如果在海洋最深处引爆一颗核弹,海面上会发生什么?
重力流体除了能更有效转移和吸收能量,而且,深海水流体通过环形压力能短时间箍制,缓冲核爆能量,大大的缩小核爆半径,这是核弹在空气中和水下不同环境爆炸后的区别,在空气中,核爆的整个作用时间更短,冲击波传波更快,冲击波更能形起陡直和雪崩式的破坏力,但在在深海中,水体环压硬是能杠住核爆瞬间释放的能量,并能箍制住,并转换能量释放,相当于于机动车的减震器,也或者相当于二道贩,整个过程,核爆的能量会以水体压力变化和深海洋流运动的形式消耗掉,
按照质能公式和重力加速度公式来做以下比较:
质能公式①:
e=mc²,
e是焦尔j,m是kg,c²是30万公里²
重力加速度公式②
f=ma
f是单位N牛,m是kg,a是加速度米/(秒方)
J=W=f*s =msa=m米²/s²=1千克* 米²/(秒方)
给定二式中的e=J,综合后:
在式①中的c²转换成式②中的米^²/秒^²
在式①中几百十克消耗质量转变成式②深海洋流中大数量级吨位质量的压力变化和运动加速,只不过,流体运动变化比较复杂,爆炸过程的模型难以精确演绎,
深海拥有巨大质量的水体,能充分吸收核爆能量,深海核爆后,流体压力变化在传达到海平面上之后基本不会有太多影响,也就几个水浪的涌动和出现一些水泡,如果是在晚上,应该能看见水下核闪和核爆开始几秒钟的高温光谱辐射,核爆炸产生的带电离子粒子经不起几千米水层的屏蔽阻挡,所以在水面上还是可以座在船上乘乘凉,踏一块冲浪板冲冲浪也可以,
太平洋水下的一个深海洋流含有的能量也能抵的上一个二个核爆能量,也不见的太平洋海平面上有什么特别之处,但深海核爆除了在爆炸半径内以外,引起的水下次声波也会让很多深海物种消亡,所以,深海核爆并不是好玩的扔鞭炮行为。
朋友, 把约5300万吨TNT当量的沙皇炸弹(大伊万,人类迄今为止试爆过的最大当量核弹)放到马里亚纳海沟斐查兹海渊(人类已知的地球最深点,海下11034米)引爆 ,是否符合你的题目要求?不过, 结果可能会令你失望,海面上基本不会有太大的波动,人类的大玩具对于海洋来说过于“小儿科”了 。
Tsar bomb 沙皇炸弹(AN-602,5300万吨TNT当量,1961年于新地岛上空4200米处引爆)
事实上,人们很早就想到在水下引爆核弹,并且曾经也做过类似的试爆,可惜大多都是在百米以内的深度测试只有几万吨当量的核弹。将人类史上引爆过的最强大核武器“5300万吨当量的Tsar bomb”放到大约11公里深的马里亚纳海沟最深处,试图去依靠引发强大的海啸,这种“疯狂的想法”其实已经出现几十年了,事实证明这种设想无异于“痴人说梦”,其破坏效应与海面引爆或者低空引爆差的太远了。
水下核爆炸过程和效果的分析
我们且不说如何成功将核弹布设到11公里深的海底去引爆,假设这种行为本身是可行的。当核弹在海水中爆炸时,热辐射蒸发海水产生的水蒸气和冲击波会迅速形成一个 “炽热蒸汽球形空腔”, 此时如果爆点距离海面比较近,空腔会向上膨胀突破海面形成 “中空水柱”, 海面下的空腔会将海水中的杂质、砂石等吸入并通过中空通道喷射到天空中 。
随后,突破海面的“炽热蒸汽球形空腔”(巨型气泡)在空气中继续上升,因为其巨大的体量和携带的海水(重力、压力作用),会在内部形成断层而破碎,砸回海面形成巨大的海浪。这一过程,基本阐述了核弹在水下引爆引起海浪的过程,但是需要注意需要距离海面足够近。
如果在深海引爆大型核弹想要在海面上做点什么,我们就需要知道水下核爆后产生的“炽热蒸汽球形空腔”最终能不能突破海面?根据“水下核爆各种理论模型的评估”可以计算沙皇炸弹在马里亚纳海沟底部爆炸后形成的“气泡”膨胀半径:
注意上式中:“Radius”为半径;“53megatons”为5300万吨;“Mariana Trench pressure”是指大约11000米深处马里亚纳海沟的水压;“1 ATM”为1个标准大气压;
根据上述评估结果: 当“沙皇炸弹”在11000米深的马里亚纳海沟底部爆炸后,形成的“气泡”膨胀半径只有区区580米,就算按直径算整个“气泡”的直径也就大约1100米多点,上面还有大约10公里深的海水压着,根本翻不起半点浪花。当核爆形成的“炽热蒸汽球形空腔”膨胀向上膨胀大约580米后,会使气泡上部的海水“凸起”(但是幅度非常小),随后气泡上的高压海水会迅速迫使气泡收缩,核爆产生得能量会再次让气泡膨胀到极限而再次被海水压缩,经过3、4次膨胀、收缩后将会耗尽核爆的能量而使气泡破碎,随后破碎气泡上方10000米高度的海水,回流填补直径1000米气泡破碎的空腔,不会在海面上产生一丝的影响,更别谈什么海啸了。
水下核爆的试验
当然,我们上文所述只是理论上如此,但是根据美军“十字路口”水下核试验的结果,其“气泡形成和溃散”的过程与上文理论模型基本一致,只不过是因为核爆距离水面相当近,气泡空腔冲出了海面而已。
美军“十字路口”水下核爆
1946年,南太平洋马绍尔群岛比基尼环礁附近,美军进行了浅海核爆试验:将一颗2.3万吨当量的“Baker”核弹装在沉箱中,利用钢缆和LSM-60两栖登陆舰将其吊放入水面下27米深处并引爆。引爆的瞬间,海水立即被照亮并且在海平面下形成一个高温汽化空腔,随机气泡突破海面并使海水形成一个白色巨大的水帽,水帽在1秒种之内蹿升到1600米高的空中,水帽下是一根中空水柱(如上图)。爆炸后约10秒,白色水帽开始下落并且逐渐崩溃,约200万吨海水砸向海面形成巨大的波浪和水汽。根据检测仪器拍摄的照片显示,传递出来的第一排海浪高达29米,前后共有大约20个浪峰以90公里/小时的速度向外扩展,但是当扩展到大约5公里外时,海浪已经衰减到4.5米高,此后迅速恢复平静。
由此可知,虽然十字路口水下核爆的当量只有2.3万吨,但是爆心距离海面只有27米深,所以造成了比较大的海浪。但是万米深处的海水压力,对于核爆的影响将成几何级数增长,现有的核武器在那里引爆对于海面来说不会有太大的影响(当然,爆心附近处的高温和辐射对于生物的杀伤还是很严重的,但也很难传递到海面上)。
在地球的海洋中,最深的地方是马里亚纳大海沟,深度达到了11000米左右,大概是形成于距今6000万年前。而核弹是人类目前所掌握的最具杀伤力的武器,那么如果我们把一颗核弹放到马里亚纳大海沟的底部引爆,那在海面上会掀起巨大的海啸吗?
核武器要了解这个问题,我们首先要从核武器说起。核弹的原理主要是核裂变(链式反应)和核聚变。说白了就是原子核层面的反应,要么一个大一点的核裂成几个比较小的原子核,要么小的原子核聚合成一个大一点的原子核。
在反应前后,会发生质量的损失,这部分质量会以能量的形式释放出来。我们可以用爱因斯坦的质能方程E=mc^2计算这部分释放的能量,其中E是能量,m是损失质量,c是光速(3*10^8m/s),也就是说释放出来的能量等于损失的质量乘以9*10^16,这也解释了为什么核弹可以释放出如此巨大的原因。
一般来说,核弹的试爆都是在无人区,比如:戈壁上之类的。在深海直接试爆核弹的情况在 历史 上还没有过。不过,也曾有人在海面以下几十米以内的范围试爆过原子弹,这就是美国的 十字路口行动 。那具体是咋回事呢?
十字路口行动在第二次世界大战,美国最先研制出了原子弹。后来,他们还在继续研发原子弹,一旦涉及到研发原子弹,就需要考虑在哪里对原子弹进行试爆。1946年,美国就准备在太平洋上的马绍尔群岛的比基尼环礁进行原子弹试爆的实验。这个实验被称为: 十字路口行动。
这次原子弹的试爆实验一共要试爆两颗原子弹,一个是在空中试爆,一个是在水下试爆。我们主要来聊一聊水下试爆的实验,这个实验的代号为: Bake 。实验的目的是为了研究原子弹对于海面舰队的打击能力。因此,研究人员在安排了巡洋舰、战舰、潜艇以及石油驳船等船只,它们被安排在距离引爆点不同远近的位置。
研究人员把这枚原子弹安排在了水下27米的位置,并且引爆了这颗原子弹。原子弹被引爆后,释放出了巨大的能量,把海床炸出了一个巨大的坑,同时巨大的能量雾化了海水,200万吨的海水和海沙直接被巨大的能量推向了半空中,形成了一个巨大的水墙,这个水墙的直径达到600米,高度达到了1800米。
随后,由于重力作用,这些海水和海沙下落回到海面上,形成了一道高度达到270米的巨大瀑布,下落的海水激起了巨大的海浪,巨大的海浪传播到300米开外的位置后,竟然还有29米高;这些巨浪传到了5600米开外的海岸边时,甚至还有4.6米。
当时被布置在引爆点附近的船只全部被摧毁,尤其是直接布置在引爆点上方的登陆舰连影儿都没有找到,研究人员认为它在爆炸的一瞬间,被原子弹释放的巨大能量给气化。其余的船只几乎都被击沉,只有一艘距离最远(距离引爆点1600米)的巡洋舰逃过一劫,但是当研究人员打算把它拖到其他地方进行维修时,在运送过程中,这艘巡洋舰也沉了。由此可见,原子弹的威力是相当的可怕。不过,我们要知道的是,这仅仅是在海面下27米做的实验,马里亚纳大海沟的深度比这27米整整高出了3个数量级,那如果在马里亚纳大海沟中引爆核弹会如何呢?
在马里亚纳大海沟中引爆沙皇氢弹十字路口行动中在海底引爆的核弹当量是2100吨TNT,属于当量比较小的核弹。如果还是用这个当量的原子弹在马里亚纳大海沟引爆,那么在海面上几乎是看不到什么变化的。因为马里亚纳大海沟实在是太深的,不仅如此,马里亚纳大海沟的压强十分巨大,达到了1100个地球大气呀,这些都会极大限制核弹爆炸的威力。
在人类 历史 上威力最大的核弹是沙皇氢弹,当量达到了5000万吨TNT,威力相当于投掷在广岛“小男孩”原子弹的3864倍。
这看起来似乎会引发巨大的海啸,但实际上并不会,这还是因为马里亚纳大海沟太深了,压强太大了。沙皇氢弹爆炸后,会形成一个巨大的“气体空腔”,也就是气泡,如果是在接近海面位置引爆,那就会是导致类似于十字路口行动中那样的巨大水墙。但是在马里亚纳大海沟在引爆后,气泡上升一段距离后就会因为压强太大,逐渐消耗能量,最终还没有到海面上就会消失。因此,并不会激起巨大的海啸。