What if 153期:把大气藏起来(最新)

What if 153期:把大气藏起来(最新)

原作者:xkcd
译者:Nemonether
原作:https://what-if.xkcd.com/153/
果壳网what if合集https://songshuhui.net/archives/author/xkcd

 

以地球的半径来看,大气层真的是太薄了。要挖多大的洞才能使全人类窒息?

—Sam Burke

这个想法说得很直白:当你在地上挖一个洞,这个洞会充满空气[1] 。如果你挖得够大的话,大气层中绝大部分的气体会流入,且不足以使洞以外的地方有足够的空气呼吸。[2][3]

当我玩Minecraft时,这是我第一件想干的事。

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地球大气层的实际厚度定义起来很麻烦,因为大气会在高海拔的地方变得稀薄且没有一个明确的边界。如果你把所有空气压缩至地表的标准气压密度,它将会有10公里厚,占据40亿立方千米的体积。这体积足以填满一个边长1000英里的正方体——相当于地核的固质部分。这能让我们有一个大致上的思路去衡量这个洞的大小。

极小型Minecraft

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挖这么大的一个洞会是一个挑战。这意味着这个填满地表标准压力大气的洞面积有一个马萨诸塞州那么大,其深度也仍将超过地球的直径。即使这个洞有整个美国那么大,也仍需要400公里深,远超于我们实际能挖掘的深度。[4]

且慢!大气压力随着高度而变化。大气压将会随着你升高而下降,你可能有时会注意到当你驾车上山或搭乘一座很高的升降机会耳鸣。由此类推,气压会随着你下降而升高。深井里的气压会远高于水平面气压。

这看起来像是增大的气压有助于我们把空气塞进大坑里。压力会压缩空气,所以一个深洞比起标准气压的情况下将能填充更多的空气。但这还远不能解决问题。

假设你挖到地球更深处,岩石会开始变热。按照理想气体定律,压力压缩空气,但热会导致空气膨胀。这种情况下,这个地壳中的洞里因岩石发热导致的气体膨胀会抵消掉因压力导致的气体收缩。这篇论文中的计算说明了比每一千米升高30度还要剧烈的温度变化将导致空气根本没有压缩。如果温度变化比在较薄地壳或火山活动中的一般地区要快。空气密度实际上将会减小当你行进到更深处,尽管下降一方面会导致气压增加。

要是我们用其他办法来压缩空气呢?

不久后,我们就忘了我们正在做什么并且创造了一个伸缩自如的城堡

不久后,我们就忘了我们正在做什么并且创造了一个伸缩自如的城堡

 

潜水气罐可以容纳被压缩200倍的空气。一堆潜水罐也仅仅占用很少的大概一百英里高的体积去容纳整个大气层。如果我们想进一步压缩空气,我们得液化它。大气几乎由洋气和氮气组成。如果我们能使空气足够冷,它会转变成一种和水密度差不多的液体形态。

如果我们要液化整个大气,准确地来说,我想我们不应该——我们不能让人信服地把所有空气填进地底里。实际上我们将需要移除地壳上层中的一块,这会暴露岩浆的脉路和高压的岩浆房,然后我们还不得不以某种方式把我们的空气封锁起来并使其足够冷以保证我们气罐仓库不会被加热。

这个挖掘工程将会是一个几乎不可能的挑战。但如果你以某种方式解决了这数不清的工程问题。你就能——基本上——把液化的整个大气装进一个5英里深的洞,其面积大概等于德州。

然而你不会去想挖那个州的。

 

我郑重承诺:当我完工的时候,会让一切恢复原样

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注释:

[1] 你堆积在洞外的土的空间将会置换掉空气,一开始你对周围的大气没有什么影响,但随着洞越挖越深和土越堆越多影响会变大。所以坚持下去!

[2] 你需要移除大约65%的大气使海平面大气稀薄到不足以支撑人类的呼吸

[3] 如这份论文指出,有点奇怪,如巧合一般,地球的最高点实际要高于人类生存的高度极限。

[4]并且如果你想多少挖出整个美国的地表,你将会淹没在美国人民唾沫的汪洋大海之中

[5]https://en.wikipedia.org/wiki/Ideal_gas_law

[6]http://nopr.niscair.res.in/handle/123456789/2506

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