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探讨地心隧道可能性:目前技术难攻克高温、压力

2012-11-05 10:54:00 来源: 现代快报 
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  自  从1864年凡尔纳出版《地心游记》后,人们便想象着有朝一日能进入地下,直达地心。最近,科幻大片《全面回忆》“实现”了凡尔纳的梦想:一条地心“坠道”连接着英帝国和澳洲,每天,都有生活在澳洲的人坐着“地铁”穿越地心,在40分钟内抵达英国。在这条被称为“坠道”的地心隧道里,他们会经历失重、炽热的地核、重力翻转……

  假设地心隧道真的有,那么,在南京挖一条地心隧道,市民们就可以轻松到大西洋上观海景了。只是,这一切都只是假设!人们要想进行地心之旅,得拥有宇航员那样的身体素质,还得有能挤开地核的尖端技术。

  现实

  挖个地心隧道,难度到底有多大

  地心之旅不仅是普通人的梦想,科学家们也怀有这样的想法。现在科学家们正在想办法把一个柚子大小的探测器送入地心,探测地心情况。根据设想,利用核爆炸或者人造地震,在地壳打出一个深井,然后将数千吨铁水灌入,借助铁水重力挤开地壳,带着探测器深降到地下3000千米深处的地核边缘……

  不过,南京师范大学物理科学与技术学院教授袁启荣说,打通地心隧道比飞向外太空,比火星探测还难。人类的深空探测只需要捅破地球大气层这一层阻力就行,但是往地球深处,阻力大得多了。

  地心6000℃高温

  必须寻找超级制冷能源

  地球内部并不是适宜人类生存的环境。越往下去,温度越高,地下一百公里的地方,温度可以达到上千摄氏度,地幔和地核的边界处温度约为4000℃(地下约三千公里),地心处内部是6000℃的熔浆,而且硬度非常大。要想打通地心隧道就得像孙悟空一样,不怕太上老君的炼丹炉才行,否则一般的工具还没有到地心就已经被熔化了。目前,人类挖得最深的坑是在俄罗斯的“科拉超深钻孔”,1.2万米深。钻探停止是由于这一深度的岩石非常热,钻探的压力使得岩石熔化,钻好的洞眼很快被熔化掉的岩石封闭起来。

  “假设可以打通地心隧道,要在这样的环境中保持乘员的生存,需要非常好的制冷系统,也需要非常高的能源来制冷,仅这一条就不是我们目前的技术能够实现的。”袁启荣说。

  中科院紫金山天文台科普部主任张旸说,地球两极相对短,而赤道长。如果把南北极连成直线,将是比较短的,半径为6356公里;而赤道半径比较长,是6378公里。

  张旸说,地心隧道就是任意一个点都可以通往地心的隧道,比如从南京打个地心隧道,到地球的另外一头,对应的正好是大西洋。如果有这个地心隧道,那么南京市民乘坐地心隧道飞行器40分钟左右,就可以漂在大西洋了。相比乘飞机,乘坐地心隧道真的可以大大节约时间。乘坐波音747,从一个地方到其地球背面的另一端需要22小时,而且途中特别颠簸,是一次长途旅行。

  话说回来,这个地心隧道多宽?多深?是否像地铁一样有换乘?想想,打通地铁隧道,大批量的土方都要想办法处理掉,何况是地心隧道。大量的土方怎么办?会不会把地球压塌?有网友说,在地壳层大约需要挖十几公里,越深受到的压力越大,挖出泥土后必须像建造地铁那样用水泥或其他材料封住以支撑住周围泥土的压力。越往下压力越大,要能够支撑住,实在太难。

  地心表示压力非常大,会把人变成爆米花

  在当前的科技和材料技术前提下,人能进入地心吗?江苏省地质调查研究院研究员邹松梅告诉记者,不可能。如果人真的要进行“地心旅行”,会变成“爆米花”,直接被压扁之后再爆炸。

  邹松梅解释说,越接近地心,压力越大。假设有一块接近地心的石头,它的重量不大,它本身受到的引力也就不会太大,但是它上面的石头在压它,更上面的石头同样在给它增加压力,所以,传递给它的压力已经相当大。在地幔和地核的深度,压强可以达到数百万个大气压。这个压力不是我们目前的技术能够承受的。

  假设

  地心旅行,我们会看到什么

  如果有朝一日,地心之旅的梦想成真,那么,在进入最初的地下18米时,我们能看到水蝎子、水蛭、盲蜘蛛……这些生物都是依靠洞穴内壁渗透的地下水中的氢硫化物和甲烷来生存。再往后呢,当逐渐接近地心时,我们又会看到什么?感受到什么?

  地下2880千米,液态铁构成的金属海洋在旋转

  邹松梅说,在地下6000米,将会遇到很多单细胞微生物,它们生存的泥浆温度高达100多摄氏度。

  地下2880千米,主要由液态铁构成,当地球旋转时,这个金属海洋便流动和旋转,产生了地球的磁场。因此,我们才在罗盘上看到了东、西、南、北的方向指示。它还作为一种保护屏障,能够屏蔽来自太阳的危害辐射。

  当抵达地下4800千米时,也最终接近了地球内核的边界位置,这是一个固态铁球,这里的压力是大气压的400万倍。

  从地下5920千米处开始到6400千米处,就是地心。在这个点上,地心引力将我们向各个方向拉伸,因此我们受到零重力。这里的温度是6000摄氏度,不过这里的情景并不是一成不变的,随着地球逐渐冷却降温,有朝一日,炽热的地球内部可能凝固,地球变成像月球一样冰冷死寂的星体。科学家们估计这个冷却速度以每10亿年降100摄氏度的速度进行。

  即便打通了地心隧道,从南京穿越地心隧道到大西洋看风景,也并不容易。“有科里奥利效应,你根本不可能垂直、直线性地抵达目的地。”袁启荣说,科里奥利效应是一种惯性作用,由于地球有自转作用,人往垂直的方向向下,在地球自转的作用下,路线就会变得诡异。

  科里奥利效应会让两个人在玩球时发现球的路线变得诡异,这也是为什么飓风在北半球总是逆时针旋转。当你站在赤道上,地球以1670千米/小时向东旋转,你所处的地球的那部分还是每天转动一圈,当你逐渐进入地球内部,由于距离变短了,所以你的速度就会越来越慢。如果你跳进一个垂直的竖井,很快你向东的速度就会超过周围的岩石,在你下落仅仅几千米之后,你就会撞到深井东面的墙壁。

  “除非地心隧道的墙壁足够光滑,光滑到飞行器被甩到东面墙壁后,能够由于太滑了,而继续往下落。”专家说。

  没有空气阻力和摩擦力

  人进去以后无法从地球那头出来了

  如果是连通南北极的地心隧道,就不会有科里奥利效应。那么人在里面会怎么样呢?假设没有空气阻力,也没有摩擦,专家说,由于地球的质量更多分布在靠近地心的地方,在3000米之前,你受到的重力基本是相同的,以重力加速度往下掉,一直到8千米/秒。那么,这趟地心之旅,你只需要13分钟就可以完成一半的路程了。

  专家说,到达地心附近的速度是最快的,那时候你是以2200公里/小时的速度往下坠落,一旦你越过了地心,你的速度就会慢慢下降,直到你到达地球的另一端,一共耗时大约37分钟,和干洗一次衣服的时间差不多。

  但是,你很有可能无法从地球另外一个出口出去。假设你进入地心隧道的初始速度为0公里/小时,那么在地心引力的作用下速度会在地心处达到最高,然后渐渐变慢,到地表时速度又是0。如果没有摩擦力,能量就不会损耗,人就一直在隧道里面来回摆动。

  异想天开

  穿越地心隧道,要不要穿宇航服

  什么样的身板才能穿越地心隧道?有没有必要穿宇航服?袁启荣说,如果真的有地心隧道,肯定会有一个非常了不起的飞行器,在飞行器内没有必要穿宇航服。但东南大学附属中大医院心内科主任医师陈忠说,要想进行地心隧道旅行,还得进行特殊的训练才行。

  陈忠说,我们平时坐飞机,在平稳飞行时,人体感觉不到任何不适。未来地心隧道的飞行器有可能做到这点,但在飞行器启动和停止时,加速和减速的过程对人的血管、心脏都是巨大的挑战。如果负担过重,会引发血管破裂,或者心动过速。同时,在飞行器加速或减速的过程中,血液量突然增加,对肺循环造成很大的伤害,瞬间造成肺气肿。人体血管突然的扩张收缩,也会导致眩晕和昏厥。

  另外地心飞行器如果像地铁一样有站台,那么在进站和离站的时候会产生很大的噪音,如果不加以处理,会对人体造成很大的影响。

  记者 胡玉梅 安莹

[作者:刘欢  编辑:]

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