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很多人觉得,地球就是一块被太阳晒着的大石头,太阳一灭,分分钟变成冰疙瘩。
这话只对了一半。
地球自己其实是个"热乎的"。
这股热乎劲儿,已经持续了46亿年,到现在都没散完。
我们脚下踩着的不是死石头,更像一个外面凉透了、里头还滚烫的烤红薯。
太阳真要是哪天突然罢工,人类能撑多久,答案恰恰藏在这个"烤红薯"自己的家底里。
而且这事儿分两种情况:一点准备都没有,和提前一百年知道。
结局天差地别。
我们先把地球自己的存货翻出来看看。
地球手里一直攥着个小锅炉,只是平时没人注意。
地球内部在发热,这件事普通人平时完全感觉不到,因为太阳太猛了,把这点热量盖得严严实实。
但它确实存在,而且来源有两笔钱。
第一笔,是"老本"。
46亿年前地球刚形成的时候,无数碎石、尘埃噼里啪啦往一起撞,引力把它们拽成一团。
这个过程里,引力势能转化成了大量的热,封存在地球内部。
后来地核慢慢冷却,这些热量一直在缓慢往外漏,漏了46亿年还没漏完。
第二笔,是"现挣的"。
地球内部埋着不少放射性元素,主要是铀-238、铀-235、钍-232,还有钾-40。
这些家伙不稳定,原子核会不停地衰变,每衰变一次就放出一点热量。
它们就像埋在地底下的无数块小核电池,几十亿年不间断地供暖。
那么这个小锅炉到底有多大功率?
科学家根据全球几万个钻孔的测量数据,再结合海底冷却模型算过,地球表面每年向外流失的热量,总功率大约在44到47万亿瓦之间,也就是44~47 TW。
听着挺吓人对吧?
平均摊到地球表面,每平方米只有0.
087瓦左右。
什么概念?
太阳照到地球的总功率大约是1.
7×10^17瓦,是地球内热的将近四千倍。
同一平方米的地面,太阳给的热量是地球内部冒上来的热量的几千倍。
这就解释了为什么地球自己明明在发热,我们却一点都不领情,跟太阳比,它那点功率跟个打火机差不多。
至于两笔钱各占多少,过去说法不一。
近些年科学家靠一种叫"地球中微子"的东西来探测,放射性元素衰变时会顺便放出中微子,这玩意儿几乎不跟任何东西打交道,能直接从地核穿出来,等于给地球内部做了个"透视"。
目前的实测加估算,放射性衰变贡献的热量大概占总热流的一半左右,剩下一半是地球形成时留下的原始余热。
两边都是顶梁柱,谁也离不开谁。
好,现在做个思想实验:太阳"啪"一下没了,不发光了,也不发热了。
地球并不会立刻冻透,因为它还在往外辐射自己的热量。
但热量平衡被彻底打破了。
平时地球是一本平衡账:往外辐射到宇宙的热量,约等于太阳照进来的热量,加上地球内部冒出来的热量。
两边持平,所以地表温度常年稳定在一个范围里。
太阳一没,进账少了最大的一项,只剩下地球内部那点微弱的热流。
地球开始净亏损,温度一路往下掉,直到"出去的"和"进来的"重新相等,达到一个新的平衡。
这个新平衡温度是多少?
可以算。
任何有温度的物体都在不停地往外辐射电磁波,而且辐射功率跟温度的四次方成正比。
这就是黑体辐射定律,公式长这样: B(T) = σT⁴ 这里头σ是个固定常数,叫斯特藩-玻尔兹曼常数,数值是5.
67×10^-8 W/(m²·K⁴)。
四次方这个关系很夸张,温度降到原来的一半,辐射功率就掉到原来的十六分之一。
把地球近似看成一个黑体,让它的辐射总功率等于内部热流,反推出来的温度是: T ≈ 35.
2 K 换算成摄氏度,是零下238度左右。
你没看错,这是地球最终的"归宿温度"。
为了让你感受这个温度有多离谱,我给你列几个东西的冰点(开尔文和摄氏度的换算,就是减去273.
15): 水结冰:273.
15 K,也就是0℃ 二氧化碳结冰:194.
7 K,约零下78℃ 氮气结冰:63.
15 K,约零下210℃ 氧气结冰:54.
36 K,约零下219℃ 看明白这个顺序了吗?
地球降温是分阶段的。
先是水冻上,下雪;
接着冷到二氧化碳都扛不住,天上会下起"干冰雪";
最后连氮气、氧气这些空气的主要成分都会冻成固体,天上飘起"氧气雪"。
连空气都能冻下来,这才是真正的绝望。
不过先别慌,35K是最终的、理论上的平衡温度,要走到那一步需要极其漫长的时间。
在那之前,地球首先得经历一个"缓慢放血"的过程。
很多人以为太阳一灭,温度像关灯一样瞬间归零。
不会的。
地球的大气层、尤其是海洋,储存了巨量的热,这些热量要通过辐射一点点散出去,是需要时间的。
而且陆地和海洋,散热速度差得非常远。
先看陆地。
太阳辐射对陆地的影响其实很浅,主要就是表层0到20厘米这一层,超过30厘米,连昼夜温差都基本感觉不到了。
我们取个平均厚度25厘米。
地表以岩石和土壤为主,比热容取大约1000 J/(kg·℃),密度取大约2000 kg/m³。
这么算下来,陆地上这25厘米厚的表层,每降低1℃,要放出大约7.
5×10^19焦耳的热量。
陆地承担了地球大约30%的散热功率,约6×10^
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