Dacă Pământul a rămas încă

Modelarea absenței forței centrifuge

De Witold Fraczek, Esri

Aceasta articol ca PDF.

Următorul nu este un scenariu futurist. Nu este science fiction. Este o demonstrație a capacităților GIS de a modela rezultatele unei întrebări extrem de improbabile, dar fascinante din punct de vedere intelectual: Ce s-ar întâmpla dacă pământul ar înceta să se rotească? ArcGIS a fost utilizat pentru a efectua analize raster complexe și calcule volumetrice și pentru a genera hărți care vizualizează aceste rezultate.

Lumea așa cum o cunoaștem noi. Demarcarea evidentă a terenului și oceanului este indicată de conturul de 0 altitudine.

Axa ecuatorială mai lungă a elipsoidului Pământului este mai mare de 21,4 km (sau 1/3 din 1 la sută) mai lung decât axa polară. Aplatizarea elipsoidului prezentată pe această hartă a fost exagerată în mod intenționat.

Cea mai semnificativă caracteristică de pe orice hartă care descrie chiar și o porțiunea oceanului pământului este întinderea spațială a acelui corp de apă. De obicei, nu acordăm prea multă atenție delimitării mării, deoarece pare atât de evidentă și constantă încât nu ne dăm seama că este o bază a geografiei și baza percepției noastre asupra lumii fizice.

Linia care separă oceanele de continente care subliniază întinderea spațială atât a solului, cât și a apei este cel mai fundamental contur. Este cota zero, deoarece semnifică nivelul mării. De ce este nivelul mării unde îl observăm în prezent? Ce controlează nivelul mării? Cât de stabile sunt forțele care determină nivelul mării? Acest articol nu se referă la schimbările climatice și la creșterea potențială a nivelului apei în oceanul global, ci mai degrabă la geometria globului și la puternicele energii geofizice care determină unde se află oceanele.

Nivelul mării este – și a fost întotdeauna – în echilibru cu gravitația planetei, care trage apa către centrul de masă al pământului și forța centrifugă exterioară, care rezultă din rotația pământului. După câteva miliarde de ani de filare , pământul a luat forma unui elipsoid (care poate fi considerat o sferă turtită). În consecință, distanța până la centrul de masă al pământului este cea mai lungă din jurul ecuatorului și cea mai scurtă dincolo de cercurile polare. Diferența actuală dintre nivelul mediu al mării observat de-a lungul ecuatorului și distanța până la centrul de masă al pământului de la nivelul mării la poli este de aproximativ 21,4 kilometri (km).

Gravitația pământului liniștit este cea mai puternică la regiunile polare (afișată în verde). Este intermediară la latitudinile medii și cea mai slabă la altitudini mari ale Anzilor, aproape de ecuator.

Când rotația globală se oprește, migrația masivă a apei oceanice ar fi încetarea și nivelul mării ar fi în diferite locații, schimbând complet geografia lumii.

Ce s-ar întâmpla dacă rotația pământului ar încetini și, în cele din urmă, va înceta să se rotească într-o perioadă de câteva decenii? ArcGIS ne permite să modelăm efectele acestui scenariu, efectuând calcule și estimări și creând o serie de hărți care arată efectele pe care absența forței centrifuge le-ar avea asupra nivelului mării.

Dacă pământul ar înceta să se rotească în jurul axei sale, dar va continua care se învârte în jurul soarelui și axa de rotație a acestuia menținea aceeași înclinație, lungimea unui an ar rămâne aceeași, dar o zi ar dura la fel de mult ca un an. În acest scenariu fictiv, dispariția secvențială a forței centrifuge ar provoca o schimbare catastrofală în climă și ajustări geologice dezastruoase (exprimate ca cutremure devastatoare) la starea gravitațională echipotențială transformatoare.

Lipsa efectului centrifugal ar avea ca rezultat în gravitația pământului fiind singura forță semnificativă care controlează întinderea oceanelor. Corpurile cerești proeminente, cum ar fi luna și soarele, ar juca, de asemenea, un rol, dar datorită distanței lor de pământ, impactul lor asupra întinderii oceanelor globale ar fi neglijabil.

Dacă singura gravitație a pământului a fost responsabil pentru crearea unei noi geografii, umflătura uriașă a apei oceanice – care acum are aproximativ 8 km înălțime la ecuator – va migra acolo unde gravitația unui pământ staționar ar fi cea mai puternică. Această umflătură este atribuită efectului centrifugal al rotației pământului cu o viteză liniară de 1.667 km / oră la ecuator. Umflătura de apă ecuatorială existentă umflă, de asemenea, forma elipsoidală a globului în sine.

Este prezentată întinderea unui ipotetic ocean circumpolar nordic pe teritoriul Americii de Nord. Culoarea portocalie indică zone cu altitudine mai mare de 3.000 de metri deasupra nivelului oceanului nordic.Punctele roșii reprezintă unele dintre cele mai mari orașe ale continentului.

Bulge definește forma finală a globului pământesc prin stabilirea nivelului uniform al mării în echilibru gravitațional, care este folosit ca referință standard pentru descriind forma pământului. Geometriștii au încercat să o calculeze mai mult de un secol, geometria acestei forme. Eforturile lor au fost finalizate prin acceptarea elipsoidului denumit World Geodetic System 1984 (WGS84) de către comunitatea internațională din Washington, DC, în 1984. Elipsoidul WGS84 aproximează forma pământului mai precis decât multe alte elipsoide care erau anterior propus.

Dacă pământul ar sta liniștit, oceanele ar migra treptat spre poli și ar provoca apariția pământului din regiunea ecuatorială. Acest lucru ar duce în cele din urmă la un imens megacontinent ecuatorial și la două mari oceane polare. Linia care delimitează zonele care contribuie hidrologic la unul sau alt ocean ar urma ecuatorul dacă pământul ar fi un elipsoid perfect. Cu toate acestea, datorită reliefului semnificativ atât al continentelor, cât și al fundului oceanului, diviziunea globală ipotetică dintre zonele care contribuie hidrologic la unul sau alt ocean se abate semnificativ de la ecuator. Analog cu binecunoscuta diviziune continentală a SUA, aceasta ar fi granița care separă două bazine hidrografice uriașe emisferice ale noilor oceane circumpolare. Interesant este că cel mai înalt punct al acestei diviziuni globale nu ar fi cea mai mare altitudine de pe întregul glob. Cea mai mare altitudine a diviziunii globale din Anzii columbieni ar fi de aproximativ 12.280 de metri, în timp ce altitudinile faimoșilor vulcani ecuatoriali Chimborazo (Ecuador) și Kilimanjaro (Tanzania) ar fi de 13.615 și respectiv 12.786 metri. Ambii vulcani se întâmplă să nu fie localizați pe linia de divizare globală. Cel mai de jos punct de pe noua linie de divizare globală, cu o altitudine de 2.760 metri, ar fi situat la sud-vest de insula Kiribati, în vestul Pacificului.

Datorită reliefului unic al suprafeței pământului la început din încetinire, cele mai semnificative modificări ale conturului terenului față de apă s-ar produce la latitudinile înalte ale emisferei nordice, unde oceanul se va extinde rapid pe teritoriile plate și vaste din nordul Siberiei și nordul Canadei. În același timp, modificările contururilor continentale la latitudini joase ar fi abia perceptibile, deoarece (cu câteva excepții) apele ecuatoriale sunt adânci, iar o scădere a nivelului apei cu câteva zeci de metri nu ar determina apariția unor suprafețe mari de pământ. perioadă de încetinire, când principalele caracteristici geografice ale oceanelor și pământului s-ar fi adaptat deja la forma elipsoidală a globului și la noua distribuție a gravitației, ar avea loc modificări relativ mici. conform formei elipsoidale a globului, care copleșește efectul diversității reliefului geografic al pământului.

Astăzi, toate cele trei oceane ale lumii sunt conectate. Acest lucru creează un ocean global, cu practic un nivel al mării. Ca o consecință a încetinirii rotației, conturul oceanului global va suferi continuu schimbări dramatice. Apele ecuatoriale s-ar deplasa spre zone polare, provocând inițial o reducere semnificativă a adâncimii în timp ce umplu bazinele polare care au o capacitate mult mai mică. Pe măsură ce regiunile cu latitudine mare din emisfera nordică devin scufundate, întinderea ariei oceanului circumpolar nordic se va extinde rapid, acoperind vastele câmpii din Siberia și porțiunile nordice ale Americii de Nord. Oceanul global va rămâne o unitate până când rotația pământului va scădea la viteza cu care ar avea loc separarea oceanului. Interacțiunea dintre inerția corpurilor uriașe de apă și scăderea forței centrifuge ar fi foarte complicată. Ca o consecință a încetinirii constante a rotației pământului, oceanul global ar fi separat treptat în două oceane. Evident, ultima conexiune va fi întreruptă în cel mai de jos punct al liniei de divizare globală, situată la sud-vest de Insulele Kiribati. actualul Ocean Pacific Pacific este un avion, pământul ar apărea rapid, deoarece nu ar exista nicio șansă ca apa să fie schimbată între cele două oceane circumpolare după divizarea inițială. Zona de separare finală dintre cele două oceane ar fi apariția și uscarea simultană a teritoriu care se întinde pe sute de kilometri.

În timp ce gravitația atrage mai multă apă spre Oceanul Arctic, zonele joase din Siberia și nordul Canadei ar deveni scufundate.Miscarea corespunzătoare a apei din regiunea ecuatorială, combinată cu apele de pe platforma continentală superficială, la sud-estul Asiei și la nordul Australiei, vor provoca apariția terenurilor.

O adâncime a Oceanului Arctic ar duce la extinderea în continuare a apei peste câmpiile nordice ale Asiei, Europei și Americii de Nord. Groenlanda și Antarctica, în ciuda altitudinilor ridicate, ar deveni semnificativ mai mici ca dimensiune. Arhipelaguri noi apar din mările sudice. Marile Lacuri Americane, cele mai mari rezervoare de apă dulce din lume, se dizolvă în ocean.

Încetinirea va continua după separarea celor două oceane și va cauza o migrare suplimentară a apei oceanului către stâlpi. În mod surprinzător (în ciuda înălțimii Antarcticii), bazinul polar sudic are o capacitate mai mare decât cea nordică. Având în vedere volumul fix de apă din ambele emisfere, bazinul mai capabil al polului sudic ar avea ca rezultat un nivel general al mării mai scăzut decât Conform calculului volumetric efectuat cu extensia ArcGIS 3D Analyst, diferența dintre nivelul mării celor două oceane ar trebui să fie de 1.407 metri. Cu toate acestea, precizia datelor nu justifică acest nivel de precizie, astfel încât diferența de altitudine dintre mare nivelul celor două oceane utilizate a fost de 1.400 de metri.

Seria de ilustrații a hărților din acest articol descrie etapele intermitente din timpul acestei migrații a oceanelor pământului și schimbările în întinderea terenului, înălțimea topografică și adâncimea batimetrică cauzate prin viteza descrescătoare a rotației pământului. Aceste hărți demonstrează etapele intermediare ale geografiei de tranziție de la o lume rotativă la o staționară. Ele arată efectele reducerea treptată a forței centrifuge de la nivelul său actual la nici unul, lăsând gravitația ca singura forță care controlează întinderea oceanului.

Încetinirea efectivă a rotației pământului a fost observată, măsurată, calculată, și explicat teoretic. Pe măsură ce se dezvoltă metodologii mai noi și se construiesc instrumente mai precise, rata exactă a încetinirii poate varia între anumite surse. Reflectând această încetinire foarte treptată, ceasurile atomice trebuie să fie ajustate la timpul solar, adăugând câte o secundă din când în când. Primul al doilea salt a fost adăugat în 1956.

Toată Antarctica ar fi sub apă în acest moment. Apele polare nordice și apa de pe teritoriile vaste, recent scufundate din Siberia și Canada ar fi din ce în ce mai adânci. În același timp, apele ecuatoriale ar deveni mai puțin adânci.

Suprafețele mari de teren lângă ecuator continuă să crească și să se unească între ele. Până acum, aproape toată Canada, Europa și Rusia sunt acoperite de un ocean circumpolar nordic.

Majoritatea oamenilor de știință sunt de acord că ziua solară (legată de viteza de rotație) continuă să fie mai lungă . Această creștere minimă a lungimii zilei se datorează în principal fricțiunii oceanice a mareelor. Când rata estimată a încetinirii a fost proiectată înapoi la eoni geologici anteriori, a arătat că lungimea unei zile a fost cu câteva ore mai mică decât astăzi.

În consecință, în perioada Devoniană (acum 400 de milioane de ani), pământul s-a rotit de aproximativ 40 de ori mai mult în timpul unei revoluții în jurul soarelui decât acum. Deoarece continentele au derivat semnificativ de la acea vreme, este dificil să se facă estimări ale contururilor terestre versus oceanice pentru acea epocă. Cu toate acestea, putem fi siguri că – cu o viteză de filare mai mare în trecut – umflătura ecuatorială a apei oceanice a fost mult mai mare decât este astăzi. În mod similar, aplatizarea elipsoidală a pământului a fost, de asemenea, mai semnificativă.

Această animație descrie etapele intermitente din timpul acestei migrații a oceanelor terestre și modificări ale întinderilor terenului, al cotei topografice și ale adâncimii batimetrice cauzate de viteza descrescătoare a rotației pământului. Arată efectele reducerii treptate a forței centrifuge de la nivelul său actual la nici unul, lăsând gravitația ca singura forță care controlează întinderea oceanului.

Influența ratei pământului Rotația „are un efect dominant asupra geometriei globului, în ceea ce privește forma generală a globului, precum și conturul oceanului global. Relieful fizic al pământului este doar un factor secundar care controlează delimitarea oceanelor. Încetinirea rotației pământului va continua timp de 4 miliarde de ani – atâta timp cât ne putem imagina. Încetinirea infinit – dar constant – schimbă geometria globului și o face dinamică. Rezultatul net al acestor ajustări dinamice este că pământul devine încet din ce în ce mai mult ca o sferă. Cu toate acestea, va dura miliarde de ani până când pământul nu se mai învârte, iar echipotențialul gravitațional creează un nivel mediu al mării care este o sferă perfectă.

Despre autor

Witold Fraczek este un angajat de mult timp al Esri, care lucrează în prezent în Application Prototype Lab.Și-a luat doctoratul în aplicarea GIS în silvicultură la Universitatea Agricolă și a absolvit masterele în hidrologie de la Universitatea din Varșovia, Polonia și teledetecție la Universitatea din Wisconsin, Madison.