提問(wèn):如果地球自轉(zhuǎn)速度逐漸下降三百年,最終下降到只有目前的三十分之一,那地球會(huì)怎樣變化?還有生命嗎?
根據(jù)對(duì)地球制動(dòng)條件的不同,生命可能全面滅絕,也可能不會(huì)。
我們先來(lái)看看地球的動(dòng)能有多少。
根據(jù)旋轉(zhuǎn)體的動(dòng)能公式為:
- 為轉(zhuǎn)動(dòng)慣量,實(shí)心球的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為
帶入得,
- 其中地球質(zhì)量 ,半徑 ,角速度
那么,我們得到地球的動(dòng)能大約為:
可能大家對(duì)這個(gè)能量沒(méi)啥概念,我們不妨對(duì)比一下。
人類所有能源達(dá)到的總功率為2×10^13W。
即便我們把自己的所有能源轉(zhuǎn)化成機(jī)械能,讓地球停轉(zhuǎn),也需4億年的時(shí)間。
接下來(lái)看看,讓地球300急剎車,每秒鐘對(duì)地球所做的功有多少。
如果地球速度減慢是均勻的,那么每秒減小的角速度:
如果地球的質(zhì)量和半徑?jīng)]有變化,那么動(dòng)能和角速度的平方成正比。
那么,在某一刻時(shí)間,地球損失的動(dòng)能為:
帶入,,的值,得到地球?qū)ν?span id="sqyb5ta" class="wpcom_tag_link">做功,與時(shí)間t的關(guān)系:
從公式可以看出來(lái),至少長(zhǎng)達(dá)10^8s的時(shí)間,也即差不多3年的時(shí)間內(nèi),地球?qū)ν庾龉β识伎梢越瓶醋龊愣ǎ矗?/p>
已知一噸TNT爆炸產(chǎn)生約4.2 10^9 J的能量,可知地球每秒對(duì)外做功,相當(dāng)于125億噸TNT。
這個(gè)能量相當(dāng)于250個(gè)沙皇氫彈。
也就是相當(dāng)于:每隔一秒鐘,就向地球投放250個(gè)沙皇。
這些能量作用在地球上,很難均勻分布,那么會(huì)造成全球級(jí)的火山、地震、海嘯等毀滅性災(zāi)難。
大地在不斷摩擦的過(guò)程中,溫度不斷提升,全球生命走向不可逆的大滅絕。
如果力量均勻分布在地球表面的每一寸土地上呢?
不讓火山、地震、海嘯等出現(xiàn),生命還會(huì)滅絕嗎?
地球表面積5.1 10^14m^2,那么相當(dāng)于每平方米的功率約10萬(wàn)W。
這些機(jī)械力最終都會(huì)轉(zhuǎn)化成熱量。
太陽(yáng)對(duì)地球單位面積垂直輻射強(qiáng)度(太陽(yáng)常數(shù))也才1367W。
前者是后者的73倍。
但這這些機(jī)械能一開始不會(huì)轉(zhuǎn)化成熱能,而是在不停地給地表做功的過(guò)程中,地殼內(nèi)部的摩擦不斷生熱,熱量才會(huì)逐漸升高。
這些熱量最終會(huì)把地表加熱到什么程度呢?
有溫度的物體,就會(huì)對(duì)外輻射熱量。
地球可近似看成黑體,根據(jù)黑體輻射定律:
為Stefan-Boltzmann常數(shù)(即黑體輻射常數(shù)),大小為:5.67 10^-8W/(m2·K4)
為單位面積輻射能量,地球達(dá)到熱平衡時(shí):
對(duì)外輻射熱=太陽(yáng)輻射熱+地球內(nèi)部衰變熱+機(jī)械功轉(zhuǎn)化熱
也即地球達(dá)到熱平衡的時(shí)候,地表平均溫度約278.5 。
但由于海洋的存在,地表受熱并不均勻。
地表在不停被蹂躪的過(guò)程中,溫度不斷升高,超過(guò)100 后,絕大部分生物都已經(jīng)完蛋。
讓整個(gè)海洋沸騰的熱量大約5 10^26 J,所以海洋最終會(huì)被加熱至沸騰。
海洋蒸發(fā)總熱約2.7 10^29 J,所以海洋還不至于蒸發(fā)殆盡。
但水蒸氣增加,隨著大氣壓的增加,海洋溫度也會(huì)再次升高。
最終,整個(gè)地球大氣和海洋形成一口超級(jí)高壓鍋,不僅僅是動(dòng)植物們,無(wú)數(shù)頑強(qiáng)的病菌也最終被消殺。
海洋的存在,大大影響了地球?qū)ν廨椛錈崃?。陸地充斥著大量的熔巖,溫度可高達(dá)數(shù)百攝氏度。
其實(shí),在作用力不均勻的情況下,地球同樣會(huì)經(jīng)歷相似的加熱過(guò)程。
只不過(guò)發(fā)生這一切之前,地震、火山,海嘯會(huì)先把地球弄得致密破碎。如果地殼的破壞程度足夠的高,大量熔巖到達(dá)地表,大陸架皸裂,海洋最終被蒸發(fā)殆盡也是有可能的。
如果這個(gè)制動(dòng)力均勻分布在深地層,甚至地核中,情況又怎么樣呢?
地球表面巖層熱導(dǎo)率可按照2W/m·K來(lái)算。
根據(jù)傅里葉定律
對(duì)于0.1m的厚度,單位面積傳遞10萬(wàn)W的熱量需要5000 的溫差。但這是根本不可能的,因?yàn)?000 ,地表物質(zhì)都已經(jīng)全部分解汽化了。
這說(shuō)明,正常情況下,地球內(nèi)部的熱傳根本達(dá)不到單位面積10萬(wàn)W。
地球大量的熱量,其實(shí)是傳不到地表的。
如果非得讓熱量傳到地表,必須讓地層大量融化,全球性的巖漿,才能把這么多的熱量帶到地表上來(lái)。
制停地球的熱量,能否把地球內(nèi)部融化?
我們不妨假設(shè)一個(gè)最極端的情況,這個(gè)作用力在地球內(nèi)核深處。
地球總質(zhì)量5.96 10^24kg,溫提升1000 ,平均比熱容取值1000J/ (kg· )
那么,需要的熱量為5.96 10^30 J,才有可能融化地表巖層。
功率不變的情況下,讓讓地球融化,時(shí)間也超過(guò)3000年,比300年的時(shí)間長(zhǎng)很多。
也就是說(shuō),神秘的外部力量,如果全部加在內(nèi)核制停地球,產(chǎn)生的熱量尚未傳到地面的時(shí)候,地球就已經(jīng)制動(dòng)完成了。
地球制動(dòng)完成后,內(nèi)部的熱還會(huì)繼續(xù)向外部散熱,但由于內(nèi)部已經(jīng)沒(méi)有源源不斷的熱量提供。這些熱量釋放的速度,會(huì)變得極其漫長(zhǎng)。
地球內(nèi)部釋放熱量的速度有多慢呢?
50億年前,地球引力結(jié)合產(chǎn)生的熱量,到現(xiàn)在都還沒(méi)有釋放完(當(dāng)然,內(nèi)部熱量還有重元素衰變?cè)丛床粩嗟靥峁?/p>
地球制停的總熱量,比起地球內(nèi)部熱能小了好幾個(gè)數(shù)量級(jí)。
所以,最終熱平衡時(shí),地表提升的溫度甚至可能遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于1 。單純從溫度的角度來(lái)說(shuō),對(duì)地球的生命影響微乎其微。
當(dāng)然,如果包裹地核的金屬流體速度也發(fā)生了改變,并引起地球磁場(chǎng)的改變,是可能對(duì)生物造成很大影響的。
如果制動(dòng)的力不是在地表,也不是在地核,而是在地殼上呢?
地殼總質(zhì)量是整個(gè)地球的0.42%。
容易得到這樣的結(jié)果,大約在10多年的時(shí)間,總熱量可以把地殼融化。
地球上的主要生物,在前3年間滅絕。
總的來(lái)說(shuō),生物滅不滅絕,主要還是看怎么給地球制動(dòng)了。
從地表到地核,隨著施加力位置不同,以及是否均勻,滅絕的速度也從快到慢。
制動(dòng)力量均勻分布在地幔以下,地球上的生物就可能不會(huì)全面性滅絕了。
但無(wú)論怎么樣,生物大滅絕依然是會(huì)發(fā)生的。
畢竟,地球自轉(zhuǎn)速度只有1/30后,一晝夜長(zhǎng)達(dá)一個(gè)月時(shí)間,一年僅僅12天晝夜。
晝夜溫差會(huì)變得很大,哪怕赤道附近,就可超過(guò)50 的溫差。
一晝一夜,猶如黑龍江夏天和冬天的區(qū)別。
世界范圍內(nèi),還會(huì)形成超級(jí)風(fēng)暴等各種極端的天氣。
300年的時(shí)間,各種植被和動(dòng)物尚不能適應(yīng)這么大的氣候轉(zhuǎn)變。
植物大滅絕之后,地球的大氣成分還會(huì)發(fā)生改變。
最終滅絕的物種數(shù)量,可超過(guò)90%。
在長(zhǎng)期自然選擇的過(guò)程中,最后活下來(lái)的物種,無(wú)論生物節(jié)律、形態(tài)、習(xí)性等都會(huì)發(fā)生天翻地覆的變化。