La hipótesis cataclísmica del cambio de polos es una teoría marginal que sugiere que ha habido cambios geológicamente rápidos en las posiciones relativas de las ubicaciones geográficas modernas de los polos y el eje de rotación de la Tierra , creando calamidades como inundaciones y eventos tectónicos. [1] [ enlace muerto ]
Hay evidencia de precesión y cambios en la inclinación axial , pero este cambio se produce en escalas de tiempo mucho más largas y no implica el movimiento relativo del eje de giro con respecto al planeta. Sin embargo, en lo que se conoce como verdadero desplazamiento polar , la Tierra sólida puede girar con respecto a un eje de giro fijo. La investigación muestra que durante los últimos 200 millones de años se ha producido un verdadero desplazamiento polar total de unos 30 °, pero que no se encontraron cambios súper rápidos en el polo de la Tierra durante este período. [2] Una tasa característica de verdadero desplazamiento polar es 1 ° o menos por millón de años. [3] Hace aproximadamente 790 y 810 millones de años, cuando el supercontinente Rodiniaexistidas, pueden haber ocurrido dos fases geológicamente rápidas del verdadero desplazamiento polar. En cada uno de estos, los polos magnéticos de la Tierra cambiaron en aproximadamente 55 °, desde un gran cambio en la corteza.
Definición y aclaración [ editar ]
Los polos geográficos están definidos por los puntos en la superficie de la Tierra que se intersecan por el eje de rotación. La hipótesis del cambio de polos describe un cambio en la ubicación de estos polos con respecto a la superficie subyacente, un fenómeno distinto de los cambios en la orientación axial con respecto al plano de la eclíptica que son causados por la precesión y la nutación , y es un evento amplificado de un verdadero paseo polar .
Las hipótesis del cambio de polos no están conectadas con la tectónica de placas , la teoría geológica bien aceptada de que la superficie de la Tierra consiste en placas sólidas que se desplazan sobre una astenosferaviscosa o semifluida ; ni con la deriva continental , el corolario de la tectónica de placas que sostiene que las ubicaciones de los continentes se han movido lentamente sobre la faz de la Tierra [5], lo que ha dado lugar a la aparición y ruptura gradual de continentes y océanos durante cientos de millones de años. [6]
Las hipótesis del cambio de polos no son lo mismo que la inversión geomagnética , la inversión periódica del campo magnético de la Tierra (cambiando efectivamente los polos magnéticos norte y sur).
Historia especulativa [ editar ]
En la literatura popular, se han sugerido muchas conjeturas que involucran un cambio polar muy rápido. Un cambio lento en los polos mostraría las alteraciones más pequeñas y ninguna destrucción. Una vista más dramática asume cambios más rápidos, con alteraciones dramáticas de la geografía y áreas de destrucción localizadas debido a terremotos y tsunamis.
Los primeros proponentes [ editar ]
Una mención temprana de un cambio en el eje de la Tierra se puede encontrar en un artículo de 1872 titulado "Chronologie historique des Mexicains" [7] por Charles Étienne Brasseur de Bourbourg , un especialista en códices mesoamericanos que interpretó los antiguos mitos mexicanos como evidencia de cuatro períodos de Cataclismos globales que habían comenzado alrededor del 10.500 aC. En 1889, Julio Verne imaginó las posibles consecuencias del cambio artificial de polos. En 1948, Hugh Auchincloss Brown , un ingeniero eléctrico, presentó una hipótesis de cambio de polos catastrófico. Brown también argumentó que la acumulación de hielo en los polos causó vuelcos recurrentes del eje, identificando ciclos de aproximadamente siete milenios. [8] [9]
En su polémico trabajo de 1950 Worlds in Collision , Immanuel Velikovsky postuló que el planeta Venus emergió de Júpiter como un cometa . Durante los dos acercamientos propuestos en aproximadamente 1,450 aC, sugirió que la dirección de la rotación de la Tierra se cambió radicalmente y luego se volvió a su dirección original en la siguiente pasada. Esta interrupción supuestamente causó terremotos, tsunamis y la separación del Mar Rojo . Además, dijo cerca de fallas por Marte.entre 776 y 687 BCE también causó que el eje de la Tierra cambiara diez grados hacia adelante y hacia atrás. Velikovsky citó los registros históricos en apoyo de su trabajo, aunque sus estudios fueron generalmente ridiculizados por la comunidad científica. [10]
Charles Hapgood es ahora quizás el defensor temprano más recordado. En sus libros The Earth's Shifting Crust(1958) (que incluye un prólogo de Albert Einstein ) [11] [12] y Path of the Pole (1970), Hapgood especuló que la masa de hielo polar acumulada desestabiliza la rotación de la Tierra, causando un desplazamiento de la corteza, pero No perturbando la orientación axial de la tierra. Hapgood argumentó que los cambios (de no más de 40 grados) ocurrían aproximadamente cada 5,000 años, interrumpiendo los períodos de estabilidad polar de 20,000 a 30,000 años. Citó las ubicaciones recientes del Polo Norte en la Bahía de Hudson (60 ° N, 73 ° W), el Océano Atlántico entre Islandia y Noruega(72 ° N, 10 ° E) y el Yukon (63 ° N, 135 ° W). [13] Sin embargo, en su trabajo posterior, El camino del polo , Hapgood reconoció el punto de Einstein de que el peso del hielo polar es insuficiente para causar un cambio polar. En cambio, Hapgood argumentó que las fuerzas causales deben estar ubicadas debajo de la superficie. [14] Hapgood alentó al bibliotecario canadiense Rand Flem-Ath a buscar evidencia científica que respalde las afirmaciones de Hapgood. Flem-Ath publicó los resultados de este trabajo en 1995 en When the Sky Fell coescrito con su esposa Rose. [15]
En 1974, Flavio Barbiero , un ingeniero y explorador, teorizó que el cambio del eje de la Tierra tuvo lugar hace 11.000 años y causó lo que posteriormente se registró en el mito como la destrucción de Atlántida y Mu . Sugirió que el desplazamiento probablemente fue causado por el impacto de un cometa en la superficie de la Tierra y que la posición actual de la Atlántida debe buscarse debajo de la capa de hielo de la Antártida . [dieciséis]
Conjeturas recientes [ editar ]
Varios autores han ofrecido argumentos pseudocientíficos para la hipótesis, entre ellos Ruth Shick Montgomery , periodista y entusiasta de la Nueva Era , [17] Richard W. Noone, [18] ingeniero civil retirado James G. Bowles, [19]y "William Hutton", según se informa. Seudónimo del geólogo Wyman Harrison. [20] Los escépticos dicen que estos trabajos combinan la especulación, el trabajo de los psíquicos y el folclore moderno, mientras que evitan en gran medida cualquier esfuerzo en la ciencia básica al tratar de refutar su propia teoría. [21] [22] [23]
La investigación científica [ editar ]
Si bien hay estudios acreditados que muestran que el verdadero desplazamiento polar ha ocurrido en varias ocasiones en el pasado, las tasas son mucho más pequeñas (1 ° por millón de años o más lentas) que lo que predice la hipótesis del cambio de polos (hasta 1 ° por mil años). [2] [3] [24] El análisis de la evidencia no confiere credibilidad al supuesto rápido desplazamiento de las capas de la Tierra por parte de Hapgood. [25] Los datos indican que los polos geográficos no se han desviado más de aproximadamente 5 ° en los últimos 130 millones de años, lo que contradice la hipótesis de un evento cataclísmico de desviación polar. [26] Se han medido las posibles ocurrencias pasadas más rápidas del verdadero desplazamiento polar: desde hace 790 a 810 millones de años, el verdadero desplazamiento polar de aproximadamente 55 ° puede haber ocurrido dos veces.
El experimento Cavendish , realizado en 1797–1798 por el científico británico Henry Cavendish , fue el primer experimento para medir la fuerza de gravedad entre las masas en el laboratorio [1] y el primero en producir valores precisos para la constante gravitacional . [2] [3] Debido a las convenciones de la unidad entonces en uso, la constante gravitacional no aparece explícitamente en el trabajo de Cavendish. En su lugar, el resultado se expresó originalmente como la gravedad específica de la Tierra, [4] o equivalente a la masa de la Tierra. Su experimento dio los primeros valores precisos para estas constantes geofísicas.
El experimento fue ideado en algún momento antes de 1783 por el geólogo John Michell , [5] [6] quien construyó un aparato de equilibrio de torsión para él. Sin embargo, Michell murió en 1793 sin completar el trabajo. Después de su muerte, el aparato pasó a Francis John Hyde Wollaston y luego a Cavendish, quien lo reconstruyó pero se mantuvo cerca del plan original de Michell. Cavendish luego realizó una serie de mediciones con el equipo e informó sus resultados en las Transacciones filosóficas de la Royal Society en 1798.
El experimento [ editar ]
El aparato construido por Cavendish era una balanza de torsión hecha de una barra de madera de seis pies (1,8 m) suspendida horizontalmente de un cable, con dos esferas de plomo de 1.61 libras (0.73 kg) de 2 pulgadas (51 mm) de diámetro , una unida a cada final. Dos bolas de plomo de 12 pulgadas (300 mm) y 348 libras (158 kg) se ubicaron cerca de las bolas más pequeñas, a aproximadamente 9 pulgadas (230 mm) de distancia, y se mantuvieron en su lugar con un sistema de suspensión separado. [8] El experimento midió la débil atracción gravitacional entre las bolas pequeñas y las más grandes.
Las dos bolas grandes se colocaron en lados alternos del brazo de madera horizontal de la balanza. Su atracción mutua por las pequeñas bolas hizo que el brazo girara, retorciendo el cable que sostenía el brazo. El brazo dejó de girar cuando alcanzó un ángulo en el que la fuerza de torsión del alambre equilibraba la fuerza de atracción gravitacional combinada entre las esferas de plomo grandes y pequeñas. Al medir el ángulo de la barra y conocer la fuerza de torsión ( torque ) del cable para un ángulo dado, Cavendish pudo determinar la fuerza entre los pares de masas. Dado que la fuerza gravitacional de la Tierra sobre la bola pequeña se podía medir directamente pesándola, la relación de las dos fuerzas permitió calcular la densidad de la Tierra, utilizando la ley de gravitación de Newton .
Cavendish encontró que la densidad de la Tierra era 5.448 ± 0.033veces la del agua (debido a un simple error aritmético , encontrado en 1821 por Francis Baily , el valor erróneo5.480 ± 0.038 aparece en su artículo). [9] [10]
Para encontrar el coeficiente de torsión del cable , el par de torsión ejercido por el cable para un ángulo de giro dado, Cavendish cronometró el período de oscilación natural de la barra de equilibrio mientras giraba lentamente hacia la derecha y hacia la izquierda contra la torsión del cable. El periodo fue de unos 20 minutos. El coeficiente de torsión podría calcularse a partir de esto y la masa y las dimensiones de la balanza. En realidad, la vara nunca descansaba; Cavendish tuvo que medir el ángulo de desviación de la varilla mientras oscilaba. [11]
El equipo de Cavendish fue notablemente sensible para su época. [9] La fuerza involucrada en torcer el balance de torsión era muy pequeña,1,74 × 10 -7 N , [12] sobre 1 / 50000000del peso de las bolas pequeñas. [13] Para evitar que las corrientes de aire y los cambios de temperatura interfieran con las mediciones, Cavendish colocó todo el aparato en una caja de madera de aproximadamente 2 pies (0,61 m) de espesor, 10 pies (3,0 m) de altura y 10 pies (3,0 m) de ancho , todo en un cobertizo cerrado en su finca. A través de dos orificios en las paredes del cobertizo, Cavendish usó telescopios para observar el movimiento de la barra horizontal de la balanza de torsión. El movimiento de la varilla fue de solo 0.16 pulgadas (4.1 mm). [14] Cavendish pudo medir esta pequeña desviación con una precisión superior a 0.01 pulgadas (0.25 mm) usandoVernier escamas en los extremos de la varilla. [15] La precisión del resultado de Cavendish no se excedió hasta el experimento de CV Boys en 1895. Con el tiempo, el equilibrio de torsión de Michell se convirtió en la técnica dominante para medir la constante gravitacional ( G ) y la mayoría de las mediciones contemporáneas todavía usan variaciones de la misma. [dieciséis]
El resultado de Cavendish también fue la primera evidencia de un núcleo planetario hecho de metal. El resultado de 5.4 g · cm −3 está cerca del 80% de la densidad del hierro líquido y del 80% más alto que la densidad de la corteza exterior de la Tierra , lo que sugiere la existencia de un núcleo de hierro denso. [17]
Si Cavendish determinó G [ editar ]
La formulación de la gravedad newtoniana en términos de una constante gravitatoria no se volvió estándar hasta mucho después del tiempo de Cavendish. De hecho, una de las primeras referencias a G es en 1873, 75 años después del trabajo de Cavendish. [18]
Cavendish expresó su resultado en términos de la densidad de la Tierra; se refirió a su experimento en correspondencia como "pesar el mundo". Los autores posteriores reformularon sus resultados en términos modernos. [19] [20] [21]
Después de convertir a unidades SI , el valor de Cavendish para la densidad de la Tierra, 5.448 g cm −3 , da
- G =6.74 × 10 −11 m 3 kg –1 s −2 ,
Por esta razón, los historiadores de la ciencia han argumentado que Cavendish no midió la constante gravitatoria. [23] [24] [25] [26]
Los físicos, sin embargo, a menudo usan unidades donde la constante gravitacional toma una forma diferente. La constante gravitatoria gaussiana utilizada en la dinámica espacial es una constante definida y el experimento de Cavendish puede considerarse como una medida de esta constante. En la época de Cavendish, los físicos utilizaron las mismas unidades para masa y peso, en efecto, tomando g como una aceleración estándar. Entonces, desde que se conoció R earth , la tierra r ha jugado el papel de una constante gravitacional inversa. La densidad de la Tierra era, por lo tanto, una cantidad muy buscada en ese momento, y hubo intentos anteriores de medirla, como el experimento de Schiehallion en 1774.
Por estas razones, los físicos generalmente atribuyen a Cavendish la primera medición de la constante gravitatoria. [27] [28] [29] [30] [31]
Derivación de G y la masa de la Tierra [ editar ]
El siguiente no es el método usado por Cavendish, pero describe cómo los físicos modernos calcularían los resultados de su experimento. [30] [32] [33] De acuerdo con la ley de Hooke , el torque del cable de torsión es proporcional al ángulo de desviación θ de la balanza. El torque es κθ, donde κ es el coeficiente de torsión del cable. Sin embargo, la fuerza gravitacional de las masas también genera un par en dirección opuesta. Puede escribirse como un producto de las fuerzas atractivas entre las bolas y la distancia al cable de suspensión. Como hay dos pares de bolas, cada una experimenta una fuerza F a una distanciaL2 desde el eje de la balanza, el par esLF. En el equilibrio (cuando la balanza se haya estabilizado en un ánguloθ), la cantidad total de par de torsión debe ser cero, ya que estas dos fuentes de torque se cancelan. Por lo tanto, podemos igualar sus intensidades dadas por las fórmulas anteriores, lo que da lo siguiente:
Para F , Newton 's la ley de la gravitación universal se utiliza para expresar la fuerza de atracción entre las bolas grandes y pequeñas:
Sustituyendo F en la primera ecuación anterior da
Para encontrar el coeficiente de torsión ( κ ) del cable, Cavendish midió el período de oscilación resonante natural T del balance de torsión:
Suponiendo que la masa de la viga de torsión es despreciable, el momento de inercia de la balanza se debe a las pequeñas bolas:
- ,
y entonces:
Resolviendo esto para κ , sustituyendo en (1), y reorganizando para G , el resultado es:
Una vez que se ha encontrado G , la atracción de un objeto en la superficie de la Tierra a la Tierra se puede usar para calcular la masa y la densidad de la Tierra :
Definiciones de términos [ editar ]
| Símbolo | Unidad | Definición |
|---|---|---|
| θ | radianes | Desviación de la barra de equilibrio de torsión desde su posición de reposo |
| F | norte | Fuerza gravitacional entre masas m y m |
| sol | m 3 kg −1 s −2 | Constante gravitacional |
| metro | kg | Masa de bola de plomo pequeña |
| METRO | kg | Masa de bola de plomo grande |
| r | metro | Distancia entre centros de bolas grandes y pequeñas cuando se desvía el equilibrio. |
| L | metro | Longitud de la barra de equilibrio de torsión entre centros de bolas pequeñas |
| κ | N m rad −1 | Coeficiente de torsión del alambre de suspensión |
| yo | kg m 2 | Momento de inercia de la barra de equilibrio de torsión. |
| T | s | Periodo de oscilación del balance de torsión. |
| sol | ms −2 | Aceleración de la gravedad en la superficie de la Tierra. |
| M tierra | kg | Masa de la tierra |
| R tierra | metro | Radio de la tierra |
| ρ tierra | kg m −3 | Densidad de la tierra |
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