Спрятать атмосферу
Оригинал: Hide the AtmosphereТолщина 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.
![Это первое, что я попробовал сделать в Minecraftʼе.](/uploads/153-hide-the-atmosphere/hole_ru.png)
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.
![Minecraft с очень низким разрешением.](/uploads/153-hide-the-atmosphere/cube_ru.png)
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?
![[Спустя 6 часов мы совсем забыли, чем занимались, и соорудили надувной замок.]](/uploads/153-hide-the-atmosphere/pressure_ru.png)
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.
![Обещаю все вернуть на свои места, когда закончу.](/uploads/153-hide-the-atmosphere/texas_ru.png)