问题

如果地球自转速度逐渐下降三百年,最终下降到只有目前的三十分之一,那地球会怎样变化?还有生命吗?

回答
如果地球的自转速度在三百年间逐渐减慢,直至只有现在的三十分之一,这将是一场波及整个星球、深刻改变一切的灾难性事件。这不仅仅是时间流逝速度的变化,更会引发一系列连锁反应,对地球的物理环境、气候模式、甚至生命的存续方式产生颠覆性的影响。

一、 日夜交替的剧变:永恒的白昼与黑夜

最直观的变化是日夜交替的频率。目前地球自转一周大约是24小时,而新的自转周期将是720小时,也就是整整30天。这意味着,你经历的“一天”将是现在的15天白天接15天黑夜。

极端温差: 漫长的白天意味着地表暴露在阳光下的时间会极大延长。没有了快速的昼夜更替,阳光的能量会持续不断地加热陆地和海洋。白天的一侧可能会变得异常酷热,足以蒸干地表的水,让动植物难以生存。相反,漫长的黑夜则会带来极度的严寒。地表会迅速冷却,温度可能骤降到冰点以下,甚至更低。这种巨大的温差会成为绝大多数生命难以逾越的障碍。
风暴模式的改变: 地球自转是驱动大气环流和洋流的重要因素。自转速度的减慢将极大地削弱科里奥利力。科里奥利力负责偏转风和洋流,形成我们熟悉的全球气象模式。一旦科里奥利力减弱,大气环流会变得非常缓慢和直线化。这可能导致一些地区长期处于无风状态,而另一些地区则可能形成巨大的、停滞的强对流区域,引发前所未有的极端天气,如长时间的暴雨或干旱。海洋环流也会受到影响,可能导致热量分布的严重不均,加剧温差。

二、 大气与海洋的剧变:从稳定到混乱

大气稀薄化与水汽蒸发: 持续的长时间白天和高温会加速地表水分的蒸发。大量的水汽进入大气层,但由于自转减慢,大气环流效率降低,水汽可能无法有效地被输送到其他地区,导致某些地方极度干旱,而另一些地方则可能出现极端的降水,形成局部性的巨大洪水。同时,长时间的曝晒也可能导致大气层中的某些成分发生变化,甚至加速臭氧层的损耗,增加地表紫外线的辐射强度。
海洋的“静止”与风暴的酝酿: 洋流的模式也将发生巨大改变。许多洋流是由风力和地球自转共同驱动的。自转减慢意味着洋流的动力减弱,甚至可能出现大片海域的“停滞”。这不仅会影响全球热量的输送,也可能导致海洋生态系统的崩溃,因为许多海洋生物依赖洋流进行迁徙和获取营养。然而,即便整体洋流减弱,由于热量分布的不均,局部的剧烈温差仍然可能引发超级风暴,这些风暴的路径和强度将与我们现在所知的截然不同。

三、 地球内部的响应:地质活动的潜在影响

地球形状的微小改变: 地球的自转速度影响其形状。地球并非完美的球体,而是由于离心力在赤道略微鼓起。自转速度减慢,这种鼓起会相应减小,地球会变得更接近一个理想的球体。虽然这个过程是渐进的,但可能会在地壳和地幔中产生应力,潜在地影响地震和火山活动的频率与强度。
地核与地磁场: 地球自转也与地核的流动有关,而地核的流动产生了地球的磁场。磁场是我们抵御太阳风和宇宙射线的重要屏障。自转速度减慢可能会对地核的流动产生影响,进而削弱地球的磁场。如果磁场大幅减弱,地表将暴露在更高剂量的有害辐射之下,这对生命是毁灭性的。

四、 生命的挣扎与演化:残酷的适应与灭绝

在这场剧变中,绝大多数生命将无法适应。

植物: 绝大多数依赖光合作用的植物将面临巨大的生存挑战。长时间的白天和炙热可能导致它们“烤焦”,而漫长的黑夜和严寒则会使它们冻结。只有那些能够休眠极长时间、或能够快速生长又快速休眠的极端植物,才可能勉强维持。水资源的极度匮乏或泛滥,也将是它们难以克服的困难。
动物: 动物的命运更加坎坷。依赖昼夜节律活动的动物将完全混乱。食草动物需要找到在漫长白天中不被晒死、也不被饿死的草;食肉动物则需要在漫长的黑夜中抵御极寒,并在短暂的“黄昏”或“黎明”期寻找食物。绝大多数动物的生理和行为模式都无法应对如此巨大的时间尺度变化。
微生物: 或许,地下深处的微生物,或那些生活在特殊环境(如海底热泉)中的微生物,由于其生存环境相对稳定,受到的直接影响可能较小,它们或许能够继续存在。
人类: 对于人类来说,这是一场文明的终结。没有足够的时间和技术储备,人类将无法在如此短的时间内(三百年)建立能够抵御如此极端环境的庇护所。即使是最先进的地下城市或太空殖民地,也可能难以维持。大规模的食物短缺、水源枯竭、极端天气肆虐,加上潜在的磁场减弱带来的辐射威胁,都将使人类社会迅速崩溃。
生命的演化? 在极少数情况下,如果生命能够以某种方式幸存下来,那么在漫长的时间尺度上(虽然这里设定了三百年,但地球的自转会一直受到影响),可能会出现新的适应性演化。例如,一些生物可能演化出能够在极端温度下休眠的能力,或者发展出更强大的抗辐射能力。然而,以目前生命演化的速度来看,三百年不足以产生能够适应如此剧烈变化的新物种。

结论:

如果地球自转速度在三百年内大幅减慢至目前的三十之一,这将是一场几乎可以肯定会终结绝大多数现有生命形式的浩劫。地球将变成一个极端、混乱的星球,白昼与黑夜的巨大温差、剧烈的天气变化、潜在的磁场减弱,都将构成难以想象的生存挑战。即使有极少数生命形态得以幸存,它们所处的环境也将与我们现在所知的地球截然不同,它们将是这场宏大灾难中残存的微弱火种,在与残酷环境的无尽搏斗中,等待着未知的命运。这不再是我们熟悉的、孕育生命的蓝色星球,而是一个被时间扭曲、被极端气候撕裂的死亡之地。

网友意见

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@鲍钰

既然有两个人邀请,那就来答一下。

先说结论:根据对地球制动条件的不同,生命可能全面灭绝,也可能不会。


我们先来看看地球的动能有多少。

根据旋转体的动能公式为:

  • 为转动惯量,实心球的转动惯量为

带入得,

  • 其中地球质量 ,半径 ,角速度

那么,我们得到地球的动能大约为:

可能大家对这个能量没啥概念,我们不妨对比一下。

人类所有能源达到的总功率为2x10^13W。

即便我们把自己的所有能源转化成机械能,让地球停转,也需4亿年的时间。

接下来看看,让地球300急刹车,每秒钟对地球所做的功有多少。

如果地球速度减慢是均匀的,那么每秒减小的角速度:

如果地球的质量和半径没有变化,那么动能和角速度的平方成正比。

那么,在某一刻时间 ,地球损失的动能为:

带入 , , 的值,得到地球对外做功,与时间t的关系:

从公式可以看出来,至少长达10^8s的时间,也即差不多3年的时间内,地球对外做功功率都可以近似看做恒定,即:

已知一吨TNT爆炸产生约4.2×10^9 J的能量,可知地球每秒对外做功,相当于125亿吨TNT。

这个能量相当于250个沙皇氢弹。

也就是相当于:每隔一秒钟,就向地球投放250个沙皇。

这些能量作用在地球上,很难均匀分布,那么会造成全球级的火山、地震、海啸等毁灭性灾难。

大地在不断摩擦的过程中,温度不断提升,全球生命走向不可逆的大灭绝。

如果力量均匀分布在地球表面的每一寸土地上呢?

不让火山、地震、海啸等出现,生命还会灭绝吗?

地球表面积5.1×10^14m^2,那么相当于每平方米的功率约10万W。

这些机械力最终都会转化成热量。

太阳对地球单位面积垂直辐射强度(太阳常数)也才1367W。

前者是后者的73倍。

但这这些机械能一开始不会转化成热能,而是在不停地给地表做功的过程中,地壳内部的摩擦不断生热,热量才会逐渐升高。

这些热量最终会把地表加热到什么程度呢?

有温度的物体,就会对外辐射热量。

地球可近似看成黑体,根据黑体辐射定律:

为Stefan-Boltzmann常数(即黑体辐射常数),大小为:5.67×10^-8W/(m2·K4)

为单位面积辐射能量,地球达到热平衡时:

对外辐射热=太阳辐射热+地球内部衰变热+机械功转化热

也即地球达到热平衡的时候,地表平均温度约278.5℃。

但由于海洋的存在,地表受热并不均匀。

地表在不停被蹂躏的过程中,温度不断升高,超过100℃后,绝大部分生物都已经完蛋。

让整个海洋沸腾的热量大约5×10^26 J,所以海洋最终会被加热至沸腾。

海洋蒸发总热约2.7×10^29 J,所以海洋还不至于蒸发殆尽。

但水蒸气增加,随着大气压的增加,海洋温度也会再次升高。

最终,整个地球大气和海洋形成一口超级高压锅,不仅仅是动植物们,无数顽强的病菌也最终被消杀。

海洋的存在,大大影响了地球对外辐射热量。陆地充斥着大量的熔岩,温度可高达数百摄氏度。

其实,在作用力不均匀的情况下,地球同样会经历相似的加热过程。

只不过发生这一切之前,地震、火山,海啸会先把地球弄得致密破碎。如果地壳的破坏程度足够的高,大量熔岩到达地表,大陆架皲裂,海洋最终被蒸发殆尽也是有可能的。

如果这个制动力均匀分布在深地层,甚至地核中,情况又怎么样呢?

地球表面岩层热导率可按照2W/m·K来算。

根据傅里叶定律

对于0.1m的厚度,单位面积传递10万W的热量需要5000℃的温差。但这是根本不可能的,因为5000℃,地表物质都已经全部分解汽化了。

这说明,正常情况下,地球内部的热传根本达不到单位面积10万W。

地球大量的热量,其实是传不到地表的。

如果非得让热量传到地表,必须让地层大量融化,全球性的岩浆,才能把这么多的热量带到地表上来。

制停地球的热量,能否把地球内部融化?

我们不妨假设一个最极端的情况,这个作用力在地球内核深处。

地球总质量5.96×10^24kg,温提升1000℃,平均比热容取值1000J/ (kg·℃)

那么,需要的热量为5.96×10^30 J,才有可能融化地表岩层。

功率不变的情况下,让让地球融化,时间也超过3000年,比300年的时间长很多。

也就是说,神秘的外部力量,如果全部加在内核制停地球,产生的热量尚未传到地面的时候,地球就已经制动完成了。

地球制动完成后,内部的热还会继续向外部散热,但由于内部已经没有源源不断的热量提供。这些热量释放的速度,会变得极其漫长。

地球内部释放热量的速度有多慢呢?

50亿年前,地球引力结合产生的热量,到现在都还没有释放完(当然,内部热量还有重元素衰变源源不断地提供)。

地球制停的总热量,比起地球内部热能小了好几个数量级。

所以,最终热平衡时,地表提升的温度甚至可能远远低于1℃。单纯从温度的角度来说,对地球的生命影响微乎其微。

当然,如果包裹地核的金属流体速度也发生了改变,并引起地球磁场的改变,是可能对生物造成很大影响的。

如果制动的力不是在地表,也不是在地核,而是在地壳上呢?

地壳总质量是整个地球的0.42%。

容易得到这样的结果,大约在10多年的时间,总热量可以把地壳融化。

地球上的主要生物,在前3年间灭绝。

总的来说,生物灭不灭绝,主要还是看怎么给地球制动了。

从地表到地核,随着施加力位置不同,以及是否均匀,灭绝的速度也从快到慢。

制动力量均匀分布在地幔以下,地球上的生物就可能不会全面性灭绝了。

但无论怎么样,生物大灭绝依然是会发生的。

毕竟,地球自转速度只有1/30后,一昼夜长达一个月时间,一年仅仅12天昼夜。

昼夜温差会变得很大,哪怕赤道附近,就可超过50℃的温差。

一昼一夜,犹如黑龙江夏天和冬天的区别。

世界范围内,还会形成超级风暴等各种极端的天气。

300年的时间,各种植被和动物尚不能适应这么大的气候转变。

植物大灭绝之后,地球的大气成分还会发生改变。

最终灭绝的物种数量,可超过90%。

在长期自然选择的过程中,最后活下来的物种,无论生物节律、形态、习性等都会发生天翻地覆的变化。

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