錯得很離譜?中科院院士:地球能充能放能,還有45億年壽命

4月22日,世界地球日,中國科學院院士汪集旸表示,地球的壽命還有45億年,不用擔心開發會讓其很快枯竭。不僅如此,地球還像個充電寶,既能作「電源」對外輸出地熱能源,也能像「電池「儲能以備后用。地熱可以用于農業、發電、給南方供暖。

對于中科院汪集旸院士的發言,微博和自媒體跟進非常快,很快地球是個「充電寶」,地球還能活45億年這些觀點就傳遍了全網絡,但令人疑惑的是筆者搜尋多個官方媒體,提到汪院士觀點的卻不多。

可能有很多相當專業的朋友有一些疑問,因為汪院士說的和科學家的主流觀點似乎有些相悖,比如地球充能與放能、還有45億年的壽命等等,和之前公開出版物上的說法似乎有些不一樣!

地球到底還有多少年壽命?

地球是一顆行星,從科學家對最古老巖石的考證以及掉入地球的各種隕石的年齡佐證,地球的「年齡」大約在45億年左右,可能有朋友會好奇,這地球年齡到底是怎麼計算出來的?

這個原理倒也簡單,檢測下巖石中的放射性元素半衰期,比如鈾-238的半衰期為44.68億年,那麼只要測量下有多少鈾-238衰變成了其衰變鏈上的產物,就能推算出地球已經存在了多少年,雖然有誤差,但差的不太大。

地球既然有年齡,那麼有壽命嗎?

可能這應該是大多數朋友的問題,準確地說壽命的定義是對生物體來說的,而無機物沒有壽命一說,就像有人問你這塊鋼板能活多少年,估計你會認為這個人就是個傻子。

但對于地球來說,如果非得要用壽命來定義也并非不行,因為地球有很多保持「活力」的指標,比如地球上存在的海洋、大氣以及生物圈等。

還有時不時出來刷一下存在、冒個煙的火山,也有抖抖更健康的地震,而對于更大的尺度來說,那麼就是板塊運動,從數十億年前開始,地球的板塊經歷了多次大變化,分分合合,合合分分。

有人說月球是死的,火星也是死的,但地球是活的,這個活力的指標除了生命星球外,還有它的內核,因為地球足夠大,有地球形成之初的引力坍縮能和放射性衰變能,保持了一個熾熱的內核。

地球的熔融態的地幔層以及在地幔層中地幔熱柱則是板塊運動的根源,它也是導致火山噴發的原因以及地震的主因,有了這些運動,所有有人覺得地球是活的。

但這個活力還有另一個非常重要的指標,就是磁場!

火星和月球內核也是熱的,但它已經無法支撐起一個熔融態的內核,更不能流動!而地球則可以,盡管科學家難以解釋地球磁場成因的發電機原理,但這和熔融態并且流動的內核是脫不開關系的,如何產生對于大家來說不重要,但這個發電機原理產生的磁場卻幾乎有著極其重大的作用。

磁場到底能干嘛?

磁場除了用來讓大家可以用指南針以外還有一個重要的功能,將來自太陽的帶電粒子偏向,大部分導向地球面向太陽的后方太空,還有少部分進入氣候極端惡劣的兩極,使得中低緯度地區免于太陽強大的輻射。

各位應該聽過美國宇航員斯科特·凱利(Scott Kelly)在空間站遭遇輻射,8.7%的DNA變異新聞,盡管那只是一場烏龍,但輻射導致DNA變異確實是一個不爭的事實,如果沒有保護,那麼至少皮膚癌會比現在高出幾十倍甚至幾百倍,在動物漫長演化過程中,輻射導致的變異漸漸將會顯現出來,當然更有可能的是扼殺生命。

地球生命的指標:磁場?

其實磁場只是一個果,而因則來自地球內部的熱量,因為高溫導致了地球內核處于熔融態,而地球自轉的帶起了流動,磁場只是這些前因下的一個產物,因此判定地球的生命指標,應該是地球內部的高溫?

那麼問題來了,地球內部的高溫會消失嗎?答案令人擔憂,會消失!而且這個時間就「不遠」了,地球內核的高溫有兩個來源:

1、引力坍縮能,來自太陽系形成之初的「饋贈」;

2、放射性元素的衰變;

前者占一小部分,而后者則是大部分,據科學家估計,可能有2/3以上的熱量來自放射性衰變,而地球已經過去了45億年,早已過了大部分放射性物質的半衰期,即使半衰期比較久的鈾-238也已經過半了,未來產生的熱量會越來越少。

而地球內核正在向外釋放熱量,用現今平均大地熱流計算的由地球內部向外釋放熱量為1.39x10^21焦耳,不過有朋友應該有疑問了,這太陽不是也在向地球輻射嗎?地球接收的太陽能高達5.52x10^24焦耳,這個答案是對的,但太陽接收的輻射有部分會被地球反射到宇宙空間,只有少部分會以大氣中的風和洋流以及水汽循環等模式保留下來。

不過這些能量有一個問題,太陽輻射無法補充內核向外散失的能量,也就是說盡管太陽源源不斷地在給地球輸送能量,但地球的內核依然在變冷,而且還是一個不可逆的過程。

未來地球內核溫度下降到無法保持熔融態,那麼流動就會停止,產生地球磁場的發電機原理將不再存在,磁場小時,地球將裸奔,這會有兩個結果:

1、磁場消失,帶電粒子強輻射將會穿透大氣層到達地面;

2、大量帶電粒子會轟擊高層大氣,這些大氣分子會達到逃逸的速度溜走;

前者會讓生命變異甚至難以生存,地球會逐漸變得不再適合生命存在,或者生命都將進入地下;后者問題更嚴重,因為大氣層會逐漸逃逸,最后大氣壓下降到水都能沸騰時,那麼水也將消失,地球變得像火星一樣無比干燥,大氣稀薄到和35千米的高空沒有區別。

到那時,地球內核變冷,大氣層消失,生命也消失了,此時的地球算不算死了?

那麼問題來了,地球何時會變冷?何時磁場消失?根據地球內核的熱量產生與流逝的速度,其消失的時間大約會在23億年以后。

所以說中科院汪集旸院士的說法,地球還有45億年的說法是不正確的!

不過相信應該有朋友會提異議,那會人類科技已經發達早已可以深入地下生存,人類也可以利用核聚變供給能量,只要地球存在就能永續生存,就算水資源會逃逸,也可以預先在地球內部制造一個巨型空間存入大量的水源,而且太陽系絕對不缺水,木衛二上的水比地球還多,要擔心水不夠?到了核聚變時代,運點水過來不是很簡單麼?

屋漏偏逢連夜雨: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,但比大氣層消失還有一個更不好的消息,太陽在后期的紅巨星時代,不僅會烤焦地球,還可能吞并了地球,這一點可能大家是沒有想到的!

而原因則是來自太陽內部!

太陽發光發熱的原因來自太陽內核氫核聚變,在后期,太陽內核氫燃料消耗完后會坍縮,其內核和外層氫燃料會開始燃燒,溫度上升,殼層氫燃燒更劇烈,太陽會出現膨脹,這就是紅巨星的來歷。但在這個過程中會發生兩件事:

1、紅巨星:殼層氫燃燒高溫導致恒星膨脹形成紅巨星;

2、氦閃:核心氦元素堆積,溫度會增加,達到1億K時會發生氦聚變,此為氦閃;

由于中心的氦處在簡并態,氦聚變時無法通過膨脹調節聚變速度,因此會出現「爆炸性」的聚變,產生的熱量向外釋放,會導致太陽突然發生前所未有的活動,比如日冕物質大量拋射,會給太陽系內的天體帶來滅頂之災,即使地球有磁場也擋不住如此狂轟濫炸。

當然氦閃只會摧毀地球表面,如果人類躲入比較深的地下應該是沒有問題的!但膨脹的紅巨星不斷擴大卻是心腹大患,科學家經過計算認為,像太陽一類的恒星膨脹時期直徑大約能到達地球軌道外。

地球貼著太陽表面運行

但此時也會因為丟失大量物質,造成太陽質量下降,地球軌道會稍稍躍升到更遠,但兩者非常接近,也就是說地球有很大機率會在太陽這顆紅巨星的「大氣層」內飛行,阻力大增,逐漸墜入太陽,此時地球面臨的結局直接就是灰飛煙滅了。

還有多久?假如按整個說法,地球差不多還存有將近40~50億年的「壽命」,不過要先說明下,氦閃會比這更早發生,不過這也沒啥意義,因為地球核心冷卻后,地表就不再適合生存了,氦閃來不來其實差別已經不大了。

地球究竟能不能充能放能?

中科院汪集旸院士還表示 地球還像個充電寶,既能作「電源」對外輸出地熱能源,也能像「電池「儲能以備后用!在這個描述中,利用地熱發電大家都能理解,但像電池一樣儲能備用是什麼意思?還能向地球充入能量?

根據汪集旸院士的語境,似乎是從外向內對地球蓄熱,顯然這是不可能的,而汪集旸院士也作為地熱和水文地質學家,中國科學院院士,中國科學院地質與地球物理研究所研究員、博士生導師,他一定明白這是個不可逆的過程,一定不會犯這個低級錯誤!

那麼「 像「電池「儲能以備后用!」究竟是什麼意思呢?

也許應該從地球獲取的太陽輻射角度來考慮,目前我們食用的能源,除了核能以外幾乎都來自太陽的「饋贈」,比如煤炭來自遠古綠色植物轉換的太陽能,石油同樣如此,天然氣也只是不同的過程,這些化石能源的形成都離不開太陽。

而風能、水能以及洋流能等能源也是來自太陽,因為太陽輻射能讓地球大氣層升溫,海洋水汽蒸發通過大氣環流和洋流循環整個地球:

風能來自大氣環流以及熱輻射引起的對流; 水能則來自水汽環流將水送到高海拔地區再回到大海的過程; 洋流則是溫鹽驅動的,原因是鹽度與溫度的變化,而溫度變化則是主因;

潮汐能屬于月球和太陽的引力驅動,但要是沒有太陽輻射讓地球水體處在液態,那麼很抱歉這個潮汐能也不復存在。

因此從這些角度描述地球是個充電寶似乎也沒毛病,汪集旸院士可能要稍稍說明下,要不然大家都根據語境理解為地熱還能充入能量,這就罪過大了。

總的來說,汪集旸院士的描述大致上也不算大錯,但非常不嚴謹,特別是他在發言中提到了研究生,這表示這個發言面向的受眾層次是很高的,不應該出現這樣的錯誤。


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