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地球大气层质量翻倍:巨型昆虫与炽烈野火将出现

巨大的蜻蜓、灼热的全球气温和更强的风,将是生活中只有一半大气密度时你必须应对的众多事物中的一部分。

Max Bennett
作者Max Bennett
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巨大的蜻蜓在石炭纪时期繁盛,也被称为巨型昆虫时代;一个主流理论认为,它们之所以长得如此之大,是因为大气中氧气过剩。图片来源:CoreyFord/Getty Images

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每立方米一点二公斤。这个数字有什么意义?它是在海平面大气近似的平均密度,即每单位体积的质量。

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正如你可能预料的那样,这个质量与水的质量相比微不足道,水的密度大约是其上方大气的 800 倍。尽管如此,空气的重量足以确保高速飓风能够将整栋房屋从地面掀翻。当它被推入喷气发动机时,可以使一架 640 吨的飞机保持在空中——对于如此轻巧的流体来说,这绝非易事。

在地球的历史长河中,大气密度曾发生过显著波动。事实上,根据 2020 年发表在《科学进展》上的一项研究,数十亿年前的地球与金星(一个浓密、有毒的温室世界)有着更多共同之处。那时,我们蓝色星球的地表是一个熔融的岩浆海洋,其生命出现前的大气由少量氮气和大量积聚热量的二氧化碳组成;真是一个地狱般的地球。

幸运的是,与金星不同,我们的行星离太阳更远。最终,行星形成留下的热量从系统中释放出来,水海洋得以形成。尽管我们目前的二氧化碳排放量,我们不太可能再现金星那样的状况。但是,问题依然存在:如果空气突然变得非常、非常浑浊,地球上的生命会怎样?

大气翻倍,热量翻倍

为了让这个假想情景的计算稍微容易些,让我们假设我们能够神奇地将地球大气中悬浮的气体量翻倍。这意味着氮气、氧气、二氧化碳以及其他所有气体的量都是现在的两倍。


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虽然我们的确知道大气层具有生命赋予的特性,能够保护我们免受危险的空间辐射并使地球保持温暖,但“好事”也可能过犹不及。我们首先会注意到的一个影响是,它会变得热得多。由于每种气体的压力都会翻倍,我们将有两倍的温室气体在大气中漂浮。

虽然我们并不完全确切地知道全球范围内的这些影响会是什么样子,但我们最接近的参照是被称为古新世-始新世热量最大值(PETM)的气候事件。这个极端变暖的时期持续了 10 万年,发生在古新世晚期和始新世早期,大约在 5500 万年前。

科学家估计,PETM 的平均气温超过了 90 华氏度,他们在 2022 年发表在《美国国家科学院院刊》上的一项研究中公布了这一结果。这比目前 59 度的平均气温有了大幅提高。在这个地球历史上的动荡时期,二氧化碳的浓度大约是我们目前 420ppm 读数的两倍。

尽管 PETM 是由多种因素引起的,可能包括地球轨道的变化,但它对全球造成的影响与气候变化噩梦情景一致:海平面上升、极端天气事件以及敏感生物(尤其是在海洋环境中)的大量死亡。

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氧气过载

当然,我们也不能忘记大气中的其他气体。我们也将拥有(或承受)两倍的氧气。理论上这听起来很美妙,但实际上情况要复杂一些。一个古代的类比发生在 3.6 亿至 2.99 亿年前的石炭纪时期,当时氧气占大气的 35%,而今天只有 21%。


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这导致了两件事:大范围的森林大火,以及巨大的爬行类生物。随着氧气供应的增加,在石炭纪更容易发生纵火。在这些易燃的森林中,生活着八英尺长的千足虫和鹰隼大小的蜻蜓近亲。

由于氧气是生物新陈代谢的关键组成部分,长期以来人们一直认为,较高的浓度是造成这些大型昆虫的原因。然而,另一个变量可能是与当时在陆地上刚刚兴起的脊椎动物的竞争相对较少。无论如何,在这种新的、更密集空气中的每一次呼吸都会给你带来两倍的能量,你肯定会感到精力充沛。

但要小心,你也可能会感到有些醉意。我们还将使氮气翻倍,氮气在高压下具有麻醉作用。潜水员,他们在高压气瓶中加压空气,对所谓的“马提尼效应”或氮麻醉很熟悉。这是因为下潜 50 英尺会增加空气中的氮气压力,其效果相当于一杯干马提尼,可能导致轻微的判断力下降和欣快感。

生活在沉重的气氛中

即使空气本身更重也会产生重大影响。液体需要达到与大气相同的压力才能沸腾。但随着空气变得两倍厚,烹饪将变得异常困难,因为水需要达到 248 华氏度才能变成蒸汽,这比正常情况高出 30 度。此外,它还可能引发对天气系统的巨大影响,因为蒸发过程会被阻止。

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除了空气干燥外,风本身可能更慢,但也会更强大——有点像海洋的洋流。一场全面风暴的强度可能会超乎想象。

尽管存在这些挑战,但飞行 Paradoxically 可能会更容易。美国联邦航空管理局的一份报告强调了一个飞行员长期以来都知道的事实:随着海拔升高,空气密度降低,飞机的性能也会下降。稀薄的大气意味着阻力和湍流减少,但也意味着升力和推力减少,这抵消了任何好处。

商用飞机飞得很高是为了尽量减少阻力和天气影响,但这种更密集的新空气可能会使它们的起飞和降落更容易,允许更低的速度。而更浑浊的大气甚至可能使一种长期被诟病的交通方式重现生机:飞艇。尽管氢气驱动的兴登堡号灾难让公众留下了不好的回忆,但根据阿基米德浮力原理,大气密度翻倍也会使气球的升力能力翻倍。

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生活在大气密度加倍的环境中,无疑会带来诸多挑战。但请放心,这种情况发生的可能性,就像猪会飞一样渺茫。不过,谁知道在更沉重的天空下什么才是可能的呢?


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  • Max Bennett

    Max Bennett

    Max Bennett 是一位科学记者,也是《Discover Magazine》的特约撰稿人,他报道太空、健康、进化生物学等主题。

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