在不提前知道的情况下,太阳突然熄灭,没有任何悬念,人类灭绝,而且速度很快。
如果能提前知晓100年,拥有充分准备,人类则不会灭绝。
地球总是维持着热量平衡:
向宇宙辐射热量=太阳对地球辐射热量+地球内部热量
太阳消失之后,就只剩下地球内部热量了。
这些热量来源有两种:
那么, 地球达到新的热量平衡时,温度多少呢?
地球内热的总功率为 : 4.42×10^13W
若把地球看成黑体,根据黑体辐射定律:
B(T)=\sigma T^4(W/m^2)=Q/S
\sigma 为Stefan-Boltzmann常数(即黑体辐射常数),大小为:5.67×10^-8W/(m2·K4)
Q 为辐射总功率, S 为表面积, B 为单位面积辐射功率。
可得,当地球热源只有内部热源时,地球温度为:
T=\sqrt[4]{Q/\sigma S}= 35.2K。
即 -237.95℃。
水冰点273.15K,二氧化碳冰点194.7 K,氮冰点63.15K,氧冰点54.36K。
那么,太阳熄灭后,温度下降的速度如何呢?
陆地面积约1.5亿平方公里,太阳辐射主要影响表层0~20cm的厚度,超过30cm昼夜温差的影响就比较微弱了。
这里不妨取25cm的平均值。
陆地比热容受到土壤、岩石、植被的多方面影响,相对来说岩石<土壤<植被<水。
地表还是以岩石土壤为主,比热容取10³J/(㎏·℃)的均值,密度取2×10^3kg/m^3的均值。
那么,陆地25cm的土层厚度,降低1℃时,损失热量大约为7.5×10^19 J。
地球对外辐射功率约2x10^17W,陆地占比30%,为6x10^16W。
难么,陆地降温1℃,需要的时间约为:
1250s,即,21分钟左右。
不过,当温差足够大的时候,影响的土层厚度加倍,损失的热量也会加倍。
预估12小时后,降低的温度范围为5~20℃,均值10℃左右。
海拔越高、岩石为主的地区,温差越大,喜马拉雅山脉温差可超过20℃。低海拔多植被地区,温差越接近5℃。
相对来说,海洋全部都是水,热传快,但10米厚度便吸收了太阳90%辐射热量。
也就是说10米以下,短时间对海洋表面温度变化影响不大。海洋面积3.6亿平方公里,水比热容4.2×10³J/(㎏·℃)。
降低1℃,损失热量为:1.5×10^21 J
已知海水损失功率为地球70%,即1.4×10^17W。
那么降低1℃,耗时约:1万s,也即2.8小时。
可得,12小时,降低的温度最高为4.3℃。但考虑到还有10%的热量,受到10深以下的影响。
那么海洋12小时降低的均温为:3~4℃。
总的来说,12小时之后,陆地和海洋的温差超过5℃。
第1天,24小时之后 。
陆地均温减少20℃~30℃,海洋均温减少6~8℃。
陆地赤道附近开始飘雪,其它地区 全面降起了大雪 。
受到海洋热气流的影响,大陆架附近因为存在超过10℃的温差, 将形成超级风暴和超级海啸 ,对沿海城市造成毁灭性的打击。
除此之外,地球封冻土壤,以及 两级冰川,以可见的速度向两极飞速扩张 。
差不多就是相当于电影【后天】中的效果,只不过1~2天内发生。
第2天,48小时之后。
陆地均温降低到-15℃左右,整个地球都变成了一个大雪球。
大雪封堵住了人类的所有道路,切断了所有城市的能源和物资。
全球大量人口被冻死,活下来的基本都是城市人口,而且这些城市人口不得不往城市地下系统转移。由于温度过低,加上全球性大雪和风暴的破坏力,电厂也不再有人维护,基本上两三天之后,整个城市就完全没电了。
不过人们会在这两天尽量的往地下室运送煤炭等能源, 地下室的人口可以勉强维持一段时间。
当然,也有 少部分人冒着风暴的危险,逃到了更温暖的海洋。 但这些人,可能面临更残酷的命运。
第5天,120小时之后。
陆地温度降低到-60℃左右的时候,加上临时带入城市地下系统的热源也已经消耗得差不多,整个地下系统的温度开始全面降低。
此时海洋最温暖的地带温度也降低到了0℃以下,整个海洋全面结冰.
由于逐渐没有了水蒸气的影响,海洋冰层表面的温度以很快的速度和陆地同步。
逃到海洋上的一部分人,大部分被冻死。
少部分在具有大型供热系统的邮轮上,还有个别或者的人陷入绝望。
10天之后,全球人口死亡可高达99.9%。
为什么不是100%,因为还有少部分人,可以在特殊地带存活更久。
例如一个大型的煤矿矿源,把煤炭点燃,可以燃烧至少数百年之久,也有一些火山附近,或温泉附近,热量可以维持一段时间,少量的人口可以逃到这些地方,最好存在地下系统(例如煤矿采矿区),才不至于被冻死。
由于大量的地下动物可能会逃往热源的地方,极有可能短时间也不会被饿死,极端情况下,会出现吃人情况。
但很快,随着温度进一步降低,下起了二氧化碳雪。
可能在一两个月之后,下起了 氧气雪 ,随着氧气的大量减少,原本可以燃烧数百年的煤炭熄灭了。冻土层向下延伸数百米,一些火山和热泉不再有人能生存。
人类宣告灭绝了。
如此快的时间,哪怕基建最强的中国,也是无力回天。
大约一年之后,冻土层也向下延伸了5000m。海洋冻结厚度超过数百米,但更往下的深度,依然需要更长的时间去冻结。
人类之外的其它生物,也灭绝几近。
当然,也并不会全部灭绝,海洋低下的热泉附近,生命可能会长期延续,但封锁在数千米冰层之下。
如果能提前预知100年后,太阳会突然熄灭,那么人类是可以做到长久生存的。
虽然冻土层5000m,但其实根本不需要像【流浪地球】中那样,真的住在地下5000m。
例如我们可以 在一个大型煤矿矿区附近,兴建一个大型的地下城。
假设这个地下城大约100平方公里的大小,在地下10米深的位置。
地层导热系数按照1W/m·K的平均值来算,地下系统温度稳定在15℃左右时,与外界温差250℃左右。
根据傅里叶定律,传向地表的功率为:
Q=2.5×10^{9}W
但由于整个地下城是向四面八方传递热源的,预估总传热功率更大一些。
地球封冻之后,其它的热源基本上无法使用了,能用的就是化石能源。
但中国化石能源的总功率至少有 3.5×10^{12}W (中国总能源功率接近全球1/4,化石能源占比超过70%)
按照中国当前的能源功率,可建设1000多个这样的地下城。
但由于没有了太阳,每个地下城至少要拿出80%的能量生产粮食,纯化工合成蛋白质现在的成本太高,不过利用藻类转化率可达10%,化石能源到电能转化40%,再到光能转化, 获得食物的最高能量比大约只有3%左右。
一天提供的总能量大约是 10^{13}J ,成年人每天大约消耗能量 10^7J 。
这样的地下城容纳总人口为100万人左右,正好差不多中国的一个三线城市。
当然,这个数据是上限。
受限于食物获取,利用率的问题,可能容纳的人口可低至10万人。
由于这样的社会体系,需要高劳动力,又物资匮乏,可能出现比较极端的社会分化。
在化石能源足够集中的核心地带,花足够长的时间,理论上可以打造出人口上1000万的地下城群。
城市群具有专门的农业、工业体系,同时也多了一些产业链, 如地表采雪产业链,必须向地下城提供水和氧气、二氧化碳等。
只要地下运输体系能解决绝大部分的能源运输问题,整个地下城系统的运转,就不会存在多少问题。但这个体系,需要复杂密集的地下交通网络链接各大城市,并供暖维护。
按照现在人类技术,是能做到的,但主要就是需要漫长的修建时间,以及极高的维护消耗。
这样的地下城体系的建设,哪怕中国以现在的国力,能100年建设出几十个地下城都相当不错了。
但只要能建设出地下工业体系全面的地下城来,人类就还不至于灭绝。
虽然地球的化石能源,短期来说并不存在真正的危机。当从长期来看,如果不能掌握可控核聚变,化石能源危机迟早会到来。那时候,就还是需要往下挖5000m的深度,再建立地下城,完全依靠地热了。
如果可控核聚变发展出来了,人类甚至还有重新回到地面的可能性。
地球上氢元素占总重量的0.76%左右,地球质量 5.965\times10^{24}kg
地球上氢元素的总质量为: 4.5334\times10^{22}kg
其中主要都是氕,而氘含量占氢的0.02%,氚含量只占氢的1/10^-7。
根据氚来推算,人类可利用聚变物质质量大约是:
12.089\times10^{15}kg 即,12万亿吨左右。
释放能量约:
4.07\times10^{30}J
太阳照射到地球的功率大约为 1.7\times10^{17}J ,如果人类的聚变功率等效于太阳到地球的辐射功率,那么地球温度就能恢复过来。
以这样的效率,人类开采完氚的时间为: 2.4\times10^{13}s ,差不多76万年。
哪怕人类的有效开采只有2%,那也有1.5万年的时间,超过新石器时代到现在的时间跨度。
在这种级别的可控核聚变能力,人类的人造光源,早就点亮了整个地球。
全年8760个小时,发出明亮的光芒。
此时,哪怕地球氚能源用光了也不怕,此时的人类已拥有了在太阳系内获取氢能源的能力。
总的来说,太阳熄灭,给人类足够长的准备时间,是不会大概率灭绝的(之所以还有概率灭绝,是因为地下城生态系统的维持是相当有难度的,而人类几乎并没有任何经验)。
如果不能提前准备,5天之后,走上全面灭绝之路……
吐槽:对于一个已经坠崖的人来说,你问他还能活多久,可不就是等于坠崖的时间?能有个准备时,至少还可以带个降落伞。