整個想法說起來還是很簡單的:在地表挖一個洞,洞里就會填充進空氣。(從洞里挖出來的土?xí)紦?jù)空氣的位置,這樣一來,這個洞就會對附近的空氣產(chǎn)生一定的影響。雖然一開始這種影響很微弱,但隨著洞越挖越深,土越堆越高,影響就會越來越明顯。所以堅持挖吧?。┤绻阃诘倪@個洞足夠大,就會有大量空氣填充進去,這樣一來,洞外的空氣就不足以維持人類的呼吸了。(要使海平面附近的空氣稀薄到不足以維持人類生命,至少要移除65%的大氣。)很奇怪,地球上最高的點恰巧與人類能存活的海拔極限相等。不過,這很可能只是個巧合。
大氣的確切總量是很難定義的,因為海拔越高,空氣越稀薄,而且大氣沒有確定的邊界。如果你將整個地球大氣壓縮成均勻的地表空氣的密度,其厚度大約為10千米,體積為40億立方千米。40億立方千米的空氣可以填充一個1600千米高的立方體,這大約等于地球內(nèi)核的體積。這樣,我們就有了關(guān)于這個洞的規(guī)模的大致印象。
挖一個這么大的洞是一項很大的挑戰(zhàn)。如果這個洞的直徑相當(dāng)于馬薩諸塞州大小,它的深度需要超過地球直徑,才能裝得下大氣壓下的整個地球大氣。如果洞的直徑有整個美國那么大,深度也要達到400千米,還是遠遠超過我們能挖到的深度。假如你真的想把整個美國挖成一個洞,無論挖多淺,美國人大概都會沖你大吼的。
但請稍等!氣壓是隨高度變化而變化的。越向上升氣壓越低,當(dāng)你在山上開車或是乘坐比較高的廂式電梯時,會感到耳朵脹痛,這就是在提醒你這一事實。相反,越向下氣壓越高,礦井里的氣壓肯定遠遠高于海平面位置的氣壓。
看起來,隨著深度加深而逐漸增強的氣壓對填充我們挖的那個洞還是很有幫助的。壓力可以壓縮空氣,這樣一來,一個深深的洞就能夠裝下更多空氣。但實際上這并不管用。
當(dāng)你向著地球更深處進發(fā)時,巖石也越來越熱。在理想氣體定律下,壓力壓縮空氣,而熱量會使空氣膨脹。在我們舉的這個例子中,在地殼上的這個洞里,由于巖石熱量而產(chǎn)生的膨脹,足以抵消較強壓力對空氣的壓縮。有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)南到y(tǒng)計算表明,溫度梯度超過30℃/千米時,即使氣壓增強,也不會引起任何氣體的壓縮。如果溫度變化比這還要快——這種情況一般出現(xiàn)在地殼較薄或是有火山的區(qū)域——時,即使氣壓在不斷增強,空氣的密度也會逐漸變小。
如果我們用別的方法壓縮空氣呢?
潛水艇攜帶的空氣是體積被壓縮到1/200的。潛水艇只能下潛幾百千米,這樣才能維持整個氣壓。如果想進一步壓縮空氣,我們可以將它液化??諝獾闹饕煞质茄鹾偷?。如果可以使空氣降溫至足夠低,它會變?yōu)槊芏扰c水差不多的液體。
如果我們想將整個大氣液化(我必須先聲明我們不該這么做),完全可以在地面上完成。我們需要將地球表面的一塊巖殼挖去,一條條巖漿暴露出來,我們一方面要想方設(shè)法把巖漿密封起來,還要設(shè)法降溫,否則用來儲存液態(tài)空氣的儲存罐早就被熔化了。
挖這樣一個洞幾乎是不可能完成的挑戰(zhàn)。但如果你最終解決了這些數(shù)不清的工程問題,原則上講,你就可以將整個液化了的地球大氣裝進一個約得克薩斯州大小的、8千米深的洞中去了。
盡管你可能不希望我們最終挑到得克薩斯州。