Expanding Earth

ile czasu zajęłoby ludziom zauważenie przyrostu masy ciała, gdyby średni promień świata rozszerzał się o 1 cm co sekundę ? (Przy założeniu zachowania przeciętnego składu skał.)

Dennis O ’ Donnell

Ziemia obecnie się nie rozwija.Tak, mam na to cytat.
„podsumowując, w naszym badaniu nie wykryto statystycznie istotnego współczynnika rozszerzalności teraźniejszości w ramach bieżącej niepewności pomiaru 0,2 mm yr−1.”
Wu, X., X. Collilieux, Z. Altamimi, B. L. A. Vermeersen, R. S. Gross, and I. Fukumori (2011), Accuracy of the International Terrestrial Reference Frame origin and Earth expansion, Geophys. Res.Lett., 38, L13304,doi: 10.1029/2011GL047450.

ludzie od dawna sugerują, że tak może być. Zanim hipoteza dryfu kontynentalnego została potwierdzona w latach 60. XX wieku, dymiącym pistoletem, który potwierdził hipotezę tektoniki płyt, było odkrycie rozprzestrzeniania się dna morskiego. Sposób, w jaki rozsiewanie dna morskiego i odwrócenie bieguna magnetycznego dokładnie się potwierdziły, jest jednym z moich ulubionych przykładów odkryć naukowych w pracy. ludzie zauważyli, że kontynenty pasują do siebie. Przedstawiono różne pomysły, aby to wyjaśnić, w tym pomysł, że baseny oceaniczne były szczelinami, które otwierały się na powierzchni wcześniej gładkiej ziemi, gdy się rozszerzała. Ta teoria nigdy nie była zbyt rozpowszechniona, okazuje się, że jest trochę głupia. chociaż nadal okresowo robi rundy na YouTube.

aby uniknąć problemu szczelin w ziemi, wyobraźmy sobie, że cała materia na Ziemi, od skorupy do jądra, zaczyna się równomiernie rozszerzać. Aby uniknąć kolejnego scenariusza drenażu oceanów, założymy, że ocean również się rozszerza.Okazuje się, że ocean się rozszerza, ponieważ robi się coraz cieplej. Jest to (obecnie) główny sposób, w jaki globalne ocieplenie podnosi poziom morza. Wszystkie ludzkie struktury zostaną.

t = 1 sekunda:

gdy ziemia zaczęła się rozszerzać, czułeś lekkie wstrząsy, a nawet możesz stracić równowagę na chwilę. To będzie bardzo krótkie. Ponieważ poruszasz się równomiernie w górę z prędkością 1 cm / s, nie odczuwasz żadnego ciągłego przyspieszenia. Przez resztę dnia nie zauważyłbyś niczego.

t = 1 dzień:

Po pierwszym dniu Ziemia rozszerzyłaby się o 864 metry.

Gdybyście ważyli 70 kilogramów, na koniec dnia ważylibyście 70,01.

a co z naszymi drogami i mostami? W końcu musieliby zerwać, prawda?

nie tak szybko, jak mogłoby się wydawać. Oto zagadka, którą kiedyś usłyszałam:

wyobraź sobie, że przywiązałeś linę ciasno wokół Ziemi, więc obejmowała ona całą powierzchnię.

wyobraź sobie, że chcesz podnieść linę o metr od ziemi.

ile dodatkowej długości trzeba dodać do liny?

chociaż może się wydawać, że potrzebujesz kilometrów liny, odpowiedź to 6,28 metra. Obwód jest proporcjonalny do promienia, więc jeśli zwiększysz Promień o 1 jednostkę, zwiększysz Obwód o 2π jednostek.

rozciągnięcie 40 000-kilometrowej linii dodatkowe 6,28 metra jest dość znikome. Nawet po dniu dodatkowe 5,4 kilometry byłyby łatwo obsługiwane przez praktycznie wszystkie konstrukcje. Beton rozszerza się i kurczy o więcej niż każdego dnia.Lawrence Grybosky, rozszerzalność cieplna i kurczenie

po początkowym wstrząsie jednym z pierwszych efektów, które zauważysz, będzie to, że twój GPS przestanie działać. Satelity pozostaną na mniej więcej tych samych orbitach, ale delikatny czas, na którym opiera się system GPS, zostanie całkowicie zniszczony w ciągu kilku godzin. Czas GPS jest niezwykle precyzyjny; ze wszystkich problemów w inżynierii, jest to jeden z tych, w których inżynierowie zostali zmuszeni do uwzględnienia zarówno szczególnej, jak i ogólnej teorii względności w swoich obliczeniach.

większość innych zegarów nadal by działała. Jeśli jednak masz bardzo dokładny zegar wahadłowy, możesz zauważyć coś dziwnego-pod koniec dnia będzie to trzy sekundy przed tym,gdzie powinien być.

t = 1 miesiąc:

Po miesiącu Ziemia rozszerzyłaby się o 26 kilometrów—wzrost o 0,4%—a jej masa zwiększyłaby się o 1,2%. Grawitacja powierzchniowa zwiększyłaby się tylko o 0,4%, a nie o 1.2%, ponieważ grawitacja powierzchniowa jest proporcjonalna do promienia.Masa jest proporcjonalna do promienia sześciennego, a grawitacja jest proporcjonalna do masy razy odwrotność kwadratu promienia, więc radius3 / radius2 = promień.

można zauważyć różnicę w wadze na skali, ale to nic wielkiego. Grawitacja różni się o tyle między różnymi miastami już. Jest to dobra rzecz, aby pamiętać, jeśli kupujesz skalę cyfrową. Jeśli Twoja waga ma dokładność większą niż dwa miejsca po przecinku, musisz skalibrować ją za pomocą ciężaru testowego—siła grawitacji w fabryce wagi niekoniecznie jest taka sama jak siła grawitacji w Twoim domu.

chociaż możesz jeszcze nie zauważyć zwiększonej grawitacji, zauważysz ekspansję. Po miesiącu widać było wiele pęknięć w długich betonowych konstrukcjach i awarię podwyższonych dróg i starych mostów. Większość budynków prawdopodobnie będzie ok, chociaż te mocno zakotwiczone w skale mogą zacząć zachowywać się nieprzewidywalnie.To, czego chcesz w wieżowcu.

w tym momencie astronauci na ISS zaczęli się martwić. Nie tylko ziemia (i atmosfera) wzniosłyby się w ich kierunku, ale zwiększona grawitacja spowodowałaby również powolne kurczenie się ich orbity. Musieliby się szybko ewakuować, co najwyżej kilka miesięcy, zanim stacja ponownie otworzy atmosferę i odleci.

t = 1 rok:

po roku grawitacja będzie o 5% silniejsza. Prawdopodobnie zauważyłbyś przyrost masy ciała, a na pewno zauważyłbyś awarię dróg, mostów, linii energetycznych, satelitów i kabli podmorskich. Twój zegar wahadłowy wyprzedziłby Cię o pięć dni.

a co z atmosferą?

gdyby atmosfera nie rosła tak jak ziemia i woda, ciśnienie powietrza zaczęłoby spadać. Wynika to z kombinacji czynników. Wraz ze wzrostem grawitacji powietrze staje się cięższe. Ale ponieważ to powietrze jest rozprowadzane na większym obszarze, ogólnym efektem byłoby zmniejszenie ciśnienia powietrza.

z drugiej strony, jeśli atmosfera również się rozszerza, ciśnienie powietrza na powierzchni wzrośnie. Po latach, szczyt Mt. Everest nie będzie już w „strefie śmierci”.Zobacz Co-Jeśli #64. Z drugiej strony, ponieważ Ty będziesz cięższy, a góra wyższa, wspinanie się będzie więcej pracy.

t = 5 lat:

Po pięciu latach grawitacja byłaby o 25% silniejsza. Gdybyście ważyli 70 kg na początku ekspansji, ważylibyście teraz 88 kg.

większość naszej infrastruktury by się zawaliła. Przyczyną zawalenia byłaby rozszerzająca się ziemia pod nimi, a nie zwiększona grawitacja. Co zaskakujące, większość drapaczy chmur wytrzymałaby dobrze pod znacznie wyższą grawitacją.Chociaż nie ufałbym Windom. Dla większości z nich czynnikiem ograniczającym nie jest waga, ale wiatr.

t = 10 lat:

po 10 latach grawitacja byłaby o 50% silniejsza. W scenariuszu, w którym atmosfera nie rozszerza się, powietrze staje się na tyle cienkie, że trudno jest oddychać nawet na poziomie morza. W innym scenariuszu, byłoby dobrze przez jakiś czas.

t = 40 lat:

po 40 latach grawitacja powierzchniowa Ziemi potroiłaby się.Przez dziesięciolecia siła grawitacji rosłaby nieco szybciej, niż można by się spodziewać, ponieważ materiał na Ziemi kompresowałby się pod własnym ciężarem. Ciśnienie wewnątrz planet jest w przybliżeniu proporcjonalne do kwadratu ich powierzchni, więc jądro Ziemi byłoby ciasno ściśnięte. W tym momencie nawet najsilniejsi ludzie byliby w stanie chodzić tylko z wielkim trudem. Oddychanie byłoby trudne. Drzewa by się zapadły. Uprawy nie wytrzymałyby pod własnym ciężarem. Praktycznie każdy zbocze góry widziałby ogromne osuwiska jako materiał szukający płytszego kąta odpoczynku.

aktywność geologiczna również przyspieszyłaby. Większość ciepła Ziemi jest dostarczana przez radioaktywny rozpad minerałów w skorupie i płaszczu, chociaż niektóre pierwiastki radioaktywne, takie jak uran, są ciężkie, są wyciskane z niższych warstw, ponieważ ich Atomy nie łączą się dobrze z kratami skalnymi na tych głębokościach. Aby uzyskać więcej informacji, zobacz ten rozdział i ten artykuł. a więcej ziemi oznacza więcej ciepła. Ponieważ objętość rozszerza się szybciej niż powierzchnia, zwiększy się całkowite ciepło wypływające na metr kwadratowy.

w rzeczywistości nie wystarczy, aby zasadniczo ogrzać planetę—temperatura powierzchni Ziemi jest zdominowana przez atmosferę i słońce—ale doprowadziłoby to do większej liczby wulkanów, więcej trzęsień ziemi i szybszego ruchu tektonicznego. Byłoby to podobne do sytuacji na Ziemi miliardy lat temu, kiedy mieliśmy więcej materiału radioaktywnego, a tym samym gorętszy płaszcz.

bardziej aktywna tektonika płyt może być dobra dla życia. Tektonika płyt odgrywa kluczową rolę w stabilizacji klimatu Ziemi, a planety mniejsze od Ziemi (jak Mars) nie mają wystarczającej ilości ciepła wewnętrznego, aby utrzymać długoterminową aktywność geologiczną. Większa planeta pozwoliłaby na większą aktywność geologiczną, dlatego niektórzy naukowcy uważają, że egzoplanety nieco większe od Ziemi („super-Ziemi”) mogą być bardziej przyjazne dla życia niż te wielkości Ziemi.Sasselov, Dimitar D.. Życie super-ziem: jak polowanie na obce światy i sztuczne komórki zrewolucjonizuje życie na naszej planecie. New York: Basic Books, 2012.

t = 100 lat:

Po 100 latach doświadczylibyśmy ponad sześciu Gee grawitacji. Nie tylko nie będziemy w stanie poruszać się w poszukiwaniu jedzenia, ale nasze serca nie będą w stanie pompować krwi do naszych mózgów. Tylko małe owady (i zwierzęta morskie) byłyby fizycznie zdolne do poruszania się. Być może ludzie mogliby przetrwać w specjalnie zbudowanych Kopułach o kontrolowanym ciśnieniu, poruszając się, utrzymując większość naszych ciał w wodzie.

oddychanie w takiej sytuacji byłoby trudne. Trudno jest zasysać powietrze pod ciężarem wody, dlatego snorkele mogą działać tylko wtedy, gdy płuca są blisko powierzchni.

poza kopułami niskociśnieniowymi powietrze byłoby nie do oddychania z innego powodu. Przy około 6 atmosferach nawet zwykłe powietrze staje się toksyczne.R. M. Franz i P. C. Schutte, barometric hazards within the context of deep-level mining, The Journal of South African Institute of Mining and Metallurgy nawet gdybyśmy zdołali przetrwać wszystkie inne problemy, o 100 lat, bylibyśmy martwi z powodu zatrucia tlenem. Pomijając toksyczność, oddychanie gęstym powietrzem jest trudne tylko dlatego, że jest ciężkie.

czarna dziura?

Kiedy Ziemia w końcu stanie się czarną dziurą?

trudno na to odpowiedzieć, ponieważ założeniem pytania jest to, że promień stale rośnie, podczas gdy gęstość pozostaje taka sama—podczas gdy czarna dziura, gęstość wzrasta.

dynamika naprawdę ogromnych planet skalistych nie jest często analizowana, ponieważ nie ma oczywistego sposobu, aby mogły się uformować; wszystko, co tak duże, będzie miało wystarczająco dużo grawitacji, aby zebrać wodór i hel podczas formowania się planety i stać się gazowym olbrzymem.

w pewnym momencie nasza rosnąca Ziemia osiągnie punkt, w którym dodanie większej masy spowoduje jej kurczenie się, a nie Rozszerzanie. Po tym momencie rozpada się w coś w rodzaju rozpylającego się białego karła lub gwiazdy neutronowej, a następnie—jeśli jego masa będzie rosła—w końcu stanie się czarną dziurą.

ale zanim zajdzie tak daleko …

t = 300 lat:

szkoda, że ludzie nie przeżyliby tak długo, bo w tym momencie wydarzyłoby się coś naprawdę fajnego.

gdy ziemia rośnie, Księżyc, podobnie jak wszystkie nasze satelity, stopniowo spirala do wewnątrz.Plummer, H. C., Note on the motion about an attracting centre of slowly increasing mass, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, Vol. 66, s. 83 po kilku wiekach, byłoby wystarczająco blisko spuchniętej ziemi, aby siły pływowe między Ziemią a Księżycem były silniejsze niż siły grawitacyjne trzymające Księżyc razem.

Kiedy księżyc przekroczył tę granicę—zwaną granicą Roche ’ a—stopniowo się rozpadał …

… a ziemia przez krótki czas miała pierścienie.