maj 19, 2021

Expanderande jord

hur lång tid skulle det ta för människor att märka sin viktökning om världens medelradie expanderade med 1 cm varje sekund? (Förutsatt att den genomsnittliga sammansättningen av berg bibehölls.)

Dennis O ’ Donnell

jorden expanderar för närvarande inte.Ja, jag har ett citat för detta.
” Sammanfattningsvis detekteras ingen statistiskt signifikant nuvarande expansionshastighet av vår studie inom den aktuella mätosäkerheten på 0.2 mm yr-1.”
Wu, X., X. Collilieux, Z. Altamimi, B. L. A. Vermeersen, R. S. Gross och I. Fukumori (2011), noggrannhet av den internationella terrestriska referensramen ursprung och jord expansion, Geophys. Res Lett., 38, L13304, doi: 10.1029/2011gl047450.

människor har länge föreslagit att det kan vara. Innan den kontinuerliga drivhypotesen bekräftades på 1960-talet var rökpistolen som bekräftade plattektonikhypotesen upptäckten av havsbotten spridning. Det sätt på vilket havsbotten sprider sig och magnetisk polomvandling snyggt bekräftade varandra är ett av mina favoritexempel på vetenskaplig upptäckt på jobbet. folk hade märkt att kontinenterna passar ihop. Olika tankar lades fram för att förklara detta, inklusive tanken att havsbassängerna var sprickor som öppnade sig i ytan på en tidigare slät jord när den expanderade. Denna teori var aldrig mycket utbredd, det visar sig att det är lite dumt. även om det fortfarande regelbundet gör rundorna på YouTube.

för att undvika problemet med sprickor i marken, låt oss föreställa oss all materia i jorden, från skorpan till kärnan, börjar expandera jämnt. För att undvika ett annat Drain the Oceans-scenario antar vi att havet expanderar också.Som det visar sig expanderar havet, eftersom det blir varmare. Detta är (för närvarande) det viktigaste sättet att den globala uppvärmningen höjer havsnivån. Alla mänskliga strukturer kommer att stanna.

t = 1 sekund:

När jorden började expandera, skulle du känna en liten ryck och kanske till och med förlora din balans ett ögonblick. Detta skulle vara mycket kort. Eftersom du rör dig stadigt uppåt med 1 cm / s känner du inte någon form av pågående acceleration. För resten av dagen skulle du inte märka mycket av någonting.

t = 1 dag:

Efter den första dagen skulle jorden ha expanderat med 864 meter.

gravitation skulle ta lång tid att öka. Om du vägde 70 kg när expansionen startade, skulle du väga 70.01 i slutet av dagen.

vad sägs om våra vägar och broar? Så småningom, de skulle behöva bryta upp, höger?

inte så snabbt som du kanske tror. Här är ett pussel jag en gång hörde:

Tänk dig att du bundet ett rep tätt runt jorden, så det kramade ytan hela vägen.

föreställ dig nu att du ville höja repet en meter från marken.

hur mycket extra längd behöver du lägga till i repet?

Även om det kan verka som om du behöver miles av rep, är svaret 6,28 meter. Omkretsen är proportionell mot radien, så om du ökar radien med 1 enhet, ökar du omkretsen med 2 msk enheter.

sträcker en 40 000 kilometer linje en extra 6,28 meter är ganska försumbar. Även efter en dag skulle de extra 5, 4 kilometerna hanteras enkelt av praktiskt taget alla strukturer. Betong expanderar och kontrakt med mer än så varje dag.Lawrence Grybosky, termisk Expansion och kontraktion

Efter den första skakningen skulle en av de första effekterna du märker vara att din GPS skulle sluta fungera. Satelliterna skulle stanna i ungefär samma banor, men den känsliga tidpunkten som GPS-systemet bygger på skulle vara helt förstört inom några timmar. GPS-timing är otroligt exakt; av alla tekniska problem är det en av de enda där ingenjörer har tvingats inkludera både speciell och allmän relativitet i sina beräkningar.

de flesta andra klockor skulle fortsätta fungera bra. Men om du har en mycket exakt pendelklocka kanske du märker något konstigt—i slutet av dagen skulle det vara tre sekunder före var det borde vara.

t = 1 månad:

Efter en månad skulle jorden ha expanderat med 26 kilometer—en ökning med 0, 4%—och dess massa skulle ha ökat med 1, 2%. Ytgravitationen skulle bara ha ökat med 0.4%, snarare än 1.2%, eftersom ytgravitationen är proportionell mot radien.Massan är proportionell mot radien kubad, och tyngdkraften är proportionell mot masstider invers kvadrat med radie, så radius3 / radius2 = radie.

Du kanske märker skillnaden i vikt på en skala, men det är inte en stor sak. Gravity varierar med så mycket mellan olika städer redan. Detta är en bra sak att tänka på om du köper en digital skala. Om din skala har en precision på mer än två decimaler måste du kalibrera den med en testvikt—tyngdkraften vid skalfabriken är inte nödvändigtvis densamma som tyngdkraften i ditt hus.

även om du kanske inte märker den ökade tyngdkraften ännu, skulle du märka expansionen. Efter en månad skulle du se många sprickor öppna upp i långa betongkonstruktioner och misslyckandet av förhöjda vägar och gamla broar. De flesta byggnader skulle förmodligen vara ok, även om de förankrade fast i berggrunden kan börja bete sig oförutsägbart.Precis vad du vill ha i en skyskrapa.

vid denna tidpunkt skulle astronauterna på ISS börja bli oroliga. Inte bara skulle marken (och atmosfären) stiga mot dem, men den ökade tyngdkraften skulle också få deras bana att sakta krympa. De skulle behöva evakuera snabbt; de skulle ha högst några månader innan stationen återinförde atmosfären och deorbited.

t = 1 år:

efter ett år skulle tyngdkraften vara 5% starkare. Du skulle förmodligen märka viktökningen, och du skulle definitivt märka misslyckandet av vägar, broar, kraftledningar, satelliter och undervattenskablar. Din pendelklocka skulle nu vara framåt med fem dagar.

vad sägs om atmosfären?

om atmosfären inte växer som marken och vattnet är, skulle lufttrycket börja sjunka. Detta beror på en kombination av faktorer. När tyngdkraften ökar blir luften tyngre. Men eftersom den luften sprids ut över ett större område skulle den totala effekten minska lufttrycket.

å andra sidan, om atmosfären också expanderar, skulle ytlufttrycket stiga. Efter år hade gått, toppen av Mt. Everest skulle inte längre vara i ”dödszonen”.Se Vad-Om # 64. Å andra sidan, eftersom du skulle vara tyngre—och berget skulle vara högre—skulle klättring vara mer arbete.

t = 5 år:

Efter fem år skulle tyngdkraften vara 25% starkare. Om du vägde 70 kg när expansionen startade, skulle du väga 88 kg nu.

det mesta av vår infrastruktur skulle ha kollapsat. Orsaken till kollapsen skulle vara den expanderande marken under dem, inte den ökade tyngdkraften. Överraskande nog skulle de flesta skyskrapor hålla sig bra under mycket högre tyngdkraft.Även om jag inte skulle lita på hissarna. För de flesta av dem är den begränsande faktorn inte vikt, men vind.

t = 10 år:

efter 10 år skulle tyngdkraften vara 50% starkare. I scenariot där atmosfären inte expanderar skulle luften bli tunn nog för att vara svår att andas även vid havsnivån. I det andra scenariot, vi skulle vara ok för en liten stund längre.

t = 40 år:

Efter 40 år skulle jordens gravitation ha tredubblats.Under årtionden skulle tyngdkraften växa något snabbare än du förväntar dig, eftersom materialet i jorden skulle komprimera under sin egen vikt. Trycket inuti planeterna är ungefär proportionellt mot kvadraten på deras yta, så jordens kärna skulle pressas tätt. Vid denna tidpunkt skulle även de starkaste människorna bara kunna gå med stora svårigheter. Andning skulle vara svårt. Träd skulle kollapsa. Grödor skulle inte stå upp under sin egen vikt. Praktiskt taget varje bergssidan skulle se massiva jordskred som material sökte en grundare vinkel vila.

geologisk aktivitet skulle också accelerera. Det mesta av jordens värme tillhandahålls av radioaktivt sönderfall av mineraler i skorpan och manteln,även om vissa radioaktiva element, som uran, är tunga, de pressas ut ur de nedre skikten eftersom deras atomer inte passar bra med berggitteren på dessa djup. För mer, se detta kapitel och den här artikeln. och mer jord betyder mer värme. Eftersom volymen expanderar snabbare än ytan kommer den totala värmen som strömmar ut per kvadratmeter att öka.

det är faktiskt inte tillräckligt för att väsentligt värma planeten—jordens yttemperatur domineras av atmosfären och solen—men det skulle leda till fler vulkaner, fler jordbävningar och snabbare tektonisk rörelse. Detta skulle likna situationen på jorden för miljarder år sedan, när vi hade mer radioaktivt material och därmed en varmare mantel.

mer aktiv plattektonik kan vara bra för livet. Plattektonik spelar en nyckelroll för att stabilisera jordens klimat, och planeter som är mindre än jorden (som Mars) har inte tillräckligt med inre värme för att upprätthålla långsiktig geologisk aktivitet. En större planet skulle möjliggöra mer geologisk aktivitet, varför vissa forskare tror att exoplaneter som är något större än jorden (”superjordar”) kan vara mer vänliga mot livet än jordstora.Sasselov, Dimitar D.. Superjordens liv: hur jakten på främmande världar och konstgjorda celler kommer att revolutionera livet på vår planet. New York: Grundläggande Böcker, 2012.

t = 100 år:

Efter 100 år skulle vi uppleva över sex Gees av gravitation. Inte bara skulle vi inte kunna flytta runt för att hitta mat, men våra hjärtan skulle inte kunna pumpa blod till våra hjärnor. Endast små insekter (och havsdjur) skulle kunna röra sig fysiskt. Kanske kan människor överleva i specialbyggda kupoler med kontrollerat tryck och flytta runt genom att hålla de flesta av våra kroppar nedsänkta i vatten.

andning i denna situation skulle vara svårt. Det är svårt att suga in luft mot vattnets vikt, varför snorklar bara kan fungera när dina lungor är nära ytan.

utanför lågtryckskupoler skulle luften bli andningsbar av en annan anledning. På någonstans runt 6 atmosfärer blir även vanlig luft giftig.RM Franz och PC Schutte, barometriska faror inom ramen för djupnivåbrytning, Journal of the South African Institute of Mining and Metallurgy även om vi hade lyckats överleva alla andra problem, med 100 år, skulle vi vara döda från syretoxicitet. Toxicitet åt sidan, andas tät luft är svårt helt enkelt eftersom det är tungt.

svart hål?

När skulle jorden så småningom bli ett svart hål?

det är svårt att svara på det, eftersom förutsättningen för frågan är att radien expanderar stadigt medan densiteten förblir densamma—medan ett svart hål ökar densiteten.dynamiken hos riktigt stora steniga planeter analyseras inte ofta, eftersom det inte finns något uppenbart sätt att de kan bilda; allt som är stort kommer att ha tillräckligt med gravitation för att samla väte och helium under planetbildning och bli en gasjätte.

vid någon tidpunkt skulle vår växande jord nå den punkt där att lägga till mer massa får den att kontrakta, snarare än att expandera. Efter denna punkt skulle den kollapsa till något som en sputtering vit dvärg eller neutronstjärna, och sedan—om dess massa fortsatte att öka—så småningom bli ett svart hål.

men innan det blir så långt …

t = 300 år:

det är synd att människor inte skulle leva så länge, för vid denna tidpunkt skulle något riktigt snyggt hända.

När jorden växer, skulle månen, som alla våra satelliter, gradvis spiral inåt.Plummer, H. C., Notera på förslaget om ett lockande centrum för långsamt ökande massa, månatliga meddelanden från Royal Astronomical Society, Vol. 66, s. 83 efter flera århundraden skulle det vara tillräckligt nära den svullna jorden att tidvattenkrafterna mellan jorden och månen skulle vara starkare än gravitationskrafterna som håller månen ihop.

När månen passerade denna gräns-kallad Roche-gränsen – skulle den gradvis bryta isär …