Спрятать атмосферу

Толщина земной атмосферы очень мала в сравнении с радиусом планеты. Насколько глубокую яму нужно вырыть, чтобы человечество задохнулось?

— Сэм Бёрк

Идея предельно проста: когда копаешь яму в земле, воздух ее заполняет^[1].↲Выкопанная земля вытесняет воздух, и поначалу особенных изменений в окружающей атмосфере не будет. Но эффект усиливается, с углублением ямы и ростом кучи земли. Так что продолжайте!↳ Если яма будет достаточно глубока, в нее уйдет бòльшая часть атмосферы — так что оставшейся уже не хватит для дыхания^[2]↲Чтобы воздуха на уровне моря стало слишком мало для поддержания человеческой жизни, нужно «откачать» примерно 65% атмосферы.↳^[3].↲В этой статье подмечено одно любопытное совпадение: наивысшая точка планеты находится почти точно на том уровне, дальше которого человеку не выжить.

Точный объем атмосферы определить сложно, ведь с возрастанием высоты она становится тоньше, да еще и не имеет четкой границы. Если всю атмосферу сжать до ее плотности у поверхности, то ее толщина составит порядка 10 километров, а объем — около 4 миллиардов км³. Этого воздуха достаточно, чтобы заполнить куб высотой примерно 1600 километров — сопоставимо с объемом твердого ядра Земли. Так мы можем в общих чертах представить масштаб нашей ямы.

Выкопать настолько большую яму будет очень непросто. Будь она даже размером со штат Массачусетс, глубина должна быть больше диаметра Земли, чтобы вместить весь воздух при нормальном атмосферном давлении. Яма размером с территорию Соединенных Штатов должна составлять 400 километров в глубину, и это намного глубже, чем можно вырыть на самом деле^[4].↲Да, и если вы будете пытаться выкопать яму любой глубины размером с Соединенные Штаты, люди, вероятно, будут очень возмущены.

Но постойте-ка! Давление воздуха изменяется с высотой. Когда вы поднимаетесь, давление воздуха падает. Вероятно, вы иногда замечали, как закладывает уши при движении по горам или на лифте в высотном здании. В то же время, давление повышается, если вы спускаетесь. Давление воздуха в глубокой шахте гораздо выше, чем на уровне моря.

Казалось бы, возрастающее давление должно помочь нам набрать больше воздуха в яму. Давление сожмет его, и глубокая яма сможет вместить больше воздуха, чем ей «причитается по справедливости». Но на деле все выходит не совсем так.

Чем горная порода глубже, тем она горячее^[5].↲Источник: Эмиел, Джон; Экхарт, Аарон; Суонк, Хилари; Земное ядро, 2003↳ Согласно закону идеального газа давление сжимает воздух, но в то же время тепло вызывает его расширение. В случае с ямой в земной коре расширение, вызванное теплом породы, и в самом деле может противодействовать сжатию от возросшего давления. Расчеты в этой статье^[6]↲Это самый настоящий документ, а не трейлер паршивого фильма. Честное слово.↳ показывают, что градиент температуры более 30 °C на километр приведет к отсутствию сжатия как такового. Если изменение температуры происходит быстрее — как это часто бывает в районах с тонкой земной корой или районах вулканической активности, — плотность воздуха на самом деле будет резко понижаться по мере углубления, даже при увеличении давления.

Что, если сжать воздух как-то иначе?

Баллоны для дайвинга могут быть наполнены воздухом, сжатым в 200 раз. Куча этих баллонов, содержащих в себе всю атмосферу, будет высотой всего лишь в несколько сотен километров. Чтобы сжать воздух еще сильнее, его можно привести в жидкое состояние. Основные компоненты атмосферы — кислород и азот. Охлажденная достаточно сильно, она превращается в жидкость с плотностью, как у воды.

Если мы превратим всю атмосферу в жидкость (для протокола — не думаю, что нам следует это делать), мы вполне сможем поместить ее в землю. Фактически нам необходимо удалить участок верхней земной коры, вскрыть магматические жилы и камеры под давлением, каким-то образом все это герметизировать и в то же время сохранять достаточную прохладу, чтобы не расплавить наши резервуары.

Эти работы — задача почти невыполнимая. Но если каким-то образом вам удастся решить все бесчисленные технические проблемы, вы могли бы, в принципе, уместить всю сжиженную атмосферу Земли в яму глубиной 8 километров и площадью примерно с Техас.

Хотя, может, вам и не захочется использовать именно этот штат.