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错得很离谱?中科院院士:地球能充能放能,还有45亿年寿命

星辰大海路上的种花家 科学2022-05-07
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4月22日,世界地球日,中国科学院院士汪集旸表示,地球的寿命还有45亿年,不用担心开发会让其很快枯竭。不仅如此,地球还像个充电宝,既能作“电源”对外输出地热能源,也能像“电池“储能以备后用。地热可以用于农业、发电、给南方供暖。

对于中科院汪集旸院士的发言,微博和自媒体跟进非常快,很快地球是个“充电宝”,地球还能活45亿年这些观点就传遍了全网络,但令人疑惑的是笔者搜寻多个官方媒体,提到汪院士观点的却不多。

可能有很多相当专业的朋友有一些疑问,因为汪院士说的和科学家的主流观点似乎有些相悖,比如地球充能与放能、还有45亿年的寿命等等,和之前公开出版物上的说法似乎有些不一样!

地球到底还有多少年寿命?

地球是一颗行星,从科学家对最古老岩石的考证以及掉入地球的各种陨石的年龄佐证,地球的“年龄”大约在45亿年左右,可能有朋友会好奇,这地球年龄到底是怎么计算出来的?

这个原理倒也简单,检测下岩石中的放射性元素半衰期,比如铀-238的半衰期为44.68亿年,那么只要测量下有多少铀-238衰变成了其衰变链上的产物,就能推算出地球已经存在了多少年,虽然有误差,但差的不太大。

地球既然有年龄,那么有寿命吗?

可能这应该是大多数朋友的问题,准确地说寿命的定义是对生物体来说的,而无机物没有寿命一说,就像有人问你这块钢板能活多少年,估计你会认为这个人就是个傻子。

但对于地球来说,如果非得要用寿命来定义也并非不行,因为地球有很多保持“活力”的指标,比如地球上存在的海洋、大气以及生物圈等。

还有时不时出来刷一下存在、冒个烟的火山,也有抖抖更健康的地震,而对于更大的尺度来说,那么就是板块运动,从数十亿年前开始,地球的板块经历了多次大变化,分分合合,合合分分。

有人说月球是死的,火星也是死的,但地球是活的,这个活力的指标除了生命星球外,还有它的内核,因为地球足够大,有地球形成之初的引力坍缩能和放射性衰变能,保持了一个炽热的内核。

地球的熔融态的地幔层以及在地幔层中地幔热柱则是板块运动的根源,它也是导致火山喷发的原因以及地震的主因,有了这些运动,所有有人觉得地球是活的。

但这个活力还有另一个非常重要的指标,就是磁场!

火星和月球内核也是热的,但它已经无法支撑起一个熔融态的内核,更不能流动!而地球则可以,尽管科学家难以解释地球磁场成因的发电机原理,但这和熔融态并且流动的内核是脱不开关系的,如何产生对于大家来说不重要,但这个发电机原理产生的磁场却几乎有着极其重大的作用。

磁场到底能干嘛?

磁场除了用来让大家可以用指南针以外还有一个重要的功能,将来自太阳的带电粒子偏向,大部分导向地球面向太阳的后方太空,还有少部分进入气候极端恶劣的两极,使得中低纬度地区免于太阳强大的辐射。

各位应该听过美国宇航员斯科特·凯利(Scott Kelly)在空间站遭遇辐射,8.7%的DNA变异新闻,尽管那只是一场乌龙,但辐射导致DNA变异确实是一个不争的事实,如果没有保护,那么至少皮肤癌会比现在高出几十倍甚至几百倍,在动物漫长演化过程中,辐射导致的变异渐渐将会显现出来,当然更有可能的是扼杀生命。

地球生命的指标:磁场?

其实磁场只是一个果,而因则来自地球内部的热量,因为高温导致了地球内核处于熔融态,而地球自转的带起了流动,磁场只是这些前因下的一个产物,因此判定地球的生命指标,应该是地球内部的高温?

那么问题来了,地球内部的高温会消失吗?答案令人担忧,会消失!而且这个时间就“不远”了,地球内核的高温有两个来源:

1、引力坍缩能,来自太阳系形成之初的“馈赠”;

2、放射性元素的衰变;

前者占一小部分,而后者则是大部分,据科学家估计,可能有2/3以上的热量来自放射性衰变,而地球已经过去了45亿年,早已过了大部分放射性物质的半衰期,即使半衰期比较久的铀-238也已经过半了,未来产生的热量会越来越少。

而地球内核正在向外释放热量,用现今平均大地热流计算的由地球内部向外释放热量为1.39x10^21焦耳,不过有朋友应该有疑问了,这太阳不是也在向地球辐射吗?地球接收的太阳能高达5.52x10^24焦耳,这个答案是对的,但太阳接收的辐射有部分会被地球反射到宇宙空间,只有少部分会以大气中的风和洋流以及水汽循环等模式保留下来。

不过这些能量有一个问题,太阳辐射无法补充内核向外散失的能量,也就是说尽管太阳源源不断地在给地球输送能量,但地球的内核依然在变冷,而且还是一个不可逆的过程。

未来地球内核温度下降到无法保持熔融态,那么流动就会停止,产生地球磁场的发电机原理将不再存在,磁场小时,地球将裸奔,这会有两个结果:

1、磁场消失,带电粒子强辐射将会穿透大气层到达地面;

2、大量带电粒子会轰击高层大气,这些大气分子会达到逃逸的速度溜走;

前者会让生命变异甚至难以生存,地球会逐渐变得不再适合生命存在,或者生命都将进入地下;后者问题更严重,因为大气层会逐渐逃逸,最后大气压下降到水都能沸腾时,那么水也将消失,地球变得像火星一样无比干燥,大气稀薄到和35千米的高空没有区别。

到那时,地球内核变冷,大气层消失,生命也消失了,此时的地球算不算死了?

 

那么问题来了,地球何时会变冷?何时磁场消失?根据地球内核的热量产生与流逝的速度,其消失的时间大约会在23亿年以后。

所以说中科院汪集旸院士的说法,地球还有45亿年的说法是不正确的!

不过相信应该有朋友会提异议,那会人类科技已经发达早已可以深入地下生存,人类也可以利用核聚变供给能量,只要地球存在就能永续生存,就算水资源会逃逸,也可以预先在地球内部制造一个巨型空间存入大量的水源,而且太阳系绝对不缺水,木卫二上的水比地球还多,要担心水不够?到了核聚变时代,运点水过来不是很简单么?

屋漏偏逢连夜雨:地球老巢都可能被端掉

各位想躲在地底下的想法是可以理解的,但比大气层消失还有一个更不好的消息,太阳在后期的红巨星时代,不仅会烤焦地球,还可能吞并了地球,这一点可能大家是没有想到的!

而原因则是来自太阳内部!

太阳发光发热的原因来自太阳内核氢核聚变,在后期,太阳内核氢燃料消耗完后会坍缩,其内核和外层氢燃料会开始燃烧,温度上升,壳层氢燃烧更剧烈,太阳会出现膨胀,这就是红巨星的来历。但在这个过程中会发生两件事:

1、红巨星:壳层氢燃烧高温导致恒星膨胀形成红巨星;

2、氦闪:核心氦元素堆积,温度会增加,达到1亿K时会发生氦聚变,此为氦闪;

由于中心的氦处在简并态,氦聚变时无法通过膨胀调节聚变速度,因此会出现“爆炸性”的聚变,产生的热量向外释放,会导致太阳突然发生前所未有的活动,比如日冕物质大量抛射,会给太阳系内的天体带来灭顶之灾,即使地球有磁场也挡不住如此狂轰滥炸。

当然氦闪只会摧毁地球表面,如果人类躲入比较深的地下应该是没有问题的!但膨胀的红巨星不断扩大却是心腹大患,科学家经过计算认为,像太阳一类的恒星膨胀时期直径大约能到达地球轨道外。

地球贴着太阳表面运行

但此时也会因为丢失大量物质,造成太阳质量下降,地球轨道会稍稍跃升到更远,但两者非常接近,也就是说地球有很大概率会在太阳这颗红巨星的“大气层”内飞行,阻力大增,逐渐坠入太阳,此时地球面临的结局直接就是灰飞烟灭了。

还有多久?假如按整个说法,地球差不多还存有将近40~50亿年的“寿命”,不过要先说明下,氦闪会比这更早发生,不过这也没啥意义,因为地球核心冷却后,地表就不再适合生存了,氦闪来不来其实差别已经不大了。

地球究竟能不能充能放能?

中科院汪集旸院士还表示地球还像个充电宝,既能作“电源”对外输出地热能源,也能像“电池“储能以备后用!在这个描述中,利用地热发电大家都能理解,但像电池一样储能备用是什么意思?还能向地球充入能量?

根据汪集旸院士的语境,似乎是从外向内对地球蓄热,显然这是不可能的,而汪集旸院士也作为地热和水文地质学家,中国科学院院士,中国科学院地质与地球物理研究所研究员、博士生导师,他一定明白这是个不可逆的过程,一定不会犯这个低级错误!

那么“像“电池“储能以备后用!”究竟是什么意思呢?

也许应该从地球获取的太阳辐射角度来考虑,目前我们食用的能源,除了核能以外几乎都来自太阳的“馈赠”,比如煤炭来自远古绿色植物转换的太阳能,石油同样如此,天然气也只是不同的过程,这些化石能源的形成都离不开太阳。

而风能、水能以及洋流能等能源也是来自太阳,因为太阳辐射能让地球大气层升温,海洋水汽蒸发通过大气环流和洋流循环整个地球:

风能来自大气环流以及热辐射引起的对流;

水能则来自水汽环流将水送到高海拔地区再回到大海的过程;

洋流则是温盐驱动的,原因是盐度与温度的变化,而温度变化则是主因;

潮汐能属于月球和太阳的引力驱动,但要是没有太阳辐射让地球水体处在液态,那么很抱歉这个潮汐能也不复存在。

因此从这些角度描述地球是个充电宝似乎也没毛病,汪集旸院士可能要稍稍说明下,要不然大家都根据语境理解为地热还能充入能量,这就罪过大了。

总的来说,汪集旸院士的描述大致上也不算大错,但非常不严谨,特别是他在发言中提到了研究生,这表示这个发言面向的受众层次是很高的,不应该出现这样的错误。

 

Tags:离谱  中科院院士  地球  寿命 

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