¿Cuál sería el efecto de una bola de fuego mágica gigante ardiendo en el océano?

Digamos que tu esfera mágica tiene un radio$r$de 10 km (así que simplemente asomándose a la atmósfera exterior) y está a una temperatura$T$de 1.250 K (tan brillante como un bonito amarillo cálido). El flujo de calor radiativo total de la esfera viene dado por:

Dónde$\sigma$es la constante de Steffan-Boltzman . Sin embargo, una parte de esta energía se perderá en el espacio y, por lo tanto, no afectará a la biosfera. Digamos que la energía absorbida por el resto del planeta es$10^{14} \mathrm{W}$, o alrededor de 100 teravatios.

En realidad, esto no es tanta energía , a escala planetaria. La constante solar (la medida de la energía solar que incide en la superficie de la Tierra) es de aproximadamente 1,3 kW por metro cuadrado, por lo que equivale a duplicar la energía solar depositada en un área circular de poco más de 200 km de radio, que es probablemente del tamaño de la 'zona de caos' alrededor de su artefacto en cualquier caso.

(Tenga en cuenta que debido a que esta ecuación es cuartica en la temperatura de la esfera, puede pasar de ser inocuo a destruir el mundo muy rápidamente. Eleve la temperatura a 2500 Kelvin, y su poder aumentará dieciséis veces, y el tamaño de su zona de caos aumenta a 1.600 km de diámetro. Sube a 8.000 kelvin, y la entrada de energía es equivalente a duplicar la energía solar en toda la tierra; esto casi con seguridad causaría una destrucción de la biosfera similar a la de Venus. A 100.000 kelvin, depositará suficiente energía para exceder la energía de enlace gravitatorio de la Tierra dentro de un milenio; no estoy seguro exactamente de cómo se desarrollaría el desastre en este caso, pero es seguro que será bastante malo. Pero si mantiene la temperatura 'razonable', puede mantener una temperatura estable biosfera.)

¿Cómo sería este tipo de energía? Las estimaciones de la potencia de los huracanes son del orden de$10^{14}$a$10^{15}$Watts, por lo que en el rango medio los efectos probablemente se manifestarían como un gran huracán que rodea el artefacto, aunque los flujos de viento y agua cerca del centro serían mucho más confusos, con similitudes con las nubes en forma de hongo nuclear. Modelar el comportamiento muy cerca del artefacto ('muy cerca' aquí probablemente signifique hasta unos pocos kilómetros) sería muy desafiante desde el punto de vista computacional.

A escala planetaria, esta entrada de energía es del mismo orden que los 3,2 TW de calentamiento inducido por gases de efecto invernadero que actualmente causan nuestros problemas climáticos, por lo que la aparición repentina de tal artefacto pondría a la Tierra en el mismo tipo de calentamiento global. rumbo al que nos enfrentamos actualmente. Para ser honesto, el hecho de que estemos haciendo el doble de daño a la biosfera con autos y centrales eléctricas, que un artefacto extraterrestre al rojo vivo del tamaño de una ciudad, me hace querer mudarme con los extraterrestres...

No hay escenario en el que la biosfera sobreviva mucho tiempo. Tienes, en el mejor de los casos, unos pocos siglos. Digamos que la bola de fuego es lo más genial posible sin dejar de ser una bola de fuego; 100 grados centígrados. Todos los océanos se drenarán continuamente hacia la bola de fuego y hervirán al contacto, como dijiste. Estas son malas noticias para su biosfera, porque esa es una gran cantidad de vapor de agua que ingresa a la atmósfera, y el vapor de agua es un importante gas de efecto invernadero. Cuanto más caliente está la pelota, más rápido aumenta este efecto invernadero.

Si la bola está a más de 1400C, comenzarás a derretir el fondo del océano. Esto también es muy malo para la biosfera. La mayoría de las extinciones masivas han coincidido con erupciones volcánicas masivas, y eso es básicamente lo que tenemos aquí. La roca fundida emite algunos humos bastante desagradables, que alteran aún más el clima. Si la bola se ve afectada por la gravedad, puede hundirse en el manto. Este es el mejor de los casos que creo. Eventualmente se hundiría a una capa tan caliente como lo era y dejaría de causar caos. La biosfera probablemente se destruirá antes de que se asiente, pero podría recuperarse. Si no se hunde, tiene una erupción volcánica permanente, que como dije anteriormente, es una muy mala noticia. La mayor parte de la vida estará muerta dentro de unos pocos años.

El núcleo de la Tierra es 5400C. Si la pelota está más caliente que esto, incluso si se hunde, nunca deja de causar problemas. Si no se hunde, solo sepa que 5400C es ridículamente caliente. El hierro hiervea 2750C. Esto es como miles de bombas atómicas que explotan constantemente en un solo lugar. El clima será extremo inmediatamente. Estamos hablando de vientos muchas veces más rápidos que el huracán más rápido. La lluvia también será extrema, y ​​no será solo agua. Toda esa roca hirviendo volverá a bajar y estará sobrecalentada. Lluvia de lava básicamente. Toda la vida macroscópica probablemente morirá en el transcurso del día. Tal vez las personas en búnkeres herméticos endurecidos podrían sobrevivir un poco más, pero los terremotos extremos los atraparán lo suficientemente pronto. Si la pelota se hunde, las placas tectónicas de la Tierra se volverán locas mientras se hunde. Terremotos masivos y erupciones volcánicas en todas partes. Extinción masiva, como en el ejemplo de 1400C. Una vez que llegue al núcleo, seguirá hundiéndose e interrumpirá el campo magnético de la Tierra. Sin campo magnético significa que no hay protección UV. La superficie de la Tierra se esterilizará en meses, tal vez un año. La vida alrededor de los respiraderos oceánicos profundos puede sobrevivir, si el vulcanismo desenfrenado no los atrapó ya.

En algún lugar alrededor de 10 millones C, la bola está tan caliente como la superficie del sol, y la Tierra se vaporizará. Nada sobrevive.

Básicamente estás cocinando tu planeta en una estufa.

Esta bola de fuego mágica es una fuente infinita de calor, por lo que permanecerá allí continuamente vertiendo calor en el sistema del planeta. El agua cercana se calentará hasta convertirse en vapor, pero la frialdad del agua no enfriará la bola de fuego en absoluto. Esto hará que la temperatura general aumente y aumente hasta que todo en el planeta finalmente coincida con el nivel de calor de la bola de fuego. Eventualmente, el océano hervirá y el vapor en la atmósfera hará que toda la vida se extinga. Terminarás con una bola gigante de ceniza (o tal vez lava) . Y una bola de fuego de 900 km es fácilmente lo suficientemente grande como para que esto suceda en poco tiempo.

El problema fundamental es que no quedará un océano. Y la evaporación del océano destruirá la biosfera por el calor.

El fondo del océano tiene 1000 bar de presión. Para evitar que el océano fluya hacia adentro, se necesitan 1000 bares de vapor, lo que requiere temperaturas cercanas a la escala del núcleo estelar (400 000 K). Y luego tienes una estrella en tu planeta, lo que significa que no tienes un planeta por mucho tiempo.

Si simplemente evapora el agua entrante, entonces el agua fluye hacia el artefacto a una velocidad igual a la velocidad con la que se movería si dejara caer agua en el vacío en la parte superior del océano.

Como modelo simple, supondré un cilindro de 3 km de altura y 1 km de radio. Tiene una superficie de 3 km * 2 * pi * 1 km, o ~20 km^2.

Tiene un diámetro de 6 km. La velocidad a la que entra el agua es aproximadamente$\sqrt{ h * 20 m/s^2 }$, entonces queremos$1 g/cm^2 * 6 km * \int_{h=0}^{3 km} \sqrt{ h * 20 m/s^2 } dh$

Usando wolframio alfa obtenemos un flujo de$2.939×10^{12} \frac{kg}{s}$. Evaporando eso es 40.65 kJ/mol -- el agua es 18.0153 g/mol, así que esto es$\frac{40.65 \frac{kJ}{mol} }{ 18.0153 \frac{g}{mol} } * 2.939*10^{12} \frac{kg}{s}$

O$6.6316048 × 10^{18} W$.

Esto excede el calor proporcionado a la Tierra por el Sol. Así que adiós biosfera.

Las respuestas anteriores, particularmente la primera de Stephen, que establece el poder total del objeto y muestra que se puede lograr manteniendo un sistema planetario habitable, cubre la mayor parte de lo que pide, pero debe considerar la ubicación del objeto con respecto a la latitud y la posición relativa de los continentes. Las atmósferas y los océanos se convectarán y crearán patrones de aire en movimiento: piense en vientos en chorro, corriente del golfo del Atlántico, etc. En un planeta ideal que gira alrededor de sus polos y se calienta desde una estrella central, con una atmósfera/océano uniforme, obtendrá corrientes en chorro ( o corrientes oceánicas) en forma de cinturones y zonas que giran en direcciones opuestas alrededor del planeta, con circulación ciclónica y anticiclónica en los límites entre los cinturones y zonas. Su objeto inyectará una gran cantidad de calor y humedad en la circulación oceánica y atmosférica en su ubicación. Si eso está en una latitud media con un flujo ininterrumpido alrededor del planeta (piense en el océano Austral pero un poco más arriba), entonces probablemente verá una tormenta perpetua a escala de huracán alrededor de su ubicación, pero también mucho más poderoso.vórtice de agua que surge de la circulación de agua alrededor del objeto: eso es algo de lo que no tenemos un equivalente en la Tierra, pero con la tasa de absorción de agua por evaporación en contacto con el objeto sería como un desagüe inverso, con agua llevado a la atmósfera en lugar de por el desagüe. Obviamente, también habría lluvias intensas en los alrededores, en la escala de las tormentas atmosféricas. Por otro lado, si se dejara caer en medio del océano ártico de la Tierra con las masas continentales circundantes, habría un efecto de rotación muy pequeño, pero el objeto aún causaría un vertido de vapor de agua a gran escala sobre los cientos de millas circundantes; en este caso, podría generar potencialmente un anillo de montañas de hielo alrededor del polo.

La otra cosa a considerar es la masa de este objeto. Aunque a 1250K no se derretirá hasta el manto, si es una esfera, toda su masa actuará sobre un pequeño parche de contacto en la parte inferior del objeto: a 8-10 km de diámetro como se discutió en otras respuestas, si el Si un objeto estuviera hecho de algo como roca o metal, la presión sería colosal y, de todos modos, se hundiría parcialmente en la corteza planetaria, como si pusieras un gran cojinete de bolas sobre lodo blando. Con esa masa, definitivamente tendría un efecto medible en la dirección del campo gravitacional en las cercanías (busque el experimento de gravedad de Schiehallion en Google para tener una idea de lo que quiero decir).

Por otro lado, es mágico, ¿así que tal vez su peso sea insignificante?

Hm... Me parece que seguirás poniendo energía en tu planeta, lo que hará que todo el sistema se caliente gradualmente de forma indefinida, incluso si es una bola pequeña (< 10 km) de 600-2500 °C. No tengo tanto conocimiento sobre los detalles como algunos de los otros, pero ¿qué tal esto?

Trate de que sea lo más frío posible (600-800 °C es rojo oscuro mientras que ~2500 °C es blanco brillante) para que no tenga consecuencias globales. Haz que la pelota flote de alguna manera a la misma altura para que no se caiga y se derrita a través del manto terrestre. También crea otra bola que absorba el calor y lo envíe a la bola de fuego al otro lado de la tierra para que no tengas que lidiar con el calentamiento del planeta durante milenios y mantener la ley de conservación de la energía. De esa manera, obtienes un buen polo de calor extremo y un polo de frío extremo, que también debería ser un buen punto para la trama.

Bueno, será ruidoso.

Nadie ha mencionado hasta ahora qué tan fuerte va a ser esta cosa. En el momento en que comience a hervir agua en una corriente continua más profunda que una atmósfera (10,2 m), debe tener en cuenta que estará creando un escenario de flujo ahogado. Eso significa que el agua llega a la superficie a velocidades supersónicas. Cualquier explosión supersónica tendrá un volumen de 191 dB, y dado el tamaño de su bola de fuego en comparación con las partes más densas de la atmósfera, este sonido se disipará como una fuente lineal en lugar de una fuente puntual. Las fuentes lineales disminuyen con el cuadrado de la distancia en lugar del cubo. Para llegar al umbral de dolor de 130 dB, deberá estar a 335 km del centro de la pelota, el límite de daño auditivo continuo de 85 dB requerirá que esté a unos 4500 km.