一起去挖穿地球

来源 :小哥白尼·趣味科学画报 | 被引量 : 0次 | 上传用户:hanjiezm
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  人们常用“掘地三尺”来形容找东西的决心,不过,3尺为1米(1尺约为33厘米),这样看来似乎也没挖多深嘛。那么,假如我们决心更强一些,强到不挖到底不罢休的程度,每秒向下挖1尺,我们能不能一直挖下去,直到挖到地球的另一面呢?
  好吧,不得不承认,这是一个既无聊又疯狂的问题。说它无聊,是因为大家都知道地球是一个球体,尽管不是一个非常圆的球体,但从几何学的角度讲,我们肯定可以从这个球体上的任意一点开挖,然后通过中心,挖到与之相对的另一点。但实际情况可就没有做几何题这么简单了,因为地球可不是一个“表里如一”的大铅球,其内部复杂的状况会让我们的“挖通地球”计划受到重重考验。不过,这样才有挑战的价值嘛!【1】
  假设我们挖的洞的直径为1米,按照每秒向下挖1尺(约33厘米)的速度,我们每秒大约需要搬运半吨重的土石!这可不是一般人能胜任的体力活,而且越往下挖,搬运土石所消耗的能量就越多。但所幸这些问题还是可以靠机器来解决的,挖掘机、盾构机、打洞机……很多机器改装一下就能满足要求啦。【2】
  挖掘和搬运土石的问题还算好解决,但随着挖掘深度的增加,新的问题出现了——洞里越来越热了!由于地质活动、放射性元素的衰变放热,以及地壳的保温作用等因素,地球内部的温度远比我们想象的要高,通常深度每增加1千米,温度就会升高35℃!所以,每秒1尺的挖掘在2小时内就会达到极其危险的环境——温度高得都快把水烧开了!而此时我们才挖了不到3千米,连地壳(平均厚度为17千米)都还没挖穿,更别说挖穿地球了!【3】
  除了高温,压强的变化也成了致命的威胁。当深度达到莫霍面时,压强为1.2万个大气压;当深度达到古登堡面时,压强已高达140万个大气压!在这种压强下,就连超级小强水熊虫都不可能存活(水熊虫最多在6000倍的大气压下生存)。巨大的压强不仅会直接伤害人体,还会使正常空气的成分变得对人体有害。比如,人在高压环境中吸入氧气可能会引发氧气中毒,而地下5千米深度处的气压就足以使氧气变成剧毒。【4】
  【小提示】
  莫霍面,指地壳与地幔的分界面,由克罗地亚地震学家莫霍洛维奇发现,其位置在地下6~30千米处变化。【5】
  古登堡面,指地幔圈与地核外核的分界面,由德国物理地球学家古登堡发现,其位置大约在地下2900千米的深处。【6】
  面对高温、高压的考验,我们能否通过呢?一般的隔热防护服能保护人体在1000℃的环境中短时间活动,目前熔点最高的材料——铪合金可承受4000℃左右的高温,而目前制造出的耐高压容器最多可承受几千倍的大气压……有这些技术的帮助,我们似乎可以在地下再挖一阵子。不过,当我们面对地球的中心——地核的内核时,所有技术恐怕都不管用了,毕竟那里的温度高达6000℃,压强达到360万个大气压!完全不是人类以现有科学技术能够安全通过的区域。如此看来,我们想要挖通地球的计划似乎已经脱离了科学的范畴,想要实现它,就只能往科幻或者魔法的领域发展了。
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