mai 19, 2021

Terre en expansion

Combien de temps faudrait-il pour que les gens remarquent leur gain de poids si le rayon moyen du monde augmentait de 1 cm chaque seconde? (En supposant que la composition moyenne de la roche a été maintenue.)

Dennis O’Donnell

La Terre n’est pas, actuellement, en expansion.Oui, j’ai une citation pour cela.
« En conclusion, aucun taux d’expansion actuel statistiquement significatif n’est détecté par notre étude dans l’incertitude de mesure actuelle de 0,2 mm an−1. »
Wu, X., X. Collilieux, Z. Altamimi, B. L. A. Vermeersen, R. S. Gross, et I. Fukumori (2011), Précision de l’origine du Référentiel Terrestre International et de l’expansion de la Terre, Geophys. Rés. Lett., 38, L13304, doi: 10.1029/2011GL047450.

Les gens ont longtemps suggéré que cela pourrait l’être. Avant que l’hypothèse de la dérive continentielle ne soit confirmée dans les années 1960, le pistolet à fumée qui confirmait l’hypothèse de la tectonique des plaques était la découverte de la propagation du fond marin. La façon dont la propagation du fond marin et l’inversion des pôles magnétiques se sont parfaitement confirmées est l’un de mes exemples préférés de découvertes scientifiques au travail. les gens avaient remarqué que les continents s’emboîtaient. Diverses idées ont été avancées pour expliquer cela, y compris l’idée que les bassins océaniques étaient des failles qui se sont ouvertes à la surface d’une Terre auparavant lisse au fur et à mesure de son expansion. Cette théorie n’a jamais été très répandue, Il s’avère que c’est un peu stupide. bien qu’il fasse encore périodiquement le tour sur YouTube.

Pour éviter le problème des failles dans le sol, imaginons que toute la matière de la Terre, de la croûte au noyau, commence à s’étendre uniformément. Pour éviter un autre scénario de drainage des océans, nous supposerons que l’océan se dilate également.Il s’avère que l’océan est en expansion, car il fait plus chaud. C’est (actuellement) la principale façon dont le réchauffement climatique élève le niveau de la mer. Toutes les structures humaines resteront.

t=1 seconde:

Au fur et à mesure que la Terre commençait à se développer, vous ressentiriez une légère secousse et pourriez même perdre l’équilibre pendant un moment. Ce serait très bref. Comme vous vous déplacez régulièrement vers le haut à 1 cm / s, vous ne ressentirez aucune accélération continue. Pour le reste de la journée, vous ne remarquerez rien.

t =1 jour:

Après le premier jour, la Terre se serait étendue de 864 mètres.

La gravité prendrait beaucoup de temps à augmenter. Si vous pesiez 70 kilogrammes au début de l’expansion, vous peseriez 70,01 à la fin de la journée.

Qu’en est-il de nos routes et de nos ponts ? Finalement, ils devraient rompre, non?

Pas aussi vite que vous pourriez le penser. Voici un puzzle que j’ai déjà entendu:

Imaginez que vous avez attaché une corde étroitement autour de la Terre, alors elle étreignait la surface tout autour.

Imaginez maintenant que vous vouliez soulever la corde à un mètre du sol.

Combien de longueur supplémentaire devrez-vous ajouter à la corde?

Bien qu’il puisse sembler que vous auriez besoin de kilomètres de corde, la réponse est de 6,28 mètres. La circonférence est proportionnelle au rayon, donc si vous augmentez le rayon de 1 unité, vous augmentez la circonférence de 2π unités.

Étirer une ligne de 40 000 kilomètres sur 6,28 mètres supplémentaires est assez négligeable. Même après une journée, les 5,4 kilomètres supplémentaires seraient facilement gérés par pratiquement toutes les structures. Le béton se dilate et se contracte de plus que cela chaque jour.Lawrence Grybosky, Dilatation et contraction thermiques

Après la secousse initiale, l’un des premiers effets que vous remarqueriez serait que votre GPS cesserait de fonctionner. Les satellites resteraient à peu près sur les mêmes orbites, mais le timing délicat sur lequel repose le système GPS serait complètement ruiné en quelques heures. La synchronisation GPS est incroyablement précise; de tous les problèmes d’ingénierie, c’est l’un des seuls dans lesquels les ingénieurs ont été obligés d’inclure à la fois la relativité spéciale et la relativité générale dans leurs calculs.

La plupart des autres horloges fonctionneraient bien. Cependant, si vous avez une horloge à pendule très précise, vous remarquerez peut—être quelque chose d’étrange – à la fin de la journée, elle aurait trois secondes d’avance sur l’endroit où elle devrait être.

t=1 mois:

Après un mois, la Terre se serait étendue de 26 kilomètres — soit une augmentation de 0,4% – et sa masse aurait augmenté de 1,2%. La gravité de surface n’aurait augmenté que de 0,4%, au lieu de 1.2%, puisque la gravité de surface est proportionnelle au rayon.La masse est proportionnelle au rayon en cubes et la gravité est proportionnelle à la masse fois le carré inverse du rayon, donc radius3 / radius2 = rayon.

Vous remarquerez peut-être la différence de poids sur une balance, mais ce n’est pas grave. La gravité varie déjà beaucoup entre les différentes villes. C’est une bonne chose à garder à l’esprit si vous achetez une balance numérique. Si votre balance a une précision de plus de deux décimales, vous devez l’étalonner avec un poids d’essai — la force de gravité à l’usine de la balance n’est pas nécessairement la même que la force de gravité chez vous.

Bien que vous ne remarquiez peut-être pas encore l’augmentation de la gravité, vous remarqueriez l’expansion. Au bout d’un mois, on voyait beaucoup de fissures s’ouvrir dans de longues structures en béton et la défaillance de routes surélevées et de vieux ponts. La plupart des bâtiments seraient probablement corrects, bien que ceux qui sont solidement ancrés dans le substrat rocheux puissent commencer à se comporter de manière imprévisible.Juste ce que vous voulez dans un gratte-ciel.

À ce stade, les astronautes de l’ISS commenceraient à s’inquiéter. Non seulement le sol (et l’atmosphère) s’élèveraient vers eux, mais l’augmentation de la gravité entraînerait également un rétrécissement lent de leur orbite. Ils auraient besoin d’évacuer rapidement ; ils auraient tout au plus quelques mois avant que la station ne rentre dans l’atmosphère et ne se désorbite.

t=1 an:

Après un an, la gravité serait 5% plus forte. Vous remarquerez probablement le gain de poids, et vous remarquerez certainement la défaillance des routes, des ponts, des lignes électriques, des satellites et des câbles sous-marins. Votre pendule serait maintenant en avance de cinq jours.

Qu’en est-il de l’atmosphère ?

Si l’atmosphère ne se développe pas comme le sont la terre et l’eau, la pression atmosphérique commencerait à baisser. Cela est dû à une combinaison de facteurs. À mesure que la gravité augmente, l’air devient plus lourd. Mais puisque cet air est réparti sur une plus grande surface, l’effet global serait une diminution de la pression atmosphérique.

Par contre, si l’atmosphère est également en expansion, la pression atmosphérique de surface augmenterait. Après des années, le sommet du mont. L’Everest ne serait plus dans la « zone de la mort ».Voir What-If #64. D’un autre côté, puisque vous seriez plus lourd — et que la montagne serait plus haute — l’escalade serait plus difficile.

t=5 ans:

Après cinq ans, la gravité serait 25% plus forte. Si vous pesiez 70 kg lorsque l’expansion a commencé, vous peseriez 88 kg maintenant.

La plupart de nos infrastructures se seraient effondrées. La cause de l’effondrement serait le sol en expansion en dessous d’eux, pas l’augmentation de la gravité. Étonnamment, la plupart des gratte-ciel résisteraient bien sous une gravité beaucoup plus élevée.Même si je ne ferais pas confiance aux ascenseurs. Pour la plupart d’entre eux, le facteur limitant n’est pas le poids, mais le vent.

t=10 ans:

Après 10 ans, la gravité serait 50% plus forte. Dans le scénario où l’atmosphère ne se dilate pas, l’air deviendrait suffisamment mince pour être difficile à respirer, même au niveau de la mer. Dans l’autre scénario, nous serions ok pour un peu plus longtemps.

t=40 ans :

Après 40 ans, la gravité de la surface de la Terre aurait triplé.Au fil des décennies, la force de gravité augmenterait légèrement plus vite que prévu, car la matière de la Terre se compresserait sous son propre poids. La pression à l’intérieur des planètes est à peu près proportionnelle au carré de leur surface, de sorte que le noyau terrestre serait serré étroitement. À ce stade, même les humains les plus forts ne pourraient marcher qu’avec beaucoup de difficulté. Respirer serait difficile. Les arbres s’effondreraient. Les cultures ne résisteraient pas sous leur propre poids. Pratiquement chaque flanc de montagne verrait des glissements de terrain massifs alors que le matériau recherchait un angle de repos moins profond.

L’activité géologique s’accélérerait également. La majeure partie de la chaleur de la Terre est fournie par la désintégration radioactive des minéraux dans la croûte et le manteau, Bien que certains éléments radioactifs, comme l’uranium, soient lourds, ils sont expulsés des couches inférieures parce que leurs atomes ne s’engrènent pas bien avec les réseaux rocheux à ces profondeurs. Pour en savoir plus, consultez ce chapitre et cet article. et plus de Terre signifie plus de chaleur. Étant donné que le volume se dilate plus rapidement que la surface, la chaleur globale s’écoulant par mètre carré augmentera.

Ce n’est pas suffisant pour réchauffer substantiellement la planète — la température de surface de la Terre est dominée par l’atmosphère et le Soleil — mais cela entraînerait plus de volcans, plus de tremblements de terre et un mouvement tectonique plus rapide. Ce serait similaire à la situation sur Terre il y a des milliards d’années, lorsque nous avions plus de matières radioactives et donc un manteau plus chaud.

Une tectonique des plaques plus active pourrait être bénéfique pour la vie. La tectonique des plaques joue un rôle clé dans la stabilisation du climat terrestre, et les planètes plus petites que la Terre (comme Mars) n’ont pas assez de chaleur interne pour soutenir l’activité géologique à long terme. Une planète plus grande permettrait une plus grande activité géologique, c’est pourquoi certains scientifiques pensent que les exoplanètes légèrement plus grandes que la Terre (« super-Terres ») pourraient être plus favorables à la vie que celles de la taille de la Terre.D., Dimitar D.. La vie des super-Terres: comment la chasse aux mondes extraterrestres et aux cellules artificielles va révolutionner la vie sur notre planète. New York : Livres de base, 2012.

t=100 ans:

Après 100 ans, nous vivrions plus de six gees de gravité. Non seulement nous serions incapables de nous déplacer pour trouver de la nourriture, mais nos cœurs seraient incapables de pomper le sang vers nos cerveaux. Seuls les petits insectes (et les animaux marins) seraient physiquement capables de se déplacer. Peut-être que les humains pourraient survivre dans des dômes à pression contrôlée spécialement construits, se déplaçant en maintenant la plupart de nos corps immergés dans l’eau.

Respirer dans cette situation serait difficile. Il est difficile d’aspirer de l’air contre le poids de l’eau, c’est pourquoi les tubas ne peuvent fonctionner que lorsque vos poumons sont près de la surface.

En dehors des dômes basse pression, l’air deviendrait irrespirable pour une raison différente. À environ 6 atmosphères, même l’air ordinaire devient toxique.R.M. Franz et P.C. Schutte, Barometric hazards within the context of deep-level mining, Le Journal de l’Institut sud-africain des mines et de la métallurgie Même si nous avions réussi à survivre à tous les autres problèmes, d’ici 100 ans, nous serions morts de la toxicité de l’oxygène. Toxicité mise à part, respirer de l’air dense est difficile simplement parce qu’il est lourd.

Trou noir ?

Quand la Terre finirait-elle par devenir un trou noir ?

Il est difficile de répondre à cela, car la prémisse de la question est que le rayon augmente régulièrement tandis que la densité reste la même — alors qu’un trou noir, la densité augmente.

La dynamique des planètes rocheuses vraiment énormes n’est pas souvent analysée, car il n’y a aucun moyen évident qu’elles puissent se former; tout ce qui est aussi grand aura assez de gravité pour recueillir de l’hydrogène et de l’hélium pendant la formation des planètes et devenir une géante gazeuse.

À un moment donné, notre Terre en croissance atteindrait le point où l’ajout de plus de masse la ferait se contracter plutôt que de se développer. Après ce point, il s’effondrerait en quelque chose comme une naine blanche ou une étoile à neutrons pulvérisée, puis — si sa masse continuait d’augmenter — finirait par devenir un trou noir.

Mais avant que ça n’aille aussi loin…

t=300 ans:

C’est dommage que les humains ne vivent pas aussi longtemps, car à ce stade, quelque chose de vraiment génial se passerait.

Au fur et à mesure que la Terre grandit, la Lune, comme tous nos satellites, se dirige progressivement vers l’intérieur.Plummer, H. C., Note sur la motion concernant un centre d’attraction de masse augmentant lentement, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, vol. 66, p. 83 Après plusieurs siècles, elle serait suffisamment proche de la Terre gonflée pour que les forces de marée entre la Terre et la Lune soient plus fortes que les forces gravitationnelles qui maintiennent la Lune ensemble.

Lorsque la Lune passait cette limite – appelée limite de Roche – elle se séparait progressivement…