假如地球突然停止自转,除了昼夜交替消失,还会引发哪些我们意想不到的灾难?

瞻云,先让一部分知识有趣起来

地球停转的刹那,将迎来前所未有的超级风暴、海啸、地震、火山……产生庞大的能量,相当于 1.22 万亿颗沙皇氢弹,或灭绝恐龙的小行星连续撞击地球 61.2 万次。

如此狂暴的世界末日,空前绝后。

走起!

让我们一起来体验体验吧。

地球停转 1 秒钟。

根据所在纬度位置的不同,人体飞出的瞬时速度为 0~465m/s。

如果不幸正好在赤道上,将以 465m/s 的速度飞出去。

这是什么概念呢?

从外太空坠入地面,能够达到的极限速度也就 50m/s 左右,这个速度是它的 10 倍。

这个速度远远达不到第一宇宙速度(7.9 km/s),所以我们并不能看到人飞向天空,几乎都是直接横飞出去。

撞死、摔死、穿刺死……绝大多数人在一瞬间死去。

假设体重 70kg,人体的有效弹性可压缩极限是 10cm,依据公式:

我们可以得到,人体撞击在墙上的瞬间,承受的力理论大小为:

也即接近 8000 万牛,大约相当于 8000 吨的力量,一艘核潜艇的重量。

想象这么一个大家伙,仅仅只压在你身上的情景

人体冠状面横截面积大约 0.5m^2,撞击在墙上的受力面积最大不会超过这个面积。

撞击的一瞬间,产生的压强高达:151357500Pa

也即 150 MPa 左右。

人体皮肤强度的典型值范围为 2.5~16MPa[1],大多骨骼的强度低于 100MPa,通常只有四肢(股骨、胫骨、肱骨、桡骨)骨骼可达到 150MPa 左右[2][3]。而结缔组织的强度最多在皮肤和骨骼之间。

不同动物股骨、胫骨、肱骨、桡骨强度,上下红框分别为人类骨骼抗拉和抗压极限

这意味着,在如此大的压强下,人体几乎直接彻底崩碎。

人体本质上接近于非牛顿液体,崩碎的瞬间,大约类似于这样的效果。

非牛顿液体被撞碎的画面

强大的破坏力,并不仅仅对人体有效。

在这一瞬间,人类大多数的建筑、山体,都在一瞬间解体、崩碎。

大地龟裂,地面涌动。全球级的超级地震,几乎在瞬间发生。大地一片片决裂,无数侥幸没有死去的动物,坠入深渊、埋入滚滚泥石洪流。

那些相对结实的建筑、山体,即便没有在瞬间解体,也被飞来的大量物体,犹如狂风骤雨一般的轰击。

地球停转 1 小时。

所有物体都以 465m/s 的速度飞出去,也包括空气和海洋。

虽然它们与其它物质同时飞出,但摩擦的过程中,地面上崩碎的岩石、土壤、山体、城建,速度迅速下降,但作为流体的空气和海洋,速度下降会慢得多。

更何况两极附近的风速、水速接近于 0,与赤道附近的速度也相差 465m/s。

有了相对速度,全球级别的超级风暴和海啸,虽迟但到。

人类记录的最强台风等级为 17 级,风速也只是超过 51m/s。人类观察到的最强台风,中心附近也只是略微超过 70m/s。

产生的超级台风,风速上限达到 465m/s,这个数值已经超过音速。

考虑到实际过程,这超级台风风速,即便没有达到音速,也会轻松超过 200m/s。

超级风暴和超级海啸席卷全球,高速流动的大气和海洋,对地表物质进一步高速破坏。

大量碎块、粉尘,进入大气和海洋,随着地表不断地高速流动。

这场全球级的风暴和海啸,蕴含的能量极其庞大,刚才侥幸没有死去的动物们,正在被强大的破坏力所绞杀。

均匀分布在旋转球面的物质,动能为:

  • 为地表均方速度, 为赤道线速度,对球面积分有

大气总质量取值 5.15×10^18kg,求得大气总动能为:

5.57×10^23 J

沙皇炸弹当量为 5000 万吨 TNT,也即 2.1×10^17 J。这场全球级超级风暴,相当于 265 万颗沙皇炸弹爆炸。这个能量已经达到小行星灭绝恐龙的数量级(100 万亿吨 TNT[4])。

海水总质量取值 1.35 × 10^21kg,求得海洋总动能为:

9.73×10^25J

这场全球级超级海啸,则相当于 4.6 亿颗沙皇炸弹爆炸。相当于灭绝恐龙的小行星,连续撞击地球 200 多次。

然而,这场史无前例的破坏,还仅仅只是一个开始。

地球停转 1 天。

庞大的作用力下,崩碎的地表与海水不断混合,此时已经很难分清楚哪里是海洋哪里是大陆。

随着大陆一片片的皲裂、涌动,大大小小的火山犹如泉涌一般的喷发。

地球刚开始停转时,就已经有大量超级火山喷发,随着地球内部的不断作用力,大地一片片皲裂,小火山化作大山火山,甚至没有火山的地方也形成全新的火山,越来越多的熔浆不断喷出。

原本平均 15℃的地表,正在不断升温。

地球自转具有庞大的动能,这些庞大的动能,不会凭空消失。

我们假设,地球停转,源于外部的突然完全制动。通过向内的逐层摩擦,最终让地球内部也完全停止转动。

这个过程,地球内部各层之间的相对运动,不断转化成热量。

旋转体的动能公式为:

  • 为转动惯量,实心球的转动惯量为

  • 其中地球质量 ,半径 ,角速度

求得,地球动能大约为:

这能量相当于 1.22 万亿颗沙皇氢弹,相当于灭绝恐龙的小行星轰击地球 61.2 万次。

这些所有的动能,完全转化成热量会发生什么呢?

我们不妨来到 45 亿年前。

早期地球曾被一颗叫作忒伊亚的星球撞击。

一般认为忒伊亚质量和火星相当。但实际依据不同文献,忒伊亚的质量预估在 1.55×10^23~2.69×10^24 kg,大约相当于 0.24~4.2 个火星质量之间。

撞击能量下限为 6.28×10^30 J

地球自转动能,已经只比这一场撞击产生的能量相差一个数量级。

这场史无前例的撞击之后,诞生了月球。

而地表则化作熔岩海。

当年忒伊亚撞击地球时产生的庞大能量,至今没有完全散逸。

  • 那次撞击的冲击波瞬间穿透忒伊亚和地球的上地幔,除了抛射出去的部分形成月球外,没有抛射的也被融化成了熔岩。这些熔岩后来一部分形成幔层,一部分作为熔岩至今还在以火山的形式喷发。因此,这部分特殊的幔层又被称为忒伊亚地幔。

地球停止自转后,虽然没有表面的冲击,但地球内部却会发生激烈的熔融作用。

庞大的热能主要通过摩擦,从地球内部产生。

地球内部本身就存在温度梯度。

地幔以下,温度变超过 1000℃,熔融状态的外核附近更是超过了 3000℃。

虽然火山熔岩来自地幔,但核幔边界的熔融物质,会给外部熔岩提供持续的推力。

地球停止自转后,地壳、地幔、地核之间的摩擦,逐渐产生庞大的热量,随着不断在地幔产生更多的熔融物质,产生庞大的推力,使得更多的大量新旧熔浆,不断涌向地面喷发。

全球级的超级风暴、超级海啸之后,遍布全球的超级火山成为主宰。幸存的极少数生物,面对持久的超级火山,也在劫难逃。

其实单纯依靠热传递,地位内部产生的庞大热量传递到地表很慢。而且热量完全均匀分布的话,整个地球从内到外均匀升温,不过上升几十℃。

但问题就出在,通过庞大的火山喷发量,可以直接把内部产生的庞大热量带到地表。而且球形的三维特性,也决定了整个地幔占据了地球更多的旋转能量。

而且由于温度梯度的存在,地表的热量不会再传入地球深处。

再加上地球内部本身就存在的大量熔岩喷出,地球外层最终增加的热量,甚至有可能超过地球自转产生的总热量。

地球停转 1 年。

早期熔浆冲出地面,一开始还会冷却。

但随着熔浆越来越多,温度越来越高,海洋也在不断蒸发。

地球表面海水完全蒸发后,温度并不是 100℃,而是远远高得多。

因为海水不断蒸发后,大气压激增。

而大气压激增后,海水的沸点也会增加。

2 个大气压时,水沸点为 120℃左右

海水总量蒸发 1/4.59 之后,大气浓度就会达到金星大气浓度。

单个水分子的红外线吸收能力大约是二氧化碳分子的 2 倍,金星大气主要是二氧化碳,此时的地表温室效应强度相当于金星的 2 倍左右。

我们都知道二氧化碳是温室气体,但实际地表温室效应最强的是水蒸气,温室效应贡献提供了 36~70%。

金星表面的温度高达 460℃。

而大量海水蒸发后,地球便开启了超级温室效应。

在海水蒸发量达到 1/10 时,地表就已经有了数百℃。

当海洋完全蒸发,地表温度已经超过 1000℃[5]

以上的整个过程,海水吸收的热量大约为 10^22 J,只相当于地球自转能量的一千万分之一。

即便地球内的庞大热量并不是短时间完全到达地表,但作为天体级的热量,仅仅一部分随着熔浆逐渐到达地表,也足以在短短几个月的时间,完全蒸发掉海洋。

海水完全蒸发后,产生的大气压超过 400 个标准大气压。

标准大气压约为 0.1Mpa,也即,此时地球的大气压高达:

40Mpa

这个气压强度,破坏力极强。

中高强度混凝土和粘土砖的强度,大约相当于这个级别。也就是说这个时候的大气压,相当于你用锤子锤碎混泥土、砖块的破坏能力,足以压碎地表硬岩外的大多数物质。

接下来,地球很长时间会维持如此高的大气压状态。

地球彻底化作超级大蒸笼。

由于水在温度高于 374℃、压力大于 22MPa 时,会成为超临界状态。

此时的海水,也成了超临界流体状态。

熔岩温度一般在 700-1200℃。

这意味着,在这个温度下,地球表面将彻底化作熔岩海,成为一颗熔岩行星。

随着地球内部熔浆不断继续喷发,地表继续升温,逐渐恢复到了 45 亿年前的状态。

地球停转 10 万年。

当初忒伊亚撞击地球后,大约在数千万年到一亿年的时间之后,产生了第一滴水。

早期地球刚刚形成时,内部有着很高的热量。

忒伊亚撞击产生的热量,也至少高于地球自转能量的 25 倍以上。

因此这一场熔岩行星的冷却时间,会比地球之初快很多。

但我们即便考虑快 1000 倍,冷却时间也依旧高达几万到 10 万年的时间。

通过斯特藩 - 玻尔兹曼定律(

),可以计算出,完全没有任何温室效应的地球表面,通过 1000℃高温,散失掉所有自传产热的时间,大约是 100 年。考虑到高温下,地表的超级温室效应模式,降温会非常慢,而且太阳还在持续提供热量,高温状态至少也会持续上万年的时间。

所以把地球冷却时间,考虑在 1~10 万年的时间比较合适。

地球冷却后,海洋也会再次出现。

由于地球高温阶段,高层大气中的水蒸气会在紫外线的作用下逐渐被分解成氢气和氧气,并产生逃逸。所以,全新形成的海洋,已经比原来的地球海洋面积更小。

接下来足够漫长的时间,地球温度,也可能降低到适宜温度。

但此时的地球,即便外部引入,也难以有生命能生存。

因为,此时你眼中的地球将是这样的:

虽然地球停止了自转,但并没有停止公转。

地球公转绕太阳一周的过程,阳光也会照射一周。

所以,太阳并不是永远只照射地球一面,而是用长达一年的时间,照射地球一周。

这使得太阳总是能持续直射一个地方很长的时间,而相反的那一面,总是会很长时间没有阳光照射。

这就使得,直射面的温度会上升到接近理论上限,也即超过 100℃。

而没有被太阳照射的地方,温度又会下降到接近理论下限,也即低于 -100℃。

极高的温差,使得冷流与热流高速循环,在晨昏线附近形成超级风暴。

极热、超级风暴、极冷,随着太阳公转,通过一年的时间席卷全球。

这相当于死亡地带,一年年的地毯式覆盖。

很有可能,整个地球表面,比金星和火星还要可怕。

即便假设地球自转停止后,动能凭空消失,完全没有产生任何灭绝生物的热量。这些生物也会在这样的地狱情景中走向灭绝。而这一次的灭绝,相比起前面的激烈过程,将会更加漫长而痛苦。

极端的热量不均衡,也使得极热面上,地球水分散失速度越来越快。

很有可能经过数亿年的时间,海水会完全消失,二氧化碳成为大气主体,地球最终会接近金星的样子。

极热、超级风暴、极冷依旧在循环。

只不过这一次,再也没有水。

地球将一直维持这个状态,直到太阳化作红巨星,吞并 / 融化一切。