论地球上能源有可能是无限的
距笔者现在所了解的知识,地球上人类利用的绝大多数能源其实是太阳能。能源的主要载体是化石燃料。我的观点是,既然地球已经存在了几十亿年它从太阳接收的太阳能用我们人类的单位来衡量肯定比天文数字还要大,那么地球上可供使用的能源就有可能是接近于无限的。此命题需要以下几个题设的成立(部分不知是否成立,请专业人士指正):
1 地球向外传播的能量远小于从太阳接收的能量。并且几十亿年来一直如此,或者大多数时间如此,导致地球的能量是逐渐积累的。
2 地球接收的太阳能大部分(或者小部分,但是几十亿年来积累了极多)被固定下来或者被地球上的物质吸收并提升其“能量态”。前者被固定下来的能源形式包括化石燃料,或者其他形式的载体。化石燃料储量媒体一直对外宣扬只够几十年,然后自己推翻自己,所以其储量有可能是无限的(毕竟光合作用进行了三十几亿年)。此外,其他形式的载体比如可燃冰,以后地球上可能会发现更多载体,而且可能不止是碳循环的载体,有可能是其他元素的化合物。
3 对于其他非碳为中心的化合物,有可能是化合物A吸收太阳能最终成为比较稳定的化合物B,并且人类将来有能力使得B回归到A并且从中收集可利用能量。
4 人类消耗能源的速度相比于太阳能固定在地球上的速度是可以接受的,即使比固定的快,也足够使用几亿年或更多,理解为无限的。暂不考虑人类科技利用太阳能的发展。
5 写到这里慢慢觉得,问题的本质在于这几十亿年太阳能在地球积累了多少以及是以何种形式固定的
6 教科书讲述地球一开始是熔岩星球,那时候地球能量很可能是辐射大于接收。当其快速冷却下来能量态变低时,太阳辐射使其能量态升高,导致地球能量辐射速度同步变大,理论上可能有一个平衡点,平衡点行成的时间很重要,是几十亿年前就形成,还是±几亿年的现代的地球,或是遥远未来的地球。(决定因素不是平衡点行成的时间,而是地球上几十亿年来太阳能固定的基数,固定的净速度,人类的消耗速度等)。
欢迎答疑解惑
1 地球向外传播的能量远小于从太阳接收的能量。并且几十亿年来一直如此,或者大多数时间如此,导致地球的能量是逐渐积累的。
2 地球接收的太阳能大部分(或者小部分,但是几十亿年来积累了极多)被固定下来或者被地球上的物质吸收并提升其“能量态”。前者被固定下来的能源形式包括化石燃料,或者其他形式的载体。化石燃料储量媒体一直对外宣扬只够几十年,然后自己推翻自己,所以其储量有可能是无限的(毕竟光合作用进行了三十几亿年)。此外,其他形式的载体比如可燃冰,以后地球上可能会发现更多载体,而且可能不止是碳循环的载体,有可能是其他元素的化合物。
3 对于其他非碳为中心的化合物,有可能是化合物A吸收太阳能最终成为比较稳定的化合物B,并且人类将来有能力使得B回归到A并且从中收集可利用能量。
4 人类消耗能源的速度相比于太阳能固定在地球上的速度是可以接受的,即使比固定的快,也足够使用几亿年或更多,理解为无限的。暂不考虑人类科技利用太阳能的发展。
5 写到这里慢慢觉得,问题的本质在于这几十亿年太阳能在地球积累了多少以及是以何种形式固定的
6 教科书讲述地球一开始是熔岩星球,那时候地球能量很可能是辐射大于接收。当其快速冷却下来能量态变低时,太阳辐射使其能量态升高,导致地球能量辐射速度同步变大,理论上可能有一个平衡点,平衡点行成的时间很重要,是几十亿年前就形成,还是±几亿年的现代的地球,或是遥远未来的地球。(决定因素不是平衡点行成的时间,而是地球上几十亿年来太阳能固定的基数,固定的净速度,人类的消耗速度等)。
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2 个回答
时之旅人 - 争取每天都对世界多了解一点
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你的思路是很有趣的,但是我觉得还有一些点有待商榷。
我们经常会听到“行星不能发光”,从日常生活所说的“光”的概念,这句话是正确的,但是如果我们把这里的“光”定义为电磁波,那么这句话就有问题了,因为除了可见光,电磁波谱还有许多其他的波段,这些波段的电磁波也是携带能量的。事实上,在我们研究系外行星的时候,就会将行星视为热平衡状态,也就是说我们假设行星从恒星接收到的光和行星自身辐射出去的电磁波的功率是相等的。虽然这只是一种计算上的近似,但是也基本满足了实际要求,也就是说行星其实是把接收到的太阳光大部分又发射出去了的。
如同你在最后一段提到的那样,地球在形成早期是温度极高的,在这段时间内地球的辐射大于吸收,并且逐渐冷却。在处理系外行星的时候,刚刚形成的系外行星也是不能用我在上一段提到的方法来近似的。但是这个冷却就发生在行星形成后不久。目前的科学理论认为,地球冷却的时间大概是太古宙,也就是大概40亿年前左右,而地球现在的年龄大概是46-47亿年,也就是说,在地球经历的大部分时间中,地球和太阳处于一种近似的热平衡状态,地球上积累下的太阳能相对于太阳照射到地球上的其实并不多。
当然,地球上的植物肯定是用生物上的方法“固定”下了一些太阳光的能量并且转变为化石能源,但是我也并不觉得这些能源和人类的需求相比是“无限的”。
我们可以做一个大致的估算,假设地球上的所有碳都是以煤的形式存在的,从资料【1】可以看出,地壳中的碳大概占有0.02-0.05%的质量(植物固定的碳应该都在地壳吧,我对地球科学不是很了解,如果这里有错误请指正),而地壳的质量大概是地球的0.2%(资料【2】),地球质量取6*10^24kg,这样地球中的碳的质量是6*10^18kg,如果这些碳都是煤,他们全部燃烧大概可以产生2*10^23kJ的能量。根据资料【3】来估算2008年一年内地球人消耗掉的能量,大概是5*10^17kJ,也就是说,就算是地球上的所有碳都是植物固定的太阳能,也只够人类用10^7年左右,也就是千万年的级别。和人类历史比起来,也许这个时间很长,但是恐龙也统治了地球一亿年多,我不认为千万年对于一个文明是很长的时间段。此外从资料【3】中也可以看出人类对于能源的需求是越来越大的,随着人类科技的发展,这个增速应该还会越来越快。
在这里我没有计算一些其他的能量来源,比如储存在地球上的氢气也可以作为能量的来源,但是氢气实在是太少了。核能也是一个很不错的能量来源,但是利用率有限。而且最关键的地方在于,其实地球的外界能量来源只有太阳一个,从上一段的计算中我们也看出,地球上植物几亿年的积累,是抵不过人类用上千万年的,也就是说,仅仅凭借植物的话,地球上植物固定太阳能的速度是跟不上人类的需求的。
以上只是一点浅薄的见解,权当抛砖引玉,供各位作为参考。第一次写这种答案,有不足之处还请各位多指教。
【1】https://zh.wikipedia.org/wiki/ ... %25A8
【2】
https://zh.wikipedia.org/wiki/%E5%9C%B0%E5%A3%B3
【3】
https://zh.wikipedia.org/wiki/ ... %258F
lytleo - 国家电网换流站一线员工
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