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如果太陽停止發光發熱,人類怎樣才能生存最久?

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如果太陽停止發光發熱

人類將用何種方式生存最長的時間?


(假設太陽停止發光發熱,但其他一切正常,比如引力作用。如果太陽逐漸且有徵兆地熄滅(此處熄滅並不是指停止聚變,可以假設是來自太陽的光和輻射被某種東西遮擋),全世界合作將如何使人類在失去太陽的地球上生存最長的時間?)


雖然在主序階段的太陽如果沒有聚變反應無法抵抗自身的引力,但是如果在這樣的假設條件下,不妨去思考一下人類的未來!


第一部分:黑暗侵襲?

無論你在看《暴走大事件》還是《疑犯追蹤》,你並不會馬上感覺到窗外的天黑了,因為地球到太陽的距離夠光跑一會的:

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直到500秒後······天空中可能還會有一絲弱光,在地球知曉陽光熄滅後,木星還是能繼續反射之前的太陽光:

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在大約30分鐘到1小時之後,天空中最後一道亮點也逐漸消散,微黑色成為天空的主旋律,因為在沒有月光和陽光的條件下,宇宙將成為唯一的可見背景。


在2004年,Abdul Ahad計算出了銀河系的亮度,得出Ahad常數


式中,mi叫做第i 顆恆星的視星等(Apparent magnitude),1 lx (勒克斯) = 1 lm/(m)^2 的視星等為-13.98。


如牛郎星為0.77,織女星為0.03,除了太陽之外最亮的恆星天狼星為?1.45,太陽為?26.7,滿月為?12.8,金星最亮時為?4.89。現在地面上最大的望遠鏡可看到24等星,而哈勃望遠鏡則可以看到30等星。

總之,銀河系的亮度約為1/300的滿月亮度,並不是完全漆黑一片。


第二部分:能源浩劫?


好消息是,電力和化石燃料(並不依賴陽光)依舊可以繼續使用。根據以下的大致數據:

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上面這幅圖是US原油的產率。

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上面左圖是煤的產率,以每年7%的消耗量計算,可以說真的不需要擔心,用知乎用戶@雲舞空城答主的話說:


甚至可以樂觀的說,只要地球上的生物沒有滅絕,人們都能開採出油氣資源。


有很多同學提到了開採傳統能源的方式,這裡介紹一下水力壓裂法(HydraulicFracturing或者Fracking)。


我們能源消耗的增加,大部分是落在了煤或者天然氣的化石燃料上:

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水力壓裂法主要跟天然氣有關。簡單來說,水力壓裂法主要是關於從地底深層天然氣的抽取。在此方法中,多孔岩由於水、砂和強力化學試劑的使用而破裂,以釋放密封在其中的天然氣

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這項技術起源較早,並在1940年起就被人所熟知,然而儘管如此,這項技術也只是在過去十年才迎來了使用風潮,特別是在美國。原因是,美國和歐洲大陸的大量傳統天然氣來源已經被消耗殆盡,爾後天然氣和其他燃料的價格因此水漲船高。所以,更加複雜、昂貴的提取開採技術比如壓裂法就被提上日程了,一直到現在的大有賺頭。

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據統計,水力壓裂法單單在美帝就被使用超過了一百萬次!並且,超過六成的所有新油井和天然氣井都是利用的水力壓裂法鑽鑿


水力壓裂法分為幾個步驟:


一座豎井鑽入地下數百公尺,從那裡,一條水平的洞鑽進含有天然氣的岩層;

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使用高效能幫助壓裂液灌入地下。通常,壓裂液含有八百公升的水(相當於大約65000人一天的攝入量)加上數千噸的砂礫和大約二十萬公升的化學藥劑。混合物穿透進入岩層併產出數不清的小裂痕,砂礫避免裂痕再次閉合;

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化學試劑具有不同的效用,除此之外它們還可以壓縮水、大量消減細菌或分解礦物;

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大部分的壓裂液被抽取出來,然後天然氣可以被重新填滿。一旦天然氣消耗殆盡,鑽孔就會被封起來。一般來說,壓裂液會被灌回地底深處,並被密封在那裡

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然而,壓裂法同樣也具有不可忽視的風險


主要的風險在於飲用水的污染。水力壓裂法不僅浪費了大量的淡水,而且這些水隨後還會受到污染並具有高度的毒性。這樣的污染如此嚴重,以至於那些水無法在污水處理廠實施凈化。雖然這個風險廣為人知,且理論上可以被管控,但在美國,沒錯,僅在美國,水源就已經因為疏忽而被污染了。還沒有人知道被密封的水在未來會有什麼樣的影響,因為在這項議題上壓根還沒有什麼長期的研究。

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在壓裂法中使用的化學成分有所不同,從極具危險性到具有極度毒性及可能致癌的,像是苯或者甲酸,而且使用壓裂法的公司對這些化學混合物(混合物和未知成分的化合物在我們的《化學與安全》這門課上被老師列為最為危險的物品之一)的確切組成隻字未提,但是已知有大約七百種可以被用在處理過程中的不同化學試劑

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另一項已知的風險就是溫室氣體的釋放。透過壓裂法抽取獲得的天然氣主要有甲烷組成,甲烷是一種比二氧化碳強上25倍的溫室氣體。天然氣在燃燒時,比煤的傷害要小,但是壓裂法對氣候平衡的負面效應卻是全面性的。首先,壓裂的過程需要非常大的能源消耗。第二,鑽孔很快的就會消失殆盡,且比傳統的天然氣井還需要更頻繁地鑽鑿壓裂孔洞。第三,大約3%的天然氣在抽取過程中流失,並散漏到大氣中去。

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當然,在現在這個相對富足的條件下,我們可以理性的評估益處和風險的平衡以及其預期利益。當然,這項技術在短期到中期之間能提供一種方式來滿足我們對低成本能源的要求,但是長期後果是無法預見的,並且對我們飲用水的風險應該要引起重視。

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然而,如果是處在太陽消光這樣的時期,那麼以生存為第一前提的原動力可能會促使人類選擇忽視破壞環境造成的影響。


那麼好了,暫時不用擔心能源問題,城市依舊可以通過人造光點亮生活,只不過每天都是」夜生活「罷了。但這也未必是一件好事,全天候使用人造光源必然造成更為嚴重的光污染,也許以後這樣的美景就成稀世珍寶了:

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第三部分:光合為上?


感覺不錯是嗎?嘿嘿嘿!遺憾的是,光合作用灰飛煙滅了。在油管里,minuteearth的「Why are leaves green」。這兩集中提到地球上99.9%的自然生產(natural productivity)與光合作用息息相關


這裡引入一個HANNP和NNP的概念,大家看一下:

如果太陽停止發光發熱,人類怎樣才能生存最久?



這篇文章的作者根據他們的模型做一個全球消耗凈初級生產分布圖:

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從這兩幅圖中大家可以看到光合作用


對人類活動的重要性以及人類對其的依賴性。


消耗最為猛烈的地區分別為:西歐、南亞大陸、我國部分地區還有中東部分地區。


其中消耗活動最為激烈的地區是西歐和南亞大陸,居然超過了本地凈值的70%,而最少的是南美大陸,消耗量不到本地凈值的7%:


光合作用對人類如此重要,沒了陽光,植物無法吸收二氧化碳,也無法生產人類所需的氧氣!


要玩完了,宗木邦??不用擔心,人類每年大約消耗6×10^12 kg氧氣,而大氣中總氧氣含量大約在1.2×10^15公噸:

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所以昆蟲、微生物還有我們大概有幾千年的時間躺耗,暫時不用擔心這個問題了。


植物們就沒有那麼幸運了,大量的植被迅速死亡,除了那些巨杉:

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因為巨杉能儲存大量的糖分,足以供應它們度過黑暗的年代,它們的首要問題是降溫,隨著地表的不斷降溫,巨杉的水分、樹液(sap)會在它們餓死前就凝固了。


如何應對光合作用消失的這個問題?有很多同學說到的食物鏈斷裂的問題也可以歸結到光合作用消失這塊。


我有幾個思路,然而此處地兒太小,寫不下,容我新開一篇,再與君暢談!


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via:土豆泥(知乎)


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