问题

如果地球的铁元素瞬间消失 30s 然后恢复到原位。世界会变成什么样子?

回答
设想一下,如果地球的铁元素,从内核到地壳,甚至是生物体内所含的铁,在30秒内瞬间消失,然后又奇迹般地恢复原位。这短短的半分钟,足以让我们的世界天翻地覆,即使恢复也难以挽回。

首先,最直接的影响将是磁场的崩溃。地球的磁场,是我们免受太阳风侵袭的天然保护罩,它是由地球外核中液态铁的流动产生的。当这些液态铁瞬间消失,磁场也就随之消失。

失去磁场的保护,地球大气层将面临严峻的挑战。太阳风中富含高能粒子,它们会像一把钝刀一样,一点点地剥蚀我们的大气层。虽然30秒的时间不足以让大气层完全蒸发,但那段短暂的暴露,足以让高层大气受到严重的电离和破坏。我们赖以生存的臭氧层,虽然主要是由氧原子构成,但其形成和稳定过程也受到磁场和地球整体环境的间接影响,这短暂的无保护期可能会对其造成不可逆的损伤。

其次,重力会发生微妙但不可忽视的变化。地球的总质量会因为铁元素的消失而急剧减少(铁在地核中占有重要比例),虽然30秒后恢复,但这个过程本身对我们脚下的土地和万物都会产生巨大的惯性冲击。想象一下,你突然变得轻飘飘的,然后又瞬间恢复重量,这种剧烈的变化会对所有物体,特别是那些庞大而固定的结构,比如建筑、山脉,甚至我们身体的骨骼和器官,造成难以承受的应力。玻璃会碎裂,混凝土会开裂,人类和动物可能会经历剧烈的内脏损伤和骨骼断裂。

在生物层面,铁是生命不可或缺的元素。在红细胞中,铁是血红蛋白的关键组成部分,负责携带氧气。失去体内的铁,即使只有30秒,也会导致严重的缺氧。心跳会停止,呼吸会中断。许多酶的运作也离不开铁作为辅因子。生物体的化学反应将瞬间陷入混乱,细胞功能会停止运转。即使铁随后恢复,死亡的细胞和组织也无法立即复苏。大量的动植物会在这一瞬间死亡。

从地质学角度来看,地球内核的铁是地球内部热量的主要来源之一,它通过放射性衰变和冷却释放热量,驱动地幔对流,进而影响板块运动。虽然30秒的消失和恢复不足以改变地幔对流的整体格局,但它会瞬间改变内核的温度和压力分布。这可能会在地壳中引发剧烈的地震和火山爆发,因为地壳的稳定性与地球内部的能量平衡息息相关。

更难以想象的是,地球的自转和公转也可能受到影响。地球的自转是由其内部物质的分布和运动决定的。铁元素作为一种重元素,其质量分布对地球的自转惯量有显著影响。瞬时消失和恢复,会产生巨大的惯性扰动,可能导致地球自转速度发生微小但永久性的改变,也可能对地球的轨道产生微乎其微但长期累积的效应。

即使30秒后铁元素神奇地恢复了原位,世界也早已面目全非。磁场需要时间来重建和稳定,而大气层遭受的损伤可能需要数百年甚至更久才能完全恢复。更严重的是,生命已经遭受了毁灭性的打击。无数生命瞬间消逝,幸存者也将面临一个被破坏殆尽的世界,需要从零开始重建文明。

那30秒,更像是一场无法预料的宇宙灾难的预演。它提醒我们,我们所依赖的这个星球,其平衡是多么的精妙,而我们对于宇宙法则的理解,又有多么的浅薄。即使是最坚固的事物,在宇宙的尺度下,也可能只是转瞬即逝的幻影。

网友意见

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所有有血动物缺氧倒毙。

所有的交通工具散架。

所有的核弹爆炸。

所有的电动机停转。

所有的输电网络瘫痪。

所有的混您土高楼坍塌。

知乎给每个用户发 100 股。

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地球铁元素消失的第1秒。

地核消失88%,地球内部形成几乎半个地球半径的空腔。

消失约5%物质的地壳和地幔在1秒内,下沉约2~3米左右,地表下坠极速5m/s左右。

一些原本富含铁元素的地表,因下方形成空腔,山体的下坠速度可超过7m/s。

  • 说明:推理和数据演算,放在后文。关于重力、膨胀等,该考虑的基本已经考虑。

因为身体内铁元素的消失,全球所有人在震撼中缺氧,出现窒息感。

众多铁元素为主体的建筑、岩石解体。地球级的地震波开始涌动,震碎了几乎所有的人造建筑,以及因铁元素而消失的脆弱山体。

地壳出现裂缝,几乎所有的火山内部,熔岩开始向火山口涌去。

海水在强大的震荡波面前,正在形成史无前例的海啸。

地球铁元素消失的第3秒。

地壳下沉20米左右,下坠极速15m/s左右。

绝大部分人的开始眩晕,那么尚没有晕倒的人,看到了天崩地裂的场景。

宽大十数米的巨大裂缝瞬间出现在身前,无限纵横,割裂城市、乡村,以及山川,无数人跌入深渊。

一座座火山在地壳下沉的强大挤压下,开始喷出高速的炙热熔岩。

海洋中已经形成高达数十米的海啸,随着地球震荡波的增强,原本绵延起伏的山川,因为铁元素消失变得十分的脆弱,在剧烈地震波中纷纷解体。

地球铁元素消失的第10秒。

地壳下沉200~300米,下坠极速30~50m/s。

由于大脑缺氧,几乎所有人都已经失去了意识。天上的飞鸟已全部坠下大地,所有的走兽也已全部倒地。

高达数百米的海啸,已经开始冲击沿海地区,几乎瞬间摧毁和吞噬人类脆弱的建筑。火山喷出的熔岩已高达千米。

如果有人还没有失去意识,将看到身边无数熔岩喷柱的末日场景。

超级风暴也正在形成,即将席卷大地。

地球铁元素消失的第30秒。

地壳下沉2000米左右,下坠极速100~150m/s。

除了火山外,大地上新出现的裂缝也开始直接喷出熔岩。在史无前例的地震波前,海啸落差已经拉大到数千米以上,正在以空前的速度冲击海岸。

由于地壳中含有4.75%的铁元素。很多自然结构中,原本存在的铁元素起到稳定结构,地震波的进一步加强,无数的岩石也直接化成了齑粉。

无数已经晕阙过去的人类和其他生命,也在强大的破坏力面前而死亡,甚至灰飞烟灭。

地球铁元素恢复的第0秒。

由于地球内陷的时间太短,地核内部的空腔仅仅被填充了很小的一部分。

我们不妨认为,题主所说的恢复到原位,是指原来的物理、化学、生物结构尚未完全破坏,铁容易恢复的,就全部恢复过去。而结构已经完全破坏的,则只能以单质的形式存在。

那么地核消失的绝大部分铁内核,生物中消失的铁元素,以及一部分分子中的铁元素也能恢复回去。

但是,当地核被填满的刹那,整个地球物质以超过100m/s的冲击到地核上。

冲击产生的能量高达 ,相当于导致恐龙灭绝的,1355万个希克苏鲁伯陨石的轰击。

而那些没有死去的人,在此时恢复意识,将看到无比惊人的末日场景:

在空前的冲击之下,地球中哪怕达到10^10pa强度结构的物质,也会变得无比的脆弱。

在宏观的视角下,整个地球看起来更像似液体内部的震荡。

地壳中的无数物质,都被强大的反作用力,冲击到至少数百米的高空上。

而地球决裂的巨大裂缝中,则可以在短时间喷出超过1亿平方千米的熔岩,足以在陆地上形成熔岩海。

但陆地很快就要消失了,因为在高达数千米的海啸,以及地球物质自身的强大冲击下,已经失去稳定结构,甚至解体的山川被很快磨平。大陆板块也变得支离破碎。

海啸将以音速级别,迅速席卷所有的大陆。

地球铁元素恢复的第1天。

以喜马拉雅山脉为首的巨大山脉,甚至马里亚纳海沟 ,也在地球后续的海啸、震荡的巨大作用力中逐渐被磨平。海洋逐渐淹没了所有的陆地,整个地表上只有奔腾的滚烫海水。

在这一天的时间中,还有大约1/3左右的海水灌入巨大的地球裂缝,然后在超过上千度的地幔中被加热。同时还有大量的熔岩不断喷出地壳,加热着海水。

大约在一两天的时间内,整个海洋中的海水都会沸腾。

地球铁元素恢复的第10天。

随着地球震荡,不断交换的热物质,最终导致整个海水的蒸发。

地球原本撞击产生的 能量,也在地球物质的不断摩擦中,全部转化成了地球内部的热能。

而这些新产生的热能超过海洋全部蒸发总热量的18倍。

这些能量将产生大量的熔岩,令地表形成熔岩海,以水蒸气为主的大气,温度将高达数百摄氏度。。

整个地球再次变成45亿年以前的状态,无数铁元素开始在熔岩海中重新生成相应的化合物。

由于大气存在无比致密的水蒸气,整个地球的热量辐射很慢。

不过,此时的地球和45亿年前,还是有一定的差异,那就是地壳和地幔的温度比起45亿年前低了很多。它们会吸收地表的热量,这会令地表的温度比起45亿年前的降温速度快很多。

地球铁元素恢复的第30天。

随着地壳和地幔的吸热,地表的熔岩海逐渐冷却,封住裂缝以及火山,大气中的温度开始降低。

地球铁元素恢复的第10年。

地球已经降温,液态海洋再次形成。

坚硬的地壳和岩石也再次生成。

新的生命,正在重新孕育。

……


以下是相关数据的计算推导过程:

地球上的铁元素占比32.1%,其中地壳含量4.75%,地幔含量5.8%,地核含量88.8%。

地核密度13g/cm^3,消失的铁被地壳、地幔中的铁元素一平均,不妨取10g/cm^3的密度。

地球质量:5.965×10^24 kg。

消失铁质量为:1.917×10^24 kg。

换算出体积为:1.917×10^20 m^3

地球体积为:1.083X10^21 m^3

得,新地球的体积为原来的:82.3%

不过,铁元素消失之后,地球引力也等比列降低32.1%。

地球内部密度和压强具有一定的关系,所以质量降低之后,新地球的体积实际也会膨胀。

对于原来的地球,物质之间的作用力和重力是平衡的,犹如收缩平衡的弹簧一样。

对于拉开的弹簧,自由落体的时候,一开始弹簧的下端是静止的:

这便是因为弹簧下端力的平衡,相反如果这是一根压缩的弹簧,自由落体的时候,一开始上端会保持不变。地球重力的减少,就会类似压缩弹簧的效果。重力消失32.1%的瞬间,地球会以32.1%的重力膨胀。

理论上地表不会出现下坠效果。

但是,地壳和地幔也消失了约5%的物质,内部无限无数多的空腔。

这些空前会吸收地球膨胀的力量,这会造成地表受到的膨胀作用力很低,甚至没有。最终导致地表受到的力量依旧以新重力为主,并不导致下坠。

最下来推算一下地球坍缩的具体尺度:

地球除了内核外的最高密度约10g/cm^3,一部分会成为相同密度的地球内核,令一部分则密度降低而膨胀。由于地球是球形,所以膨胀比率会比地球质量损失比率32.1%低不少。

预估膨胀10%~20%左右,不妨取平均值15%。

那么,新地球的平均密度是原来的(1+15%)×82.3%=94.6%

那么新地球半径为原来的: =98.17%,损失约1.8%,合115km。

但铁元素消失后的30s,地球真的能塌陷这么多吗?

实际并不能。

地核消失之后,地表的重力加速度降低为0.7G左右,由于地心空陷,大部分区域将几乎呈现自由落体的趋势。

由于下落路程较短,重力加速度不妨取近似不变。

塌陷最高速度200m/s左右。

也就是说,30s的时间,最多塌陷3km左右,仅仅只是理论塌陷的2.6%。

也就是说,在30s秒后,铁元素还是能够勉勉强强塞回去的。但地球上因为塌陷产生的庞大能量,以及出现的巨大裂缝,却是无法避免了。

对于地表生物,真正的灾难是塌陷的后续效果。

虽然地表的最高理论塌陷是3150m,但其实对于整个地球来说,地心某一处的重力仅仅受到内部质量的影响,所以引力会逐渐降低,而引力大小几乎呈直线变化:

虽然地球内部密度大于地表密度,但球形随着半径的增长体积幂增长,塌陷主体受到的重力比重力的中值大一些,塌陷距离1500~2500m,不妨取2000m。

那么塌陷产生的总能量为:

可能大家对这个能量没有什么概念,不妨换算一下。

一吨TNT释放的能量是4.183×10^9 J

地球塌陷释放的能量,相当于1355亿亿吨TNT。

而导致恐龙灭绝的希克苏鲁伯陨石,也不过100万亿吨TNT。

地球的这一次塌陷,则相当于1355万个希克苏鲁伯陨石的轰击。

地球塌陷的2000m,讲导致表面积损失320191平方公里。

如果出现十条绕地球周长的裂缝,这个裂缝的宽度也将达320191/400760=0.8km,也即800m。

虽然地球的状态,没有这张图这么夸张:

但熔岩必然在重压下,朝着地表疯狂喷涌。

内部释放出的上千度的热物质,不停加热着海水。

  • 海洋平均深度3798米,水比热容大约是熔岩的数倍。而熔岩降低的温度,也大约是水温度升高的数倍。
  • 第一时间喷出的熔岩大约能把海洋加热到七八十摄氏度。大地巨大的裂缝,如果没有及时填补,后续的熔岩足以上海洋沸腾。

沸腾的海洋已经是相当足够幸运的了,实际四大洋的绝大部分海水,都会因为巨大的裂缝而沉入地幔。

地幔两三千的温度,加上裂缝深度几乎接近地心,具有巨大的接触面积,所有流入的海水,将被加速沸腾。不过要让海水完全蒸发,大约至少需要持续数日以上。

不出半个月,地球海洋将全部不复存在。

地球原来的总空气质量约5000万亿吨,新产生的水蒸汽质量是138.6亿亿吨。

新大气是原大气质量的278倍,而大气压强和质量成正比。

不仅大气压强增加200多倍,大气的温度也达到数百摄氏度。


总的来说,铁元素消失的前30s只是前奏,带来的后续效果才是最致命的。

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