每年烧掉100多亿吨煤炭和石油,地球的总质量减少了吗?

                2016年全球煤炭产量为74.60亿吨,比起2015年略有下降,2017年石油开采量为337.968亿桶,按每桶157.4千克计算,约合53.2亿吨,与地球庞大的质量(5.965×10^24千克)相比,这明显是一个微不足道的质量,但吃瓜群众一直都很好奇,这么多的煤炭和石油挖出来被烧掉,难道地球质量就不会变化吗?

                煤炭和石油燃烧质量会发生变化吗?

                在我们的印象中,煤炭和石油从地底下挖出来,地下就空了,如果按规范操作需要回填,比如注水,防止采空区出现造成塌陷形成局部人工诱发的地震或者生态灾难,因此需要将其他区域的水来填补。

                而开采的煤炭与石油则被运送到了其它能源需求区域,从这一点上来看只是做了一个搬运,从左手到右手,质量没有发生变化,但后续两个问题就不得不思考一下了:

                • 一般煤炭燃烧留下的灰烬比例为30-35%(热值5000大卡的煤炭),高品质煤炭(热值5500大卡)比例25%,大约有65%-75%的物质不见了。

                • 石油炼油比例则可以达到80%以上,余下20%的残渣也可以提炼各种化工产品,最后剩下的沥青也可以铺路,而汽油柴油以及航空煤油等燃烧只有部分积碳,相当于80%物质不见了!

                但中学化学课本告诉我们,煤炭和石油的燃烧遵循质量守恒定律,即参与化学反应前后的物质的质量是不会变化的,只是原子的重新组合而已,并不会凭空少了质量!比如煤炭燃烧会产生二氧化碳,二氧化硫以及氮氧化物与水蒸气和固体灰烬等,石油燃烧则会形成二氧化碳、水以及氮氧化物和硫化物,会遗留部分积碳与固体废物,这个前后会有氮气与氧气参与生成氮氧化物,因此燃烧后的质量是增加的,不过这些质量仍然来自大气层内,因此煤炭与石油燃烧前后质量守恒,这是中学就能学到的知识。

                化学反应质量真的不变吗?

                1905年9月26日,爱因斯坦的《论运动物体的电动力学》正式发表,这就是狭义相对论的论文,9月27日,爱因斯坦又发表了一片关于狭义相对论中另一篇重要论文:《物体的惯性同它所含的能量有关吗?》这就是著名的质能等价公式的论文,从此质量和能量就开始等价起来,可能很多朋友都不太相信狭义相对论中对质量增加,时间延长,长度收缩这种“玄幻”描述将信将疑,但对质能等价公式基本没有异议的!

                无论是原子弹还是氢弹,还是列变电站和未来的聚变电站都遵循质能等价,但这里有一个误区必须提醒下各位:E=MC²是一个质能等价公式而不是转换公式,能量就是质量,质量就是能量,必须要对这个概念有一个认识,因为在量子力学世界,你会发现所有的微观粒子你都不知道是多少千克,只有多eV来表示,但可以根据能量算出质量来!

                因此当煤炭和石油燃烧时,能量发生了改变,释放到了大气层中,会逐渐辐射到宇宙空间中,因此从整体上来看,总质量是减少的,但如果地球是一个封闭的球体,那么煤炭与石油燃烧,仍然会不会出现质量变化!那么根据上述比例,这些煤炭和石油燃烧后会减轻多少质量呢?

                一千克标准煤:29306焦耳,换算为质量亏损约为:3.26×10^-13千克

                一千克原油:按1千克原油相当于1.4286千克标准煤计算,那么能量为:41866.6焦耳,质量亏损约为:4.658×10^-13千克

                2016年全球煤炭产量74.60亿吨,如果全部烧掉,质量亏损约:71.287吨

                2017年全球石油产量53.20亿吨,如果全部烧掉,质量亏损约:103.754吨

                看来这少的质量还不少哈,其实真正会少下来的还更多,我们在唠嗑唠嗑,因为这些产物中有很多气体或者或者水蒸气,上升到高空时太阳的短波长高能紫外光的能量会导致这些分子结合能的分子链断裂,被分解成单质物质,其中就会有比较容易逃逸的氢,因此煤炭燃烧掉后,这些气体元素也无法全部保留在大气层内,仍然有一部分会被分解逃逸。

                地球的质量到底是减少还是增加?

                从上文的描述来看,地球的质量肯定是减少了?没错,我们描述到了气体逃逸的过程,地球的大气与水蒸气也是这样被分解逃逸的,因此地球每年损失的气体超过十万吨,这个不是小数,尼米兹航母也就8万吨,一年内比航母还重的气体就跑了!

                地球存在了45亿年,那不是跑掉了360万亿吨?实在是太可怕了,再跑个几亿年是不是大气层都跑光了?其实也不是,因为每年地球从太阳接收的高能粒子以及宇宙尘埃和各种彗星物质超过数十万吨,总的来说地球还是赚的,所以地球经过45亿年还是生机勃勃,这是有一套良性循环的机制在运作!

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