科学家发现水力发电正在使地球变慢,地球停止突然自转会怎么样?

浏览:1504   发布时间: 08月20日

前言

自从人类完成工业化革命以来,地球也随着人类活动的扩展,周围的生态环镜遭到了严重破坏,在过去的 40 年里,世界上不断增长的数十亿人口和永不满足的渴望导致温带地区的水坝建设激增,经最新数据观测到,科学家发现水库正在影响地球的轨道自转。

那么地球为什么会发生自转?

地球自转是因为它自身的形成方式,我们的太阳系大约在 46 亿年前形成。

由当时巨大的气体团和尘埃云在自身重力作用下开始坍塌,星系随着云团的坍塌开始旋转,然后云团中的物质聚集成漩涡,最终形成我们看到的行星。

当行星形成时它们会保持这种旋转运动,这类似于滑冰者在舞台上转动手臂快速旋转时所看到的情况一样。随着物质更紧密地聚集一起形成星系内的行星,例如太阳、地球等等。

由于惯性系会迫使星系周围的物质旋转得更快,地球也因此一直在自转。

既然地球在运动,那为什么我们感觉不到地球在自转?

其实我们的地球以及大气层的一切都在不断地旋转,这对人类来说司空见惯应该不足为奇。

位于赤道上的地球,旋转速度约为每小时1,675公里,这意味着当地球处于这一速度时,我们正在以每秒465米的速度行驶,如果距离赤道更近,则速度会显得更慢一点。

那为什么我们都感觉不到呢?答案在于地球运动的性质。想象一下在飞机上以恒定速度和恒定高度平稳飞行时。你已经解开安全带沿着过道散步,但你感觉不到飞机的运动。

原因很简单:你、飞机和飞机内部的其他物质都以相同的速度飞行,为了感知飞机的运动,你必须瞥一眼外面的云作为参照。

地球自转也是如此——我们的地球以每23小时56分钟完成一次绕地轴的旋转,以几乎完全恒定的速度不断旋转。感受运动的一种方法是感受脸上的风——但请记住,地球的大气层与我们以相同的速度运动。

如果地球要改变加速度,我们肯定会感觉到,譬如大气将继续会以每秒465米的速度移动并擦拭行星表面。

这种对比就像我们无法感受到飞机的持续运动一样,我们也因此难以察觉地球在太阳系内是自转的。

由水库引起地球蓄水库分布的变化往往会加速地球的自转

正如之前所提到的,我们地球的自转速度几乎是恒定的。如果准确地说,由于月球对引力场有点阻力,使地球正在缓慢地减速。它拉动我们地球的潮汐隆起,引起潮汐的潮起潮落,将动能注入月球轨道。

在有关保护地球环境方面,地球物理学家赵丰博士是这个领域的佼佼者,赵丰博士说,虽然地球的自转速度因月球的潮汐阻力而逐渐减慢,但如果没有自1950年代初以来建造的88个水库的影响,减慢速度会更明显。

人类水库包含着世界上大部分的蓄水,平均每个水库至少含有2.4立方英里的水,重达 100 亿公吨。

赵丰博士计算出,如果没有月球潮汐阻力,在过去的40年里,水库效应会使一天的长度以每天百万分之一秒的速度逐渐减少。

赵博士在接受采访时说,这些影响比地球运动的自然变化小几百倍,它们对人类或全球环境没有危险。尽管如此,他最近在地球物理研究论文中报告说,水库建设的影响足够重要,以至于在计算全球运动的长期变化时必须考虑到这些影响。

自上个世纪以来,前苏联、加拿大、巴西等中纬度国家的大坝建设在过去的40年里发展迅速,从河流和其他陆地来源收集的淡水在此期间增加了10,000立方公里,重量为10万亿吨,相当于地球大气中所有水分的量,这些水主要是从雨中积聚起来的,最初的雨又来自云层,而云的水分主要来自于海水上升的蒸发。

水循环方式的原理

赵丰博士认为,这种来自海洋的水的巨大转移在一定程度上抵消了全球海平面的持续上升,如果没有新的水库,在40年的时间内海平面会升高约1.2厘米的高度。

尽管科学家们不确定观察到海平面上升的原因,但许多理论观点表示,海平面上升主要原因是全球变暖和随之迎来的山地冰川融化。

综合地说,海平面上升被视为对许多地区的潜在威胁,因为全球海平面上升会淹没包括孟加拉国在内的低洼国家和世界各地的底陆沿海城市,在利好的方面水库效应是可取的,因为它可能会减缓海平面的上升。

但另一位地球物理学家多克·萨哈吉安(Dork . Sahagian)博士曾表示,他认为水库效应太小,不足以抵消上升,从而排除未来的沿海洪水。

不管结果如何,毫无怀疑的是,随着产业的发展,水电大坝建设将继续迅速扩张,直到所有可回收的水源都被开发出来,一些科学家计算出这个时间将在10几年之内到来。

世界上有16%的电力来自水力发电,水力发电会对地球自转影响有多大?

总的来说,水电在技术上是一种“清洁”能源,可以说人类对水电有很重的依赖,在全球有16%的电力源自水力发电,但利用它获取大量电力会对地球周围的环境产生负面影响,以下是我们人类开发水电系统后所带来的一些常见后果:

1.对野生动物栖息地和迁徙路径的破坏

建造大型蓄水库抽水蓄能水电站涉及到阻塞、分流或改变河流系统的自然流向。

阻碍河流自然流动的一个问题是会间接阻碍鱼类的重要迁徙路线。许多鱼类依赖内陆河流进行繁殖;用大坝堵住河流,鱼就无法到达它们的繁殖地,随着时间的推移,被筑坝的河流导致鱼类种群急剧减少,这对河流生态系统的健康以及人类食物储备产生了负面影响。

一些水力发电设施会使用鱼梯来帮助鱼类穿越筑坝河流,但这些设备很少,根本不足以支持大规模迁徙。

除此之外,筑坝河流还经常将水和泥沙流量减少到危机的境况,从而影响中下游的野生动物种群,下游的低水流、低营养流量会直接导致动物栖息地的丧失。

2.致使土地利用的流失

同样,许多大型水电设施会改变周围的景观,尤其是在河流筑坝形成的水库周围。正如减少下游水流会导致栖息地丧失一样,建造水库以在储存和抽水蓄能水电系统中发电通常会导致上游洪水泛滥,破坏野生动物栖息地、风景区和主要农田。在某些情况下,这种洪水甚至会迫使人口迁移。

3.增加水库温室里的气体向外排放

虽然水库通过使用水旋转涡轮机发电,不直接使用任何化石燃料或排放任何温室气体,但最近的几项研究表明,筑坝河流形成的水库对大气温室气体的贡献很大。这是因为被困在水库中的有机物质,例如死植物,会分解并将二氧化碳甲烷等气体释放到水库水中。

地球的自转正在减慢,这可能是我们地球生命有氧气的原因

其实自45亿年前以来,地球的自转速度一直在逐渐减慢,导致地球一天的时间也被逐渐拉长。

虽然地球的减速在人类时间尺度上并不明显,但在地球自身的历史上已经出现周期的变化。一天的时间由最初12个小时变成24小时昼夜变化的周期,新的研究表明,现在地球延长的时间与大气层的原始氧化有关。

具体地说,是大约在24亿年前出现的增殖蓝绿藻能够产生更多的氧气作为代谢副产品,因为地球昼夜的时间变得更长了。

地球科学中长期存在的一个问题是地球大气层是如何获得氧气的,以及发生这种氧化作用时受哪些因素控制。

“最近的数据研究表明,问题来自地球自转的速度——换句话说,白天长度可能会对地球氧化的模式和时间产生了重要影响。”

这个理论主要有两个部分组成,乍一看,它们之间似乎没有太大关系。第一个是地球自转变慢的原因是月球对地球施加了引力,这会导致自转减速,因为月球正在做逐渐远离地球的运动。

根据化石记录,14亿年前的时间只有18小时,比7000万年前的今天短半小时。有证据表明,我们地球在每个世纪都会增加1.8毫秒

第二个是所谓的大氧化事件- 当蓝藻大量出现时,地球大气中的氧气急剧增加,如果没有这种氧化作用,科学家们认为地球的生命就不可能会出现。

科学家们用蓝藻微生物实验来联系氧气的产生,在位于世界五大湖区之一休伦湖的中岛污水坑中,可以发现微生物垫,被认为是造成大氧化事件的蓝细菌的类似物。

通过光合作用产生氧气的紫色蓝藻代谢硫的白色微生物在湖床上竞争。到了晚上,白色微生物会上升到微生物垫的顶部并进行所谓的“硫磺咀嚼来交替产生氧气。当天亮时,太阳在天空中升起足够高,白色微生物退去,紫色蓝藻上升到顶部。

这段时间内可以开始光合作用并产生氧气,在几个小时之后,早上开始有很长的滞后,这意味着蓝藻可以抽出氧气的白天时间非常有限—科学家们想知道地球历史上白天长度的变化是否对光合作用产生了影响。

也有些科学家提出假设: “有可能是微生物之间类似的竞争导致了地球早期氧气生产的延迟。”

为了证明这一假设,研究团队在客观的自然环境和实验室中对微生物进行了实验和测量。他们还根据他们的结果进行了详细的建模研究,将阳光和微生物产氧量与地球历史联系起来。

直觉表明,两个12小时的一天应该类似于一个24小时的一天。阳光的上升和下降速度是原来的两倍,氧气的产生是同步进行的。但是从细菌垫中释放氧气的数量不会太大,因为它受到分子扩散速度的限制,这种从阳光中释放氧气的微妙解偶联是该机制的核心。”

这些结果被纳入地球气候模型里,研究小组发现,延长的天数与地球氧气的增加有关——不仅仅是大氧化事件,还有另一次称为新元古代氧化事件的大气氧化事件,大约在550万-8亿几年前。

如果在不同尺度上把运行的物理定律联系在一起,从分子扩散到行星力学,理论表明,昼夜长短与地栖微生物可以释放多少氧气之间存在基本联系。

如果地球停止自转,会对人类的生存和周围环境造成什么影响?

首先,如果地球一下子停止自转,对地球表面的大部分地区来说将是一场巨大的灾难。虽然我们感觉不到,但我们都随着地球旋转而移动;在赤道上会达到每小时1,000公里左右。地球突然停止,地球表明的一切东西都会向东边的大气层飞去。

想象一下人、房屋、树木、巨石等等以每小时数百公里的速度从地表上升到大气层。在此之后,快速旋转的高速风会把地表的物质送到外太空,将表面扫得干干净净。

如果放缓发生得更缓慢,影响仍然会很显着,只是会持续更长的时间。我们可能会注意到的第一件事是太阳不再在一天中穿过天空。太阳的视在运动来自地球的自转,所以如果地球是静止的,它会导致一天持续半年之久的奇怪现象。

再者,如果没有我们习惯的 24 小时工作制,生物昼夜节律将完全失控。大脑无法告诉我们的身体什么时候睡觉和什么时候该醒来,有生活节奏的细胞过程大部分取决于阳光的规律变化才能发挥作用。地球上的许多生物,从蜜蜂到树木,都依赖地球的昼夜变化来维持生命,改变这些周期可能会颠覆正常的行为模式。

地球上的气候模型也与行星的自转有关,如果地球停止自转,它将极大地改变气流的移动方式(以1,000 公里/小时的风速减弱)。我们今天看到的气候模型在推动着全球降雨温度方面发挥着重要作用。

气候模型预测气流的走向

例如气流的任何变化都可能导致目前森林所在的沙漠盛开或者使冰冻的苔原变得适合居住等等......随着气候变化影响全球气候模式,对于依赖特定环境的生物来说,结果可能是灾难性的。

没有自转的地球也意味着飓风的结束,而生成飓风的旋转风暴是由源自地球自转的科氏力产生的。

飓风中科氏力的产生方式

飓风形成的原理是使被拉入风暴低压区的风在北半球逆时针旋转,在南半球顺时针旋转,慢慢形成螺旋线和中心风眼,随后形成飓风,这一过程是风暴破坏力变得如此之强的原因。

第三点也可能意味着我们地球磁场的终结,虽然科学家们仍然不清楚地球磁场的发生机制,但人们认为磁场是由地球内部地质层驱使液态金属核心运动产生的,地质学家称其为地球发电机,而发电机产生的磁场像是一个围绕地球的不可见磁场线网。

失去磁场力的影响可能将比不再能够通过指南针导航更糟糕。因为地球的磁场保护我们免受来自太阳的宇宙射线和电磁风暴等的伤害,这绝对是我们人类要共同坚持维护的责任。

结语:

人类应该保护地球,让水力发电更环保。幸运的是,有一些方法可以改善水电系统,使周围环境更加地环保,其中一种策略是更好地规划大坝上游流域周围的土地利用。通过保护河流流域的自然环境,可以更好地控制侵蚀,从而有助于减少温室气体从水库进入空气的污染,因为水中腐烂的有机物质会减少。

能源部最近在减少水电对鱼类栖息地和迁徙的影响方面也取得了进展,通过一些水力发电设施使用捕捞计划来收集鱼类,将它们运过大坝,然后将其释放。有相关部门甚至赞助了“鲑鱼大炮”的研究和开发,它可以在大坝上发射鱼类洄游。

对于许多地点而言,一个更可持续的长期解决方案是更仔细地规划大坝布置,以免最重要的迁移路径受到干扰。在某些情况下,拆除旧水坝并让河流恢复到接近其自然状态,可以恢复鱼类的栖息地。

此外,不断开发利用水力发电的新方法,例如潮汐能和波浪能,与传统的蓄水水电系统相比,其环境带来的负面影响往往更小。

#地球#

主营产品:其他电影机械与器材,LCD系列产品,LED系列产品,其他舞台设备,语音教学设备