人类每天消耗的石油等于一条河流,地球会不会越来越轻?
自从人类进入工业革命以来,对石油的需求量与日俱增,并且国家的发展离不开石油,二者成正比关系。
从相关数据显示,人类在1965年~2020年,每年平均消耗的石油量高达32.543亿吨,以石油密度0.9吨/m3计算,人类每年消耗的石油体积高达36亿立方米。
虽然跟长江的年径流量9600亿立方米相差十万八千里,但客观的说,人类每年消耗的石油,的确可以媲美一整条河流,例如年径流量为38亿立方米的沂河。
如果人类每年都消耗一条河的石油,那么地球会不会变轻呢?
要了解此问题,得先知道地球有多重。
地球不能说重量,因为重量是物体受重力大小的度量,跟引力紧密相关,例如A质量的物体在月球的重量的100吨,那么在地球的重量就会高达600吨,而地球所在的太空属于失重状态,没有重量可言。
要知道地球的质量也不难,可以从牛顿万有引力角度出发,物体质量的大小和引力成正比,质量越大,引力则越大,而引力和距离平凡成反比,从而得出:F=GMm/r^2
F:两个物体之间的引力
G:引力常数
M和m:引力相互作用的大小物质分别质量值
r:物体的半径
天文学家卡文迪经过精密的计算,推算出了引力常量:G=(6.754±0.041)×10N^-11·m^2/kg^2,后来成功计算出地球质量为5.977x10^24kg,跟现代仪器得出的精确值5.965x10^24千克基本相同。
由此得知,地球的质量约为60万亿亿吨,如果假定要让地球减轻60亿亿吨,也就是万分之一,以平均地球年消耗石油32.543亿吨来计算,需要1.84亿年,如果考虑随着文明的发展,人类对石油需求量与日俱增,恐怕也要几千万年的时间。
地球上到底有没有如此多的石油?
关于石油的成因,主流说法为有机论和无机论,前者认为石油是生物沉积的产物,是不可再生资源,而后者认为石油是地球内部碳生成,与生物无关,是可再生资源,但速度很慢,赶不上目前人类消耗的速度。
总体而言,地球上的石油储量,并不能支持人类使用几千万年的时间,所以光靠消耗石油来让地球变轻,是不太现实的。
或许有人会说,干嘛非要让地球减轻万分之一的质量呢?这是从宏观角度出发,我们可以从微观角度探讨,哪怕我烧了一根火柴,是不是也会让地球变轻?更何况全人类每年都要消耗32.543亿吨石油。
我们在日常生活中,经常看到大量木头在燃烧后,剩下一堆灰烬,重量变轻了很多,如果将这个逻辑套在世间万物身上,那么地球岂不是越来越轻?
首先我们来了解下“质量守恒定律”,1777年,法国知名化学家拉瓦锡,在多次研究氧化汞的分解与合成中各物质质量之间的关系后,最终得出结论:“参加化学反应的各物质的质量总和等于反应后生成的各物质的质量总和”。
质量守恒定律适用于一切化学反应,在应用此定律时,就连气体质量也要计算在内,也就是说,要在密闭容器内发生化学反应。
从微观角度出发,化学反应前后,原子的数量没有增减,原子的质量没有变化,所以反应前的总质量等于反应后的总质量。
简而言之,化学反应前后,元素种类不变、元素质量不变、物质总质量不变、原子种类不变、原子数目不变、原子质量不变。
汽油的平均分子式大致为C8H17,汽油充分燃烧生成二氧化碳和水,该反应的化学方程式:4C8H17+49O2(点燃)→32CO2+34H2O。
汽油在燃烧时,消耗了氧气,最后变成了二氧化碳和水,按照质量守恒定律来讲,化学前后的总质量是相同的,我们之所以误认为质量有所减少,是因为我们忽视了气体和液体,目光都锁定在了固体层面。
所以即便地球上的石油都被消耗光了,地球也不会变轻,那么又有人问了,石油或其他物体燃烧后产生的气体,就不会飘到外太空去吗?这也是物质消失的一环啊,如果石油燃烧产生的气体,一部分飘散到外太空,长此以往,地球肯定会越来越轻!
事实的确如此,地球上的气体真的会逃到太空中,我们都知道万物都有引力,而地球引力束缚无时无刻都在束缚大气层,但大气层共分为对流层、平流层、中间层、热层、外层,其中最靠近太空的区域受地球引力较小,很多大气分子都会流失到太空中,据科学家估算,每年都有几十吨地球大气流入太空。
如果长此以往,岂不是地球大气层要彻底消失?
实则不然,因为地球引力也能从宇宙中捕获一些游散大气分子,同时,其他宇宙空间的大气分子,也可能会被太阳风刮到地球上,再加上地球生物所产生的气体以及磁场的保护,所以地球上的大气层并不会消失,整体质量也不会因大气分子“外逃”而减少。
另一方面,地球除了气体的流失与增加外,宇宙中还充斥着各种各样的小天体,据乌拉圭天文学家萨洛·唐克雷迪通过分析相关数据得出结论,每年都有大概6100颗陨石坠落到地球,还有很多天体在进入地球后,跟大气层摩擦后发生化学反应,变成了气体或其他物质。
继续来看质量守恒定律,这些天体虽然没有直接坠落在地球表面,但还是来到了地球上,只不过它们变成了其他物质,和地球融为一体了。
你可以这么理解,万物都由粒子组成,地球上的粒子总量不变,就算石油全部燃烧光,它也只是以其他形式存在,粒子总数和质量都没有变化。
但是地球并非绝对密闭空间,在地球和太空的交界处,仍然会发生“逃离”和“捕获”现象,再加上域外天体的“加入”,使得地球质量并不是绝对固定,但变动的幅度对整个地球来讲,可以忽略不计。
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