當前位置: 華文星空 > 心靈

如果太陽突然熄滅了,當前科技水平下,人類能生存多久?

2020-06-06心靈

在不提前知道的情況下,太陽突然熄滅,沒有任何懸念,人類滅絕,而且速度很快。

如果能提前知曉100年,擁有充分準備,人類則不會滅絕。

地球總是維持著熱量平衡:

向宇宙輻射熱量=太陽對地球輻射熱量+地球內部熱量

太陽消失之後,就只剩下地球內部熱量了。

這些熱量來源有兩種:

  • 46億年前形成時重力勢能轉化的熱能,儲存在內部,緩慢釋放。
  • 地球內部存在鈾-238、鈾-235、釷-232和鉀-40,不停衰變放熱。穩定的輻射能差不多能占80%。
  • 那麽, 地球達到新的熱量平衡時,溫度多少呢?

    地球內熱的總功率為 4.42×10^13W

    若把地球看成黑體,根據黑體輻射定律:

    B(T)=\sigma T^4(W/m^2)=Q/S

    \sigma 為Stefan-Boltzmann常數(即黑體輻射常數),大小為:5.67×10^-8W/(m2·K4)

    Q 為輻射總功率, S 為表面積, B 為單位面積輻射功率。

    可得,當地球熱源只有內部熱源時,地球溫度為:

    T=\sqrt[4]{Q/\sigma S}= 35.2K。

    即 -237.95℃。

    水冰點273.15K,二氧化碳冰點194.7 K,氮冰點63.15K,氧冰點54.36K。

    那麽,太陽熄滅後,溫度下降的速度如何呢?

  • 陸地。
  • 陸地面積約1.5億平方公裏,太陽輻射主要影響表層0~20cm的厚度,超過30cm晝夜溫差的影響就比較微弱了。

    這裏不妨取25cm的平均值。

    陸地比熱容受到土壤、巖石、植被的多方面影響,相對來說巖石<土壤<植被<水。

    地表還是以巖石土壤為主,比熱容取10³J/(㎏·℃)的均值,密度取2×10^3kg/m^3的均值。

    那麽,陸地25cm的土層厚度,降低1℃時,損失熱量大約為7.5×10^19 J。

    地球對外輻射功率約2x10^17W,陸地占比30%,為6x10^16W。

    難麽,陸地降溫1℃,需要的時間約為:

    1250s,即,21分鐘左右。

    不過,當溫差足夠大的時候,影響的土層厚度加倍,損失的熱量也會加倍。

    預估12小時後,降低的溫度範圍為5~20℃,均值10℃左右。

    海拔越高、巖石為主的地區,溫差越大,喜馬拉雅山脈溫差可超過20℃。低海拔多植被地區,溫差越接近5℃。

  • 海洋。
  • 相對來說,海洋全部都是水,熱傳快,但10米厚度便吸收了太陽90%輻射熱量。

    也就是說10米以下,短時間對海洋表面溫度變化影響不大。海洋面積3.6億平方公裏,水比熱容4.2×10³J/(㎏·℃)。

    降低1℃,損失熱量為:1.5×10^21 J

    已知海水損失功率為地球70%,即1.4×10^17W。

    那麽降低1℃,耗時約:1萬s,也即2.8小時。

    可得,12小時,降低的溫度最高為4.3℃。但考慮到還有10%的熱量,受到10深以下的影響。

    那麽海洋12小時降低的均溫為:3~4℃。

    總的來說,12小時之後,陸地和海洋的溫差超過5℃。

    第1天,24小時之後

    陸地均溫減少20℃~30℃,海洋均溫減少6~8℃。

    陸地赤道附近開始飄雪,其它地區 全面降起了大雪

    受到海洋熱氣流的影響,大陸棚附近因為存在超過10℃的溫差, 將形成超級風暴和超級海嘯 ,對沿海城市造成淪陷性的打擊。

    除此之外,地球封凍土壤,以及 兩級冰川,以可見的速度向兩極飛速擴張

    差不多就是相當於電影【後天】中的效果,只不過1~2天內發生。

    第2天,48小時之後。

    陸地均溫降低到-15℃左右,整個地球都變成了一個大雪球。

    大雪封堵住了人類的所有道路,切斷了所有城市的能源和物資。

    全球大量人口被凍死,活下來的基本都是城市人口,而且這些城市人口不得不往城市地下系統轉移。由於溫度過低,加上全球性大雪和風暴的破壞力,電廠也不再有人維護,基本上兩三天之後,整個城市就完全沒電了。

    不過人們會在這兩天盡量的往地下室運送煤炭等能源, 地下室的人口可以勉強維持一段時間。

    當然,也有 少部份人冒著風暴的危險,逃到了更溫暖的海洋。 但這些人,可能面臨更殘酷的命運。

    第5天,120小時之後。

    陸地溫度降低到-60℃左右的時候,加上臨時帶入城市地下系統的熱源也已經消耗得差不多,整個地下系統的溫度開始全面降低。

    此時海洋最溫暖的地帶溫度也降低到了0℃以下,整個海洋全面結冰.

    由於逐漸沒有了水蒸氣的影響,海洋冰層表面的溫度以很快的速度和陸地同步。

    逃到海洋上的一部份人,大部份被凍死。

    少部份在具有大型供熱系統的郵輪上,還有個別或者的人陷入絕望。

    10天之後,全球人口死亡可高達99.9%。

    為什麽不是100%,因為還有少部份人,可以在特殊地帶存活更久。

    例如一個大型的煤礦礦源,把煤炭點燃,可以燃燒至少數百年之久,也有一些火山附近,或溫泉附近,熱量可以維持一段時間,少量的人口可以逃到這些地方,最好存在地下系統(例如煤礦采礦區),才不至於被凍死。

    由於大量的地下動物可能會逃往熱源的地方,極有可能短時間也不會被餓死,極端情況下,會出現吃人情況。

    但很快,隨著溫度進一步降低,下起了二氧化碳雪。

    可能在一兩個月之後,下起了 氧氣雪 ,隨著氧氣的大量減少,原本可以燃燒數百年的煤炭熄滅了。凍土層向下延伸數百米,一些火山和熱泉不再有人能生存。

    人類宣告滅絕了。

    如此快的時間,哪怕基建最強的中國,也是無力回天。

    大約一年之後,凍土層也向下延伸了5000m。海洋凍結厚度超過數百米,但更往下的深度,依然需要更長的時間去凍結。

    人類之外的其它生物,也滅絕幾近。

    當然,也並不會全部滅絕,海洋低下的熱泉附近,生命可能會長期延續,但封鎖在數千米冰層之下。

    如果能提前預知100年後,太陽會突然熄滅,那麽人類是可以做到長久生存的。

    雖然凍土層5000m,但其實根本不需要像【流浪地球】中那樣,真的住在地下5000m。

  • PS:而且對於現今人類的科技來說,也做不到大量人口住在地下5000m.
  • 例如我們可以 在一個大型煤礦礦區附近,興建一個大型的地下城。

    假設這個地下城大約100平方公裏的大小,在地下10米深的位置。

    地層導熱系數按照1W/m·K的平均值來算,地下系統溫度穩定在15℃左右時,與外界溫差250℃左右。

    根據傅立葉定律,傳向地表的功率為:

    Q=2.5×10^{9}W

    但由於整個地下城是向四面八方傳遞熱源的,預估總傳熱功率更大一些。

    地球封凍之後,其它的熱源基本上無法使用了,能用的就是化石能源。

    但中國化石能源的總功率至少有 3.5×10^{12}W (中國總能源功率接近全球1/4,化石能源占比超過70%)

    按照中國當前的能源功率,可建設1000多個這樣的地下城。

    但由於沒有了太陽,每個地下城至少要拿出80%的能量生產糧食,純化工合成蛋白質現在的成本太高,不過利用藻類轉化率可達10%,化石能源到電能轉化40%,再到光能轉化, 獲得食物的最高能量比大約只有3%左右。

    一天提供的總能量大約是 10^{13}J ,成年人每天大約消耗能量 10^7J 。

    這樣的地下城容納總人口為100萬人左右,正好差不多中國的一個三線城市。

    當然,這個數據是上限。

    受限於食物獲取,利用率的問題,可能容納的人口可低至10萬人。

    由於這樣的社會體系,需要高勞動力,又物資匱乏,可能出現比較極端的社會分化。

    在化石能源足夠集中的核心地帶,花足夠長的時間,理論上可以打造出人口上1000萬的地下城群。

    城市群具有專門的農業、工業體系,同時也多了一些產業鏈, 如地表采雪產業鏈,必須向地下城提供水和氧氣、二氧化碳等。

    只要地下運輸體系能解決絕大部份的能源運輸問題,整個地下城系統的運轉,就不會存在多少問題。但這個體系,需要復雜密集的地下交通網絡連結各大城市,並供暖維護。

    按照現在人類技術,是能做到的,但主要就是需要漫長的修建時間,以及極高的維護消耗。

    這樣的地下城體系的建設,哪怕中國以現在的國力,能100年建設出幾十個地下城都相當不錯了。

    但只要能建設出地下工業體系全面的地下城來,人類就還不至於滅絕。

    雖然地球的化石能源,短期來說並不存在真正的危機。當從長期來看,如果不能掌握可控核聚變,化石能源危機遲早會到來。那時候,就還是需要往下挖5000m的深度,再建立地下城,完全依靠地熱了。

    如果可控核聚變發展出來了,人類甚至還有重新回到地面的可能性。

    地球上氫元素占總重量的0.76%左右,地球質素 5.965\times10^{24}kg

    地球上氫元素的總質素為: 4.5334\times10^{22}kg

    其中主要都是氕,而氘含量占氫的0.02%,氚含量只占氫的1/10^-7。

    根據氚來推算,人類可利用聚變物質質素大約是:

    12.089\times10^{15}kg 即,12萬億噸左右。

    釋放能量約:

    4.07\times10^{30}J

    太陽照射到地球的功率大約為 1.7\times10^{17}J ,如果人類的聚變功率等效於太陽到地球的輻射功率,那麽地球溫度就能恢復過來。

    以這樣的效率,人類開采完氚的時間為: 2.4\times10^{13}s ,差不多76萬年。

    哪怕人類的有效開采只有2%,那也有1.5萬年的時間,超過新石器時代到現在的時間跨度。

    在這種級別的可控核聚變能力,人類的人造光源,早就點亮了整個地球。

    全年8760個小時,發出明亮的光芒。

    此時,哪怕地球氚能源用光了也不怕,此時的人類已擁有了在太陽系內獲取氫能源的能力。

    總的來說,太陽熄滅,給人類足夠長的準備時間,是不會大概率滅絕的(之所以還有概率滅絕,是因為地下城生態系的維持是相當有難度的,而人類幾乎並沒有任何經驗)。

    如果不能提前準備,5天之後,走上全面滅絕之路……

    吐槽:對於一個已經墜崖的人來說,你問他還能活多久,可不就是等於墜崖的時間?能有個準備時,至少還可以帶個降落傘。