这是一个非常棒的脑洞问题,我们不妨来看看,打通这个洞,地球会发生什么变化。
我们假设人类有十分牛逼的材料,打穿之后,能够维持洞的形状,且不让内部物质喷出。
海水会以漩涡的形式进入地球内部。
穿过地下二三十米的常温层之后,内部温度会逐渐升高。
大约在2500~3000米的深度,平均温度便会超过100℃。
海水进入这个深度之后,会逐渐气化。由于水比热容和蒸发热都很高,只要洞不是太小,气化速度,都会远远低于海水进入的速度。
随着不断往下,温度升高,海水蒸发的速度会加快。
到达17km深度,地壳和地幔交界处时的莫霍界面时,温度大约为400~1000℃。
深入岩石圈之后,温度可高于1100℃。
穿过软流层,到达上、下地幔界面附近的1000km处,温度达到1900℃。
2900km的古登堡面(核幔界面),温度达到3700℃。
5100km的内外地核间,温度达到4500℃。
6378km的最核心的位置,温度高达6800℃。
这些海水,从3km处逐渐深入6400km的地心,会发生激烈的沸腾。
虽然随着压强的升高,水的沸点也会升高。但水蒸气临界温度为374.15℃,超过这个温度之后,无论压强怎么增大,水都会沸腾。超过万米深度之后,就会超过这个温度,相对于地球尺度来说,可忽略不计。
地球内部的热量来源有两种,差不多各占一半:
46亿年前形成时引力势能转化的热能,储存在内部,缓慢释放。
地球内部存在铀-238、铀-235、钍-232和钾-40,不停衰变放热。
有人认为,海洋的水会把地心浇灭,其实完全不会:
地心的总热源高达10^30 J,理论可蒸发掉4×10^23kg(4万亿亿吨)的海水,相当于地球总水量的300倍,远远高于地球的实际水总量。
不要忘了,地球形成之初,就是一个无液态水的大热球。
接下来,我们来算算水的传热情况:
根据沸水蒸发经验,预估高热地洞内,每平米蒸发的平均速度为100g/s。
那么,对于直径1米的洞来说,6371km的深度,蒸发量可达:
3.14×6371000×100g=2×10^9g。
1g水蒸发散热2.44 kJ
那么这些水量的蒸发散热功率约:5×10^12 w
海水不仅蒸发,还会发生强烈的热对流,把热量迅速传到海洋内。
根据牛顿冷却公式:
Φ=hAΔT
h为表面传热系数,A为洞内表面积,ΔT为温差。
水沸腾的常用h为3000~5000W/(m2·K4)
可求得直径1米的洞,对流热传功率,平均功率可高达:3×10^14w
相对比起对流传导的热量,之前高达50亿千焦的蒸发热功率,反而可以忽略不计了。
3×10^14w的功率究竟有多大呢?
当前人类是0.73级卡尔达舍夫等级, 使用能源的功率是2×10^13 W。
这个直径1米的地洞,给地球提供的功率便超过人类的15倍。
它当于每秒钟释放7万吨的TNT。
一个多小时释放的能量,便相当于当前人类的总核弹储能。
那么,释放的这些能量,可以让地球提高多少温度呢?
若把地球看成黑体,按照地表平均288.15K(15℃)来算,根据黑体辐射定律:
B(T)=σT^4(W/m^2)
σ 为Stefan-Boltzmann常数,即黑体辐射常数,5.67×10^-8W/(m^2·K^4)
地球可粗略看成一个黑体。
求得,它每日对外辐射的功率约:Q=BS=2×10^17 w
由于地球维持热平衡,辐射出去的功率=太阳每天照射到地球的功率+传到地表的地热辐射功率。
地表新增的热量,必然让温度发生变化。
有:
得:
计算得,直径为1m的洞,让地球,增加的温度约0.11℃。
相对于人类活动的温室效应,增加的温度几乎可以忽略不计。
由这个式子其实我们也能发现,使用聚变核能比化工燃料更具有优势。同样是上升1℃,化工能量功率是核能的100多分之一。
哪怕按照2%的能效恒定增长(实际,指数增长是完全不可能),足够人类发展200多年,才足以让地球升温1℃。
而人类达到当前100能量效率时,足以有进入了星际殖民时代的实力。
1m直径的对热流大约是地球辐射总量的0.15%,可在局部海域形成较强的对流,会形成十分的特殊的生态,但还不至于形成大范围的海洋对流。
洞口附近的高热量的水,也会造成一些海洋生物的灭绝。
接下来,我们把这个洞扩大。
当直径达到10m时,地表热功率增加3×10^14w,达到地球辐射能的1.5%。
大约在大半年的时间内,地表温度会逐渐增加到1.1℃。
地球生态受到影响,两极冰川开始加速融化。
两头的洞口,形成较强的洋流,对海洋生态环境,产生较大影响。
当直径达到100m,在一个月的时间内,温度增加10℃。但此时,更多冰川融化,高温形成大量的云气,地球辐射出的热量变得更少,实际温度可增加到15℃。
赤道附近的温度可达45℃以上,部分地区甚至超过50℃,生命出现大范围灭绝现象。
此时进入洞内的地热功率已经高达3×10^16W,约辐射地球总功率的10%,达到海洋总散热功率的15%以上。
此时洞内的对热流会形成十分明显的洋流,可在大洋之间形成循环。
不过由于地洞源头附近的温度接近100℃,所以也被成为死亡循环。
绝大部分的物种,进入死亡循环附近,都只有被煮熟的命运。
在热对流的存在下,两级冰川可能会完全融化,海平面上升65米,沿海城市遭遇淹没风险。
地洞带给地球的热量,也彻底改变了地球的气候,超级风暴频频发生。
全球面临生存威胁的人类,可达20亿。
当直径达到1000m,一个大型体育馆的大小时,地洞总功能超过地球辐射总功率。达到3×10^17W
地表可在三天的时间中,温度增加74.2℃,平均温度达到90℃。
加上温室效应,赤道局部海域的表面温度达到100℃,整个海水都已经沸腾。
沸腾的海水不停地增加云起浓度,整个地球都变成一个超级蒸笼,温度进一步提升。
平均温度超过90℃不久,就会快速超过100℃。
由于海水比热容比较大,大约需要40年才会沸腾。
是否沸腾还受到水蒸气气压的影响,全球性水汽形成之下,大气压强度也会迅速增加。
海洋形成强对流循环,再加上致密的空气热气流,可以在海洋上形成超级热风暴。
陆地上会下起煮熟的鱼,滚烫的雨水和蒸汽也会烤熟所有的陆生动物。
海水沸腾300年之后,整个地球的水将被彻底蒸发干,从此再也没有海水流动。
高浓度的水蒸气依旧随着昼夜变化,在进行强对流,可能会在地表形成超级飓风。
随着水蒸气的逐渐消失,高温下地表碳酸盐分解,地球的空气含量可能会以二氧化碳为主。
最终,地球渐渐演变成了第二个金星。
海底火山