Expandierende Erde

Wie lange würde es dauern, bis die Menschen ihre Gewichtszunahme bemerken, wenn sich der mittlere Radius der Welt jede Sekunde um 1 cm ausdehnt? (Angenommen, die durchschnittliche Zusammensetzung des Gesteins wurde beibehalten.)

Dennis O’Donnell

Die Erde dehnt sich derzeit nicht aus.Ja, ich habe ein Zitat dafür.
„Zusammenfassend lässt sich sagen, dass unsere Studie innerhalb der aktuellen Messunsicherheit von 0,2 mm yr−1 keine statistisch signifikante gegenwärtige Expansionsrate feststellt.“
Wu, X., X. Collilieux, Z. Altamimi, B. L. A. Vermeersen, R. S. Gross und I. Fukumori (2011), Genauigkeit des internationalen terrestrischen Referenzrahmens origin and Earth expansion, Geophys. Res. Lett., 38, L13304, doi:10.1029/2011GL047450.

Die Leute haben lange vorgeschlagen, dass es sein könnte. Bevor die Kontinentaldrifthypothese in den 1960er Jahren bestätigt wurde,war die Entdeckung der Ausbreitung des Meeresbodens die rauchende Waffe, die die Plattentektonikhypothese bestätigte. Die Art und Weise, wie sich die Ausbreitung des Meeresbodens und die magnetische Polumkehr sauber bestätigten, ist eines meiner Lieblingsbeispiele für wissenschaftliche Entdeckungen bei der Arbeit. die Menschen hatten bemerkt, dass die Kontinente zusammenpassen. Verschiedene Ideen wurden vorgeschlagen, um dies zu erklären, einschließlich der Idee, dass die Ozeanbecken Risse waren, die sich in der Oberfläche einer zuvor glatten Erde öffneten, als sie sich ausdehnte. Diese Theorie war nie sehr weit verbreitet,Es stellt sich heraus, dass es irgendwie dumm ist. obwohl es immer noch regelmäßig auf YouTube die Runde macht.Um das Problem der Risse im Boden zu vermeiden, stellen wir uns vor, dass sich die gesamte Materie in der Erde, von der Kruste bis zum Kern, gleichmäßig ausdehnt. Um ein weiteres Drain the Oceans-Szenario zu vermeiden, gehen wir davon aus, dass sich auch der Ozean ausdehnt.Wie sich herausstellt, dehnt sich der Ozean aus, da er wärmer wird. Dies ist (derzeit) der wichtigste Weg, wie die globale Erwärmung den Meeresspiegel anhebt. Alle menschlichen Strukturen bleiben erhalten.

t = 1 Sekunde:

Als sich die Erde ausdehnte, spürten Sie einen leichten Ruck und verloren möglicherweise sogar für einen Moment das Gleichgewicht. Das wäre sehr kurz. Da Sie sich mit 1 cm / s stetig nach oben bewegen, spüren Sie keine anhaltende Beschleunigung. Für den Rest des Tages würden Sie von nichts viel bemerken.

t = 1 Tag:

Nach dem ersten Tag hätte sich die Erde um 864 Meter ausgedehnt.

Die Schwerkraft würde lange brauchen, um zuzunehmen. Wenn Sie zu Beginn der Erweiterung 70 Kilogramm wogen, würden Sie am Ende des Tages 70,01 wiegen.

Was ist mit unseren Straßen und Brücken? Schließlich, Sie müssten sich trennen, Recht?

Nicht so schnell, wie Sie vielleicht denken. Hier ist ein Rätsel, das ich einmal gehört habe:

Stellen Sie sich vor, Sie haben ein Seil fest um die Erde gebunden, so dass es die Oberfläche rundum umarmt.

Stellen Sie sich nun vor, Sie wollten das Seil einen Meter über dem Boden anheben.

Wie viel zusätzliche Länge müssen Sie dem Seil hinzufügen?

Obwohl es den Anschein hat, als würden Sie kilometerlange Seile benötigen, lautet die Antwort 6,28 Meter. Wenn Sie also den Radius um 1 Einheit erhöhen, erhöhen Sie den Umfang um 2π Einheiten.

Eine 40.000 Kilometer lange Strecke um zusätzliche 6,28 Meter zu strecken, ist ziemlich vernachlässigbar. Selbst nach einem Tag würden die zusätzlichen 5,4 Kilometer von praktisch allen Strukturen problemlos bewältigt. Beton expandiert und kontrahiert jeden Tag um mehr als das.Lawrence Grybosky, Thermische Ausdehnung und Kontraktion

Nach dem ersten Ruck würden Sie als ersten Effekt bemerken, dass Ihr GPS nicht mehr funktioniert. Die Satelliten würden in ungefähr den gleichen Umlaufbahnen bleiben, aber das empfindliche Timing, auf dem das GPS-System basiert, würde innerhalb von Stunden vollständig ruiniert. GPS-Timing ist unglaublich präzise; von allen Problemen im Ingenieurwesen ist es eines der wenigen, bei denen Ingenieure gezwungen waren, sowohl die spezielle als auch die allgemeine Relativitätstheorie in ihre Berechnungen einzubeziehen.

Die meisten anderen Uhren würden weiterhin gut funktionieren. Wenn Sie jedoch eine sehr genaue Pendeluhr haben, bemerken Sie möglicherweise etwas Seltsames — am Ende des Tages wäre sie drei Sekunden vor dem Ort, an dem sie sein sollte.

t = 1 Monat:

Nach einem Monat hätte sich die Erde um 26 Kilometer ausgedehnt — eine Zunahme von 0, 4% — und ihre Masse um 1, 2% zugenommen. Die Oberflächengravitation wäre nur um 0,4% und nicht um 1% gestiegen.2%, da die Oberflächengravitation proportional zum Radius ist.Die Masse ist proportional zum gewürfelten Radius und die Schwerkraft proportional zur Masse mal zum inversen Quadrat des Radius, also Radius3 / radius2 = Radius.

Sie bemerken vielleicht den Gewichtsunterschied auf einer Waage, aber es ist keine große Sache. Die Schwerkraft variiert bereits zwischen verschiedenen Städten. Dies ist eine gute Sache zu beachten, wenn Sie eine digitale Waage kaufen. Wenn Ihre Waage eine Genauigkeit von mehr als zwei Dezimalstellen hat, müssen Sie sie mit einem Testgewicht kalibrieren — die Schwerkraft in der Waagenfabrik entspricht nicht unbedingt der Schwerkraft in Ihrem Haus.

Während Sie die erhöhte Schwerkraft vielleicht noch nicht bemerken, werden Sie die Expansion bemerken. Nach einem Monat würden Sie viele Risse in langen Betonkonstruktionen und das Versagen von Hochstraßen und alten Brücken sehen. Die meisten Gebäude wären wahrscheinlich in Ordnung, obwohl sich diejenigen, die fest im Grundgestein verankert sind, unvorhersehbar verhalten könnten.Genau das, was Sie in einem Wolkenkratzer wollen.

An diesem Punkt würden Astronauten auf der ISS anfangen, sich Sorgen zu machen. Nicht nur der Boden (und die Atmosphäre) würden zu ihnen aufsteigen, sondern die erhöhte Schwerkraft würde auch dazu führen, dass ihre Umlaufbahn langsam schrumpft. Sie müssten schnell evakuiert werden; Sie hätten höchstens ein paar Monate Zeit gehabt, bevor die Station wieder in die Atmosphäre eingetreten und deorbitiert wäre.

t = 1 Jahr:

Nach einem Jahr wäre die Gravitation 5% stärker. Sie würden wahrscheinlich die Gewichtszunahme bemerken, und Sie würden definitiv den Ausfall von Straßen, Brücken, Stromleitungen, Satelliten und Unterseekabeln bemerken. Ihre Pendeluhr wäre jetzt um fünf Tage voraus.

Was ist mit der Atmosphäre?

Wenn die Atmosphäre nicht so wächst wie Land und Wasser, würde der Luftdruck sinken. Dies liegt an einer Kombination von Faktoren. Wenn die Schwerkraft zunimmt, wird die Luft schwerer. Da diese Luft jedoch über eine größere Fläche verteilt ist, würde der Gesamteffekt den Luftdruck verringern.

Andererseits würde der Oberflächenluftdruck steigen, wenn sich auch die Atmosphäre ausdehnt. Nachdem Jahre vergangen waren, die Spitze des Berges. Der Everest würde sich nicht mehr in der „Todeszone“ befinden.Siehe Was-Wäre-wenn #64. Auf der anderen Seite, da Sie schwerer wären — und der Berg wäre höher —, wäre das Klettern mehr Arbeit.

t = 5 Jahre:

Nach fünf Jahren wäre die Gravitation 25% stärker. Wenn Sie zu Beginn der Erweiterung 70 kg gewogen hätten, würden Sie jetzt 88 kg wiegen.

Der größte Teil unserer Infrastruktur wäre zusammengebrochen. Die Ursache des Zusammenbruchs wäre der sich ausdehnende Boden unter ihnen, nicht die erhöhte Schwerkraft. Überraschenderweise würden die meisten Wolkenkratzer unter viel höherer Schwerkraft gut halten.Obwohl ich den Aufzügen nicht trauen würde. Für die meisten von ihnen ist der limitierende Faktor nicht das Gewicht, sondern der Wind.

t = 10 Jahre:

Nach 10 Jahren wäre die Gravitation 50% stärker. In dem Szenario, in dem sich die Atmosphäre nicht ausdehnt, würde die Luft dünn genug werden, um selbst auf Meereshöhe schwer atmen zu können. Im anderen Szenario wären wir noch eine Weile in Ordnung.

t = 40 Jahre:

Nach 40 Jahren hätte sich die Gravitation der Erdoberfläche verdreifacht.Über Jahrzehnte würde die Schwerkraft etwas schneller wachsen, als man erwarten würde, da sich das Material in der Erde unter seinem eigenen Gewicht komprimieren würde. Der Druck in den Planeten ist ungefähr proportional zum Quadrat ihrer Oberfläche, so dass der Erdkern fest zusammengedrückt würde. Zu diesem Zeitpunkt könnten selbst die stärksten Menschen nur mit großen Schwierigkeiten gehen. Das Atmen wäre schwierig. Bäume würden zusammenbrechen. Pflanzen würden nicht unter ihrem eigenen Gewicht stehen. Praktisch jeder Berghang würde massive Erdrutsche sehen, wenn er einen flacheren Ruhewinkel suchte.

Die geologische Aktivität würde sich ebenfalls beschleunigen. Der größte Teil der Erdwärme wird durch radioaktiven Zerfall von Mineralien in der Kruste und im Mantel bereitgestellt,Obwohl einige radioaktive Elemente, wie Uran, sind schwer, Sie werden aus den unteren Schichten herausgedrückt, weil ihre Atome in diesen Tiefen nicht gut in die Gesteinsgitter eingreifen. Weitere Informationen finden Sie in diesem Kapitel und in diesem Artikel. und mehr Erde bedeutet mehr Wärme. Da sich das Volumen schneller ausdehnt als die Oberfläche, nimmt die pro Quadratmeter abfließende Gesamtwärme zu.Es ist nicht wirklich genug, um den Planeten wesentlich zu erwärmen — die Oberflächentemperatur der Erde wird von der Atmosphäre und der Sonne dominiert – aber es würde zu mehr Vulkanen, mehr Erdbeben und schnelleren tektonischen Bewegungen führen. Dies würde der Situation auf der Erde vor Milliarden von Jahren ähneln, als wir mehr radioaktives Material und damit einen heißeren Mantel hatten.

Eine aktivere Plattentektonik könnte gut für das Leben sein. Die Plattentektonik spielt eine Schlüsselrolle bei der Stabilisierung des Erdklimas, und Planeten, die kleiner als die Erde sind (wie der Mars), haben nicht genug innere Wärme, um die langfristige geologische Aktivität aufrechtzuerhalten. Ein größerer Planet würde mehr geologische Aktivität ermöglichen, weshalb einige Wissenschaftler glauben, dass Exoplaneten, die etwas größer als die Erde sind („Supererden“), für das Leben freundlicher sein könnten als erdgroße.Sasselov, Dimitar D.. Das Leben der Supererden: Wie die Jagd nach fremden Welten und künstlichen Zellen das Leben auf unserem Planeten revolutionieren wird. New York: Grundlegende Bücher, 2012.

t = 100 Jahre:

Nach 100 Jahren würden wir über sechs Gees der Schwerkraft erleben. Wir wären nicht nur nicht in der Lage, uns zu bewegen, um Nahrung zu finden, sondern unser Herz wäre auch nicht in der Lage, Blut in unser Gehirn zu pumpen. Nur kleine Insekten (und Meerestiere) wären physisch in der Lage, sich zu bewegen. Vielleicht könnten Menschen in speziell gebauten Kuppeln mit kontrolliertem Druck überleben und sich bewegen, indem sie die meisten unserer Körper in Wasser tauchen.

Das Atmen in dieser Situation wäre schwierig. Es ist schwer, Luft gegen das Gewicht des Wassers einzusaugen, weshalb Schnorchel nur funktionieren können, wenn sich Ihre Lungen in der Nähe der Oberfläche befinden.

Außerhalb von Niederdruckkuppeln würde die Luft aus einem anderen Grund unatmbar werden. Bei etwa 6 Atmosphären wird sogar gewöhnliche Luft giftig.R.M. Franz und P. C. Schutte, Barometrische Gefahren im Kontext des Tiefenbergbaus, Die Zeitschrift des südafrikanischen Instituts für Bergbau und Metallurgie Selbst wenn wir es geschafft hätten, alle anderen Probleme zu überleben, durch 100 Jahre, Wir wären tot an Sauerstofftoxizität. Abgesehen von der Toxizität ist das Atmen dichter Luft schwierig, nur weil sie schwer ist.

Schwarzes Loch?

Wann wird die Erde ein Schwarzes Loch?

Das ist schwer zu beantworten, denn die Prämisse der Frage ist, dass sich der Radius stetig ausdehnt, während die Dichte gleich bleibt — während ein Schwarzes Loch die Dichte erhöht.Die Dynamik wirklich riesiger felsiger Planeten wird nicht oft analysiert, da es keine offensichtliche Möglichkeit gibt, dass sie sich bilden könnten; Alles, was so groß ist, wird genug Schwerkraft haben, um Wasserstoff und Helium während der Planetenentstehung zu sammeln und ein Gasriese zu werden.

Irgendwann würde unsere wachsende Erde den Punkt erreichen, an dem das Hinzufügen von mehr Masse dazu führt, dass sie sich zusammenzieht, anstatt sich auszudehnen. Nach diesem Punkt würde es in so etwas wie einen sputternden weißen Zwerg oder Neutronenstern kollabieren und dann — wenn seine Masse weiter zunahm — schließlich zu einem Schwarzen Loch werden.

Aber bevor es so weit kommt…

t = 300 Jahre:

Es ist eine Schande, dass Menschen nicht so lange leben würden, denn an diesem Punkt würde etwas wirklich Ordentliches passieren.

Wenn die Erde wächst, würde sich der Mond wie alle unsere Satelliten allmählich nach innen drehen.Plummer, H. C., Note on the motion about an attracting centre of slowly increasing mass, Monatsberichte der Royal Astronomical Society, Bd. 66, S.83 Nach mehreren Jahrhunderten wäre es nahe genug an der geschwollenen Erde, dass die Gezeitenkräfte zwischen Erde und Mond stärker wären als die Gravitationskräfte, die den Mond zusammenhalten.

Wenn der Mond diese Grenze — die sogenannte Roche—Grenze – passierte, würde er allmählich auseinanderbrechen …

… und die Erde würde für kurze Zeit Ringe haben.