? Este artigo não se refere às mudanças climáticas e ao aumento potencial do nível de água no oceano global, mas sim à geometria do globo e às poderosas energias geofísicas que determinam onde estão os oceanos.

O nível do mar está – e sempre esteve – em equilíbrio com a gravidade do planeta, que puxa a água em direção ao centro de massa da Terra, e com a força centrífuga para fora, que resulta da rotação da Terra. Após alguns bilhões de anos girando , a Terra assumiu a forma de um elipsóide (que pode ser considerado uma esfera achatada). Consequentemente, a distância ao centro de massa da Terra é a maior ao redor do equador e a menor além dos círculos polares. A diferença atual entre o nível médio do mar conforme observado ao longo do equador e a distância ao centro de massa da Terra a partir do nível do mar nos pólos é de cerca de 21,4 quilômetros (km).

A gravidade da terra parada é mais forte nas regiões polares (mostradas em verde). É intermediária nas latitudes médias e mais fraca nas altas altitudes dos Andes, perto do equador.

Quando a rotação global para, a migração maciça da água oceânica cessaria e o nível do mar estaria em locais diferentes, mudando completamente a geografia mundial.

O que aconteceria se a rotação da Terra diminuísse e finalmente parasse de girar por um período de algumas décadas? O ArcGIS nos permite modelar os efeitos desse cenário, realizando cálculos e estimativas e criando uma série de mapas mostrando os efeitos que a ausência de força centrífuga teria no nível do mar.

Se a terra parasse de girar em torno de seu eixo, mas continuasse girando em torno do sol e seu eixo de rotação mantinha a mesma inclinação, a duração de um ano permaneceria a mesma, mas um dia duraria tanto quanto um ano. Neste cenário fictício, o desaparecimento sequencial da força centrífuga causaria uma mudança catastrófica no clima e ajustes geológicos desastrosos (expressos como terremotos devastadores) ao estado gravitacional equipotencial em transformação.

A falta do efeito centrífugo resultaria na gravidade da terra sendo a única força significativa controlando a extensão dos oceanos. Corpos celestiais proeminentes, como a lua e o sol, também desempenham um papel, mas, devido à sua distância da Terra, seu impacto na extensão dos oceanos globais seria insignificante.

Se apenas a gravidade da Terra foi responsável pela criação de uma nova geografia, a enorme protuberância de água oceânica – que agora tem cerca de 8 km de altura no equador – migraria para onde a gravidade da Terra estacionária seria mais forte. Esta protuberância é atribuída ao efeito centrífugo da rotação da Terra com uma velocidade linear de 1.667 km / hora no equador. A protuberância equatorial existente também infla a forma elipsoidal do próprio globo.

A extensão de um hipotético oceano circumpolar do norte sobre o território da América do Norte é mostrada. A cor laranja indica áreas com elevação superior a 3.000 metros acima do nível do oceano do norte.Os pontos vermelhos representam algumas das maiores cidades do continente.

A protuberância define a forma final do globo ao estabelecer o nível do mar uniforme em equilíbrio gravitacional, que é usado como referência padrão para descrevendo a forma da terra. É a geometria dessa mesma forma que os geodesistas tentaram calcular por mais de um século. Seus esforços foram finalizados com a aceitação do elipsóide referido como Sistema Geodésico Mundial 1984 (WGS84) pela comunidade internacional em Washington, DC, em 1984. O elipsóide WGS84 se aproxima da forma da Terra com mais precisão do que muitos outros elipsóides que eram anteriormente proposto.

Se a Terra parasse, os oceanos migrariam gradualmente em direção aos pólos e causariam o surgimento de terras na região equatorial. Isso acabaria resultando em um enorme megacontinente equatorial e dois grandes oceanos polares. A linha que delineia as áreas que contribuem hidrologicamente para um ou outro oceano seguiria o equador se a Terra fosse um elipsóide perfeito. No entanto, devido ao relevo significativo dos continentes e do fundo do oceano, a hipotética divisão global entre as áreas que contribuem hidrologicamente para um ou outro oceano se desvia do equador significativamente. Análogo ao conhecido U.S. Continental Divide, esta seria a fronteira que separa duas bacias hidrográficas hemisféricas gigantes dos novos oceanos circumpolares. Curiosamente, o ponto mais alto dessa divisão global não seria a maior altitude de todo o globo. A maior elevação da divisão global nos Andes colombianos seria de cerca de 12.280 metros, enquanto as altitudes dos famosos vulcões equatoriais de Chimborazo (Equador) e Kilimanjaro (Tanzânia) seriam de 13.615 e 12.786 metros, respectivamente. Ambos os vulcões não estão localizados na linha de divisão global. O ponto mais baixo na nova linha divisória global, com uma altitude de 2.760 metros, estaria situado a sudoeste da Ilha de Kiribati, no Pacífico ocidental.

Devido ao relevo único da superfície da Terra no início da desaceleração, as mudanças mais significativas no contorno da terra versus água ocorreriam nas altas latitudes do hemisfério norte, onde a ondulação do oceano se expandiria rapidamente sobre os vastos territórios do norte da Sibéria e norte do Canadá. Ao mesmo tempo, mudanças nos contornos continentais em latitudes baixas seriam quase imperceptíveis porque (com algumas exceções) as águas equatoriais são profundas e uma redução no nível da água em algumas dezenas de metros não causaria o surgimento de grandes áreas de terra. período de desaceleração, quando as principais características geográficas dos oceanos e da terra já teriam se ajustado à forma elipsoidal do globo e à nova distribuição da gravidade, mudanças relativamente pequenas ocorreriam. na forma elipsoidal do globo, que supera o efeito da diversidade do relevo geográfico da Terra.

Hoje, todos os três oceanos do mundo estão conectados. Isso cria um oceano global com basicamente um nível do mar. Como consequência da desaceleração rotacional, o contorno do oceano global sofreria continuamente mudanças dramáticas. As águas equatoriais se moveriam em direção às áreas polares, causando inicialmente uma redução significativa na profundidade, enquanto enchiam as bacias polares que têm muito menos capacidade. À medida que as regiões de alta latitude no hemisfério norte ficam submersas, a extensão da área do oceano circumpolar do norte se expande rapidamente, cobrindo as vastas terras baixas da Sibéria e porções do norte da América do Norte. O oceano global permaneceria uma unidade até que a rotação da Terra diminuísse para a velocidade em que ocorreria a separação dos oceanos. A interação entre a inércia de grandes corpos d’água e a diminuição da força centrífuga seria muito complicada. Como consequência da desaceleração constante da rotação da Terra, o oceano global seria gradualmente separado em dois oceanos. Obviamente, a última conexão será interrompida no ponto mais baixo da linha divisória global, localizado a sudoeste das Ilhas Kiribati. O atual oeste do Oceano Pacífico é um plano, a terra emergiria rapidamente porque não haveria chance de que a água fosse trocada entre os dois oceanos circumpolares após a divisão inicial. A área de separação final entre os dois oceanos seria a emergência e secagem simultâneas de território que se estende por centenas de quilômetros.

Enquanto a gravidade puxa mais água para o Oceano Ártico, as terras baixas da Sibéria e do norte do Canadá ficariam submersos. O movimento correspondente da água para longe da região equatorial, combinado com as águas rasas da plataforma continental do sudeste da Ásia e do norte da Austrália, fará com que a terra apareça.

O aprofundamento do oceano Ártico levaria a uma maior expansão da água sobre as planícies do norte da Ásia, Europa e América do Norte. A Groenlândia e a Antártica, apesar de suas altas elevações, se tornariam significativamente menores em tamanho. Novos arquipélagos emergem dos mares do sul. Os Grandes Lagos, os maiores reservatórios de água doce do mundo, se dissolvem no oceano.

A desaceleração continuaria após a separação dos dois oceanos e causaria uma maior migração da água do oceano em direção ao pólos. Surpreendentemente (apesar da elevação da Antártica), a bacia polar sul tem uma capacidade maior do que a norte. Dado o volume fixo de água em ambos os hemisférios, a bacia mais espaçosa do pólo sul resultaria em um nível geral do mar mais baixo do que o oceano do norte. De acordo com o cálculo volumétrico realizado com a extensão ArcGIS 3D Analyst, a diferença entre o nível do mar dos dois oceanos deve ser de 1.407 metros. No entanto, a precisão dos dados não garante este nível de precisão, portanto, a diferença de elevação entre o mar o nível dos dois oceanos usados era de 1.400 metros.

A série de mapas ilustrados neste artigo descreve os estágios intermitentes durante esta migração dos oceanos da Terra e mudanças na extensão da terra, elevação topográfica e profundidade batimétrica causadas pela velocidade decrescente da rotação da Terra. Esses mapas demonstram os estágios intermediários da geografia de transição de um mundo em rotação para um mundo estacionário. Eles mostram os efeitos de a redução gradual da força centrífuga de seu nível atual para zero, deixando a gravidade como a única força controlando a extensão do oceano.

A desaceleração real da rotação da Terra foi observada, medida, calculada, e teoricamente explicado. Conforme novas metodologias são desenvolvidas e instrumentos mais precisos são construídos, a taxa exata de desaceleração pode variar entre algumas fontes. Refletindo essa desaceleração muito gradual, os relógios atômicos devem ser ajustados para a hora solar adicionando um segundo bissexto de vez em quando. O primeiro segundo bissexto foi adicionado em 1956.

Toda a Antártica estaria submersa neste ponto. As águas do pólo norte e as águas sobre os vastos territórios recentemente submersos na Sibéria e no Canadá estariam ficando mais profundas. Ao mesmo tempo, as águas equatoriais estariam ficando mais rasas.

Grandes áreas de terra perto do equador continuam crescendo e se juntando umas às outras. Agora, quase todo o Canadá, Europa e Rússia estão cobertos por um oceano circumpolar do norte.

A maioria dos cientistas concorda que o dia solar (relacionado à velocidade de rotação) está continuamente ficando mais longo . Este aumento mínimo na duração do dia deve-se principalmente ao atrito das marés oceânicas. Quando a taxa estimada de desaceleração foi projetada de volta para eras geológicas anteriores, mostrou que a duração de um dia era várias horas mais curta do que hoje.

Consequentemente, durante o período Devoniano (400 milhões de anos atrás), a Terra girou cerca de 40 vezes a mais durante uma revolução em torno do Sol do que agora. Como os continentes se desviaram significativamente desde aquela época, é difícil fazer estimativas dos contornos da terra em relação ao oceano para aquela época. No entanto, podemos ter certeza de que – com uma velocidade de rotação mais rápida no passado – a protuberância equatorial da água oceânica era muito maior do que é hoje. Da mesma forma, o achatamento elipsoidal da Terra também foi mais significativo.

Esta animação mostra os estágios intermitentes durante esta migração dos oceanos da Terra. e mudanças na extensão da terra, elevação topográfica e profundidade batimétrica causadas pela velocidade decrescente da rotação da Terra. Mostra os efeitos da redução gradual da força centrífuga de seu nível atual para zero, deixando a gravidade como a única força controlando a extensão do oceano.

A influência da taxa da terra A rotação tem um efeito dominante na geometria do globo, em termos da forma geral do globo, bem como do contorno do oceano global. O relevo físico da Terra é apenas um fator secundário que controla o delineamento dos oceanos. A desaceleração da rotação da Terra continuará por 4 bilhões de anos – tanto quanto podemos imaginar. A desaceleração infinitesimalmente – mas de forma constante – muda a geometria do globo e o torna dinâmico. O resultado líquido desses ajustes dinâmicos é que a Terra está lentamente se tornando mais e mais como uma esfera. No entanto, vai demorar bilhões de anos antes que a Terra pare de girar, e o equipotencial gravitacional crie um nível médio do mar que é uma esfera perfeita.

Sobre o autor

Witold Fraczek é um funcionário de longa data da Esri que atualmente trabalha no Laboratório de protótipos de aplicativos.Ele recebeu seu doutorado em aplicação de GIS em silvicultura pela Agricultural University e mestrado em hidrologia pela University of Warsaw, Polônia, e sensoriamento remoto pela University of Wisconsin, Madison.