@ 2018.06.22 , 23:20

what if:藏起大气层

大气层的厚度和地球半径相比要小很多,那么要在地上挖多大个坑才能让人们觉得喘不上气?—— Sam Burke

很简单的想法是:当你在地上挖一个坑,这个坑就会被空气填满。如果你挖的坑足够大(你就可以去打麻将了),大部分的空气就会流入这个坑,坑外留给人们呼吸的就不多了。
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大气层的体积不是很容易准确地计算,因为大气会随着高度的上升变得越来越稀薄,而且也没有固定的边界。如果你把全部大气压缩到地表大气的密度,那它大约是十公里厚,要占据40亿立方千米。40亿立方千米的空气足以填满一个边长一千迈的立方体,大约是地球固体地核的体积,这给我们一个大致的概念这个坑要有多大。
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挖这么大一个坑将是一个挑战。如果坑的开口是马萨诸塞州那么大(27363平方公里),那么坑的深度要比地球直径还要长才足以装下地表压强下的全部大气。如果坑的开口是枫叶国那么大(1000万平方公里),坑的深度要400千米,要比我们实际能挖的深度要深很多。

等一下!大气压会随着高度而变化。高度上升时气压会下降,当你开车上山或者坐电梯上高楼层时,你可能会感觉到耳膜会鼓起来。同样的道理,高度下降时气压会上升,地下深层的气压要比海平面的气压大很多。

看起来逐渐加大的气压能帮我们把更多的空气装进坑里去。压力应该可以压缩空气,所以一个很深的坑能比它看上去的容积装得更多一些。但是事实上并不是这样。

地下越深的地方,岩石就越热。根据理想气体方程,高压会压缩气体,但是高温会让气体膨胀。如果考虑地壳上的一个坑,温度引起的膨胀确实可以抵消掉高压引起的压缩。有计算表明当地壳温度梯度高于30摄氏度每千米时,气体就不会被压缩。如果温度变化比这个数值更快,就像地壳大部分区域或者火山爆发的时候,空气密度实际上会随着高度下降而下降,即使压强在上升。

要是我们用其他方式压缩气体会怎么样?
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潜水用的高压气瓶可以把空气的体积压缩200倍。成堆的气瓶大约只要几百迈高就可以装下整个大气层。如果我们想进一步压缩空气,可以把它们液化。空气的组成部分大多是氮气和氧气。如果充分冷却的话,空气可以液化成与水密度相近的液体。

如果我们把整个大气层液化——虽然我个人觉得我们不太应该——可以想像我们大概可以把它装在地表某处。我们只要移除一片表层地壳,露出高温的岩浆和高压的岩石层,然后想办法把这些都封起来,并且要保持低温,这样才不会把我们的储气罐融化掉。

这项挖掘工程基本上是不可能的任务。但是假如你有办法解决了数不过来的工程问题,原则上你可以把整个液化的地球大气层装进8千米深、开口有德克萨斯州那么大(69.6万平方公里)的坑里。

尽管你可能不会去想用那个地方。
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本文译自 XKCD,由译者 YC 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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