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如果在马里亚纳海沟最深处引爆一枚核弹,会发生什么?

 魅力科学君 2023-08-25 发布于四川

马里亚纳海沟位于西太平洋的马里亚纳群岛以东约200公里处,其最深处被称为“挑战者深渊”,深度大约为11公里,而这里也被认为是已知地球海洋最深的地方。那么,如果在马里亚纳海沟最深处引爆一枚核弹,会发生什么呢?下面我们就来聊一下这个话题。

在过去的日子里,人类曾经进行过各式各样的水下爆炸试验,其中也包括了在水下引爆核弹,比如说美国于1946年进行的“十字路口行动”,就在太平洋马绍尔群岛北部的比基尼环礁进行了一次水下核爆试验。

此次核爆试验的代号为“贝克”(Baker),使用了一枚TNT当量约为2.3万吨的核弹,当它被引爆之后,其释放的能量将大约200万吨的海水抛上了天空,进而形成了一朵巨大的“水蘑菇”,其高度最高可达1800多米。

随后这朵“水蘑菇”开始下落并且逐渐崩溃,大量的海水在重力的作用下砸向海面,形成了一场小型的海啸,其造成的海浪峰值高度达到29米左右,尽管随着海浪的扩展,其高度也会不断下降,但在5公里之外,仍然可以检测到大约4.5米的海浪。

根据大量实测数据,就可以建立起各种水下爆炸的理论模型,据此我们也可以模拟出在马里亚纳海沟最深处引爆一枚核弹,会出现什么样的情形。实际上,已经有人对其进行了模拟,而在该模拟中,研究者模拟引爆的核弹,则是人类在过去引爆过的威力最大的核弹——沙皇炸弹。

要知道沙皇炸弹的TNT当量高达5300万吨,这可比“贝克”核试中使用的核威力高多了,所以我们似乎可以认为,威力如此巨大的核弹在水下引爆之后,应该比“贝克”核试的场面更加夸张,但实际情况却很可能并非如此。

因为模拟结果显示,就算在马里亚纳海沟最深处,引爆一枚像沙皇炸弹这样威力巨大的核弹,也不会对海面上掀起什么浪花,以至于我们基本上无法察觉到海面的异常,为什么会这样呢?因为那里的水实在是太深了。

当核弹在水下爆炸时,其释放出的能量会在水中形成一个快速膨胀的热蒸汽球形空腔,这个“空腔”的大小取决于核弹的当量以及它在水下引爆的深度。

“贝克”核试的场面之所以会那么大,其实是因为其使用的核弹是在水下27米引爆的,也就是说,当它爆炸后形成的“空腔”半径膨胀到大约27米的时候,其中的能量就会直接冲出了海面,并汹涌地释放出来。

但海洋的水深每增加10米,其中的压强就会增加大约1个大气压,而在马里亚纳海沟最深处,压强将会达到大约1100个大气压,什么概念呢?这样说吧,这大概相当于我们的一个指甲盖大小的面积上,会承受1.1吨的重量。

根据水下爆炸的理论模型中相关公式的计算,在如此强大的压强环境中,即使是像沙皇炸弹这样的核弹被引爆,其释放出的能量也最多只能形成一个半径约530米的“空腔”(如下图所示)。

而在接下来的时间里,尽管这个“空腔”迅速上浮,但它却不能完整地浮出水面,因为在巨大压强的作用下,这个“空腔”会被压缩,压缩到一定程度时,其中的能量又会使它重新膨胀……

这种“膨胀后被压缩,压缩后又膨胀”的现象,会在“空腔”的上浮过程中反复进行,而这此过程中,大量的海水会侵入“空腔”的内部,进而不断地将其削弱和分割。

其过程可以简单地描述为,一个大“气泡”会被分割成多个小“气泡”,而这些小“气泡”随后又会被分割成更小的“气泡”,同时这些“气泡”中的能量也会被海水不断地带走,而随着这个过程的持续,最终抵达海面的,就只是一些很小的“气泡”,以及一些温度相对较高的海水,而核弹引爆后释放出的能量,绝大部分都耗散在了广袤的海洋之中。

但需要注意的是,在马里亚纳海沟引爆核弹还有其他的影响,例如引爆核弹将会在海洋中释放出很多放射性物质,而在其爆炸范围内,所有的生物都将灰飞烟灰。

更重要的是,马里亚纳海沟是由太平洋板块俯冲到菲律宾海板块下方而形成的,如果核弹爆炸后产生的冲击力破坏了这两个板块之间的平衡状态,就有可能诱发地震或者火山爆发。所以像这样的事情,我们从理论上来推演一下就可以了,而不要真的去做。

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