如果在馬里亞納海溝最深處引爆一枚核彈,會發生什麼?

2023-08-25     魅力科學君

原標題:如果在馬里亞納海溝最深處引爆一枚核彈,會發生什麼?

馬里亞納海溝位於西太平洋的馬里亞納群島以東約200公里處,其最深處被稱為「挑戰者深淵」,深度大約為11公里,而這裡也被認為是已知地球海洋最深的地方。那麼,如果在馬里亞納海溝最深處引爆一枚核彈,會發生什麼呢?下面我們就來聊一下這個話題。

在過去的日子裡,人類曾經進行過各式各樣的水下爆炸試驗,其中也包括了在水下引爆核彈,比如說美國於1946年進行的「十字路口行動」,就在太平洋馬紹爾群島北部的比基尼環礁進行了一次水下核爆試驗。

此次核爆試驗的代號為「貝克」(Baker),使用了一枚TNT當量約為2.3萬噸的核彈,當它被引爆之後,其釋放的能量將大約200萬噸的海水拋上了天空,進而形成了一朵巨大的「水蘑菇」,其高度最高可達1800多米。

隨後這朵「水蘑菇」開始下落並且逐漸崩潰,大量的海水在重力的作用下砸向海面,形成了一場小型的海嘯,其造成的海浪峰值高度達到29米左右,儘管隨著海浪的擴展,其高度也會不斷下降,但在5公里之外,仍然可以檢測到大約4.5米的海浪。

根據大量實測數據,就可以建立起各種水下爆炸的理論模型,據此我們也可以模擬出在馬里亞納海溝最深處引爆一枚核彈,會出現什麼樣的情形。實際上,已經有人對其進行了模擬,而在該模擬中,研究者模擬引爆的核彈,則是人類在過去引爆過的威力最大的核彈——沙皇炸彈。

要知道沙皇炸彈的TNT當量高達5300萬噸,這可比「貝克」核試中使用的核威力高多了,所以我們似乎可以認為,威力如此巨大的核彈在水下引爆之後,應該比「貝克」核試的場面更加誇張,但實際情況卻很可能並非如此。

因為模擬結果顯示,就算在馬里亞納海溝最深處,引爆一枚像沙皇炸彈這樣威力巨大的核彈,也不會對海面上掀起什麼浪花,以至於我們基本上無法察覺到海面的異常,為什麼會這樣呢?因為那裡的水實在是太深了。

當核彈在水下爆炸時,其釋放出的能量會在水中形成一個快速膨脹的熱蒸汽球形空腔,這個「空腔」的大小取決於核彈的當量以及它在水下引爆的深度。

「貝克」核試的場面之所以會那麼大,其實是因為其使用的核彈是在水下27米引爆的,也就是說,當它爆炸後形成的「空腔」半徑膨脹到大約27米的時候,其中的能量就會直接衝出了海面,並洶湧地釋放出來。

但海洋的水深每增加10米,其中的壓強就會增加大約1個大氣壓,而在馬里亞納海溝最深處,壓強將會達到大約1100個大氣壓,什麼概念呢?這樣說吧,這大概相當於我們的一個指甲蓋大小的面積上,會承受1.1噸的重量。

根據水下爆炸的理論模型中相關公式的計算,在如此強大的壓強環境中,即使是像沙皇炸彈這樣的核彈被引爆,其釋放出的能量也最多只能形成一個半徑約530米的「空腔」(如下圖所示)。

而在接下來的時間裡,儘管這個「空腔」迅速上浮,但它卻不能完整地浮出水面,因為在巨大壓強的作用下,這個「空腔」會被壓縮,壓縮到一定程度時,其中的能量又會使它重新膨脹……

這種「膨脹後被壓縮,壓縮後又膨脹」的現象,會在「空腔」的上浮過程中反覆進行,而這此過程中,大量的海水會侵入「空腔」的內部,進而不斷地將其削弱和分割。

其過程可以簡單地描述為,一個大「氣泡」會被分割成多個小「氣泡」,而這些小「氣泡」隨後又會被分割成更小的「氣泡」,同時這些「氣泡」中的能量也會被海水不斷地帶走,而隨著這個過程的持續,最終抵達海面的,就只是一些很小的「氣泡」,以及一些溫度相對較高的海水,而核彈引爆後釋放出的能量,絕大部分都耗散在了廣袤的海洋之中。

但需要注意的是,在馬里亞納海溝引爆核彈還有其他的影響,例如引爆核彈將會在海洋中釋放出很多放射性物質,而在其爆炸範圍內,所有的生物都將灰飛煙灰。

更重要的是,馬里亞納海溝是由太平洋板塊俯衝到菲律賓海板塊下方而形成的,如果核彈爆炸後產生的衝擊力破壞了這兩個板塊之間的平衡狀態,就有可能誘發地震或者火山爆發。所以像這樣的事情,我們從理論上來推演一下就可以了,而不要真的去做。

文章來源: https://twgreatdaily.com/zh-sg/4ef341df961f9ebf39339cc9bfcda02c.html