Ruinas de edificios, ciudades abandonadas y suburbios salpican las costas de las masas terrestres de la Tierra, habitadas por animales salvajes y las piezas de una civilización que alguna vez fue vibrante. Los océanos están relativamente vacíos, el suelo y la suciedad han perdido todos sus nutrientes, la vegetación de la tierra lucha contra los fuertes vientos que se aferran al suelo suelto. Estéril. La humanidad parece haber desaparecido, el planeta destruido por la ignorancia de sus habitantes más salvajes.
Sin embargo, los habitantes no se fueron; se retiraron a sus refugios para esperar a que pasara la tormenta. La conmoción y el miedo que vinieron con la última cosecha incitaron a los ciudadanos del mundo a buscar respuestas. Del caos surgió Arthur Hawking, científico de arquitectura y alimentos de ICBC/Coke/Pepsi. Trajo la idea de una estructura autosuficiente a las masas, la posibilidad de tener todo lo que un ser humano necesita en un solo edificio. La agricultura ocuparía la mayor parte del espacio de las estructuras, pero la agricultura automatizada permitiría un flujo constante de productos a la población.
Se eligió Yuma Arizona para albergar las estructuras, un pequeño pueblo en la esquina suroeste de lo que era Arizona. Esta ciudad experimenta la mayor cantidad de luz solar en un año, ideal para los conjuntos de paneles solares que se usarían para complementar los generadores de energía nuclear integrados en las estructuras. Los edificios originalmente iban a ser solo para algunos ciudadanos de los Estados Unidos que pudieran pagarlos, pero la histeria masiva después de "la última cosecha" hizo que estas estructuras parecieran el único recurso para todas las personas en el mundo, por lo que el interés se disparó y el mundo acudió en masa. Yuma, 10 mil millones de personas en 2081.
¿Qué tamaño tendría que tener una de estas torres para albergar a mil millones de personas? Mi historia tiene lugar en 2081 (solo lea este libro), y busco escalar con precisión los edificios en mi cabeza y mi historia. Idealmente, 10 de estos cabrían en Yuma, por lo que escalarían más verticalmente que horizontalmente. Deben tener en cuenta el espacio agrícola, el espacio habitable y algún espacio de uso general que probablemente sería igual al espacio habitable (escuelas, centros de investigación, fabricantes de ropa, restaurantes, etc.). El plan es esperar a que pase la tormenta, lo que probablemente tomará alrededor de 1000 años (para una capa vegetal saludable y una población de animales autóctonos). Una vez que todos estén en las estructuras, cada uno será sellado del contacto físico externo para permitir que la naturaleza se desarrolle sin ser perturbada por los humanos y para restringir cualquier posible plaga de cultivos a una sola estructura.
EDITAR: estas estructuras son demasiado grandes para caber exclusivamente en Yuma, por lo que, en aras de futuras respuestas, permitiré que las estructuras existan en todo el condado de Yuma.
EDICIÓN 2: Gracias por la ayuda, en el camino me mostraron este libro/sitio y ahora siento que tengo que recomendarlo. Si esto le interesa, consulte esto.
Ay, el dolor...
Bedrock es tu primer problema. No estás construyendo un edificio diminuto como el Burj Khalifa o la Torre de Pisa , estás construyendo el edificio, el edificio más grande, con más bocinazos y con el Oorah-est del planeta. Y tiene la garantía de romper los cimientos si no bajamos hasta el lecho rocoso, trituramos el lecho rocoso hasta aplanarlo, perforamos millones de agujeros para las varillas de metal y colocamos los cimientos más gruesos que el mundo jamás haya visto ... porque quieres construir, no afuera (en un área que solo pide más expansión urbana), lo que probablemente sea una idea horrible, pero sigamos adelante.
Entonces, examinemos un mapa geológico del condado de Yuma, AZ . Necesitaríamos a alguien como Arkenstein XII para que nos dé los detalles, pero apuesto a que la palabra "Granito" es buena (mi agradecimiento a Ash por señalarlo), lo cual es bueno, porque hay más. que el basalto. Desafortunadamente, lo que descubrirá rápidamente al mirar ese mapa es que, si bien tendrá una buena cobertura solar para sus paneles solares, es prácticamente el peor lugar posible en el planeta para una base del tamaño de lo que está buscando. La situación no es tan mala como temía, pero sigue siendo inconveniente. Pero hay lugares en los que podemos hacer que esto funcione porque estamos a punto de calcular el tamaño de nuestra huella.
Si recuerdo correctamente mis clases de geología en la escuela secundaria, las áreas del mundo que serían mejores para una gran base sonando son prácticamente las peores para los paneles solares. Aunque podría estar equivocado. La escuela secundaria fue en algún momento durante el Período Cretácico. Pero vale la pena pensarlo.
El agua es su segundo problema. Quieres ser autosuficiente para mil millones de personas. Este es en realidad un cálculo realmente feo. La gente necesita beber, deshacerse de los desechos, experimentar la higiene (en un sistema sellado con 1B de personas... oh, sí), luego están los cultivos, la industria, el control de la humedad, yada-yada-yada. Voy a tomar una conjetura completa de sacarlo del aire y sugerir calculado por persona que necesita algo así como 100 galones de agua por día. Supongamos que tenemos un reciclaje 100% eficiente y que el reciclaje es capaz de procesar cada gota de agua cada día (una simplificación excesiva que literalmente hará llorar a los ángeles). Eso es 100 mil millones de galones de agua o un tanque de almacenamiento 13,4 mil millonespies cúbicos de tamaño. Si es solo la mitad de la altura del mencionado Burj Khalifa (1,358 pies), cubre un poco más de un tercio de una milla cuadrada. Llamémoslo un tercio por conveniencia y solo construyamos un poco más alto.
Entonces, un tercio de una milla cuadrada, no suena tan mal, y deberíamos ser capaces de encontrar un gran trozo de basalto incluso cerca de Yuma con el que podamos trabajar. Vamos a verter ese tanque sólido de 30 pies de profundidad, totalmente reforzado y tensado, por supuesto, y otros 2,000 pies (fáciles) de tanque de agua en forma de panal para que podamos construir una estructura de soporte encima. Son los panales necesarios para soportar el resto del edificio los que causan la altura (que es una suposición redonda) porque consumen un volumen que no se había tenido en cuenta anteriormente.
Y vale la pena señalar que si no tuvo una crisis que impulsó este proceso antes, el desvío de agua para llenar ese tanque lo causará. Está bien, tal vez no realmente, pero la pelea resultante entre California y Arizona por los derechos de agua probablemente iniciaría una segunda guerra civil en los EE. UU.
La comida es tu próximo problema. Este fascinante artículo reduce el problema a un número simple: un acre por persona si lo hace de manera "natural" (cultivo de cultivos, pastoreo de vacas, etc.). Eso es (*tos*) mil millones de acres bajo su techo. Para darle una idea del tamaño, Estados Unidos tiene 2.300 millones de acres. Para hacer las cosas interesantes, poco más de mil millones de esos acres se dedican a cultivos y pastoreo. Teniendo en cuenta el potencial para la producción de alimentos en EE. UU., eso ensombrece la conclusión del artículo anterior de que se necesitaba 1 acre por persona, pero seguiremos adelante. Entonces, necesita construir un edificio (ahora tiene que ser vertical) que albergue todo el uso de la tierra para la producción de alimentos de los Estados Unidos. Ese tercio de milla cuadrada parece un poco pequeño, al igual que mi estimación de 100 galones por persona.
Y algo debe estar mal con mis fuentes en este punto. Pero no demasiado mal. La gente se ha estado quejando de demasiada gente frente a muy poca tierra cultivable durante mucho tiempo. Esto podría simplemente estar dibujando un gran subrayado debajo del problema. En otras palabras, a menos que pueda comprimir la producción de alimentos en algo terrible, su premisa no es creíble, ya que necesita un planeta para alimentar a un planeta digno de personas.
Supongamos que ha mejorado la producción de alimentos tecnológicamente de tal manera que, de alguna manera, solo necesita 1/1,000 del espacio para alimentar a una persona. Así, mil millones se convierte en un millón... acres (suspiro). Un tercio de una milla cuadrada es aproximadamente 211 acres, por lo que necesita 4,740 pisos para la producción de alimentos a aproximadamente diez pies por piso (lo cual es increíblemente poco realista ), por lo que ahora su edificio está trabajando a 50,000 pies de altitud (que está muy por encima de los 35,000 pies). altitud de crucero promedio de un Boeing 737) y ni siquiera hemos comenzado a abordar la industria y la infraestructura, y mucho menos la vivienda.
Dije que construir, no salir, era una idea horrible...
Y es hora de parar
Sí, puede bajar la altura del edificio extendiendo los cimientos, pero eso causa problemas con un cimiento creíble (recuerde ese mapa geológico del condado de Yuma). Obviamente no podemos concebir una manera creíble de hacer esto hoy. Así que voy a arriesgarme y sugerir...
Los cimientos de su edificio son del tamaño de Connecticut y el edificio mide aproximadamente 20,000 pies (6,100 metros) de altura.
Y no hablaremos sobre cómo sería el clima alrededor de este tonto.
Situar a mil millones de personas en Yuma, AZ, incluida la producción de alimentos, la industria y el comercio, requeriría construir toda el área a una altura de aproximadamente 2 km.
Las matemáticas:
Con base en las respuestas a esta pregunta , deberíamos poder alimentar a las personas usando alrededor de 25 de espacio, por persona, utilizando suposiciones razonables de futuro cercano sobre la producción de alimentos aeropónicos. Con base en esta discusión sobre el espacio vital en el Japón moderno, el espacio vital mínimo asignado por persona es de aproximadamente 25 de espacio adicional. Para las ciudades modernas, alrededor del 50% del espacio de la ciudad es residencial, y el resto es industrial/comercial. (Proporcionalmente, si incluimos la asignación agrícola en áreas residenciales, esto aumentará a alrededor del 66% de nuestro espacio). Además, las ciudades modernas son alrededor del 30% de las carreteras. Para una megaestructura, también necesitaremos mucho espacio para asignar al control atmosférico. Supongamos que es aproximadamente la misma cantidad de espacio que las carreteras.
Como estimación por persona, entonces necesitaríamos de espacio para dar cuenta del transporte, la alimentación, la vivienda, la industria, el comercio y la infraestructura atmosférica. Entonces, mil millones de personas necesitarían un total de 160 mil millones de metros cuadrados de espacio.
Usando el Burj Khalifa como una estimación de la altura del piso, cada piso tendrá unos 4 metros. Yuma AZ cubre alrededor de 300 kilómetros cuadrados de espacio. Suponiendo que nos mantengamos aproximadamente dentro de sus límites, necesitaremos , para un total de alrededor de 540 pisos, en un total de edificios de 2160 m de altura.
Esto, en particular, no incluye el área que necesitará para los paneles solares, si eso es lo que está usando como energía. Los paneles solares, en particular, no se pueden apilar. La luz del sol proporciona alrededor de 1kW/metro cuadrado de energía. Asumiendo que nuestros cultivos necesitan aproximadamente el mismo aporte de energía que proporciona el sol, y que la producción de cultivos es aproximadamente la mitad de nuestras necesidades energéticas totales, necesitaremos 50kW/persona, para un total de alrededor de 50 mil millones de metros cuadrados, o 50,000 kilómetros cuadrados de Área para paneles solares. Eso suponiendo la máxima eficiencia: los paneles solares modernos tienen una eficiencia del 10% al 20%, por lo que necesitaría 250-500,000 km cuadrados de paneles solares. (Cuba, como referencia, cubre alrededor de 100,000 km cuadrados).
Si todos caben en el condado de Yuma, en lugar de los límites actuales de la ciudad de Yuma, el área disponible aumenta aproximadamente en un factor de 50. Bajo esa suposición, cubriría toda el área hasta una altura de aproximadamente 50 metros para albergar una mil millones de personas, o 500 metros para albergar a diez mil millones. 500 metros es aproximadamente la altura de la parte habitada del Burj Khalifa, aunque a diferencia de ese edificio, la megaestructura cubriría un área de 14000 kilómetros cuadrados más o menos. La energía solar requerirá la misma área, lo que probablemente no sea factible sin una amplia automatización para realizar el mantenimiento o una población sustancialmente más dispersa.
Anexo: Leí mal la pregunta, y aunque solo estabas poniendo a mil millones de personas en Yuma. Para 10 mil millones, estos números aumentarían por un factor de 10. Usando la tecnología actual o del futuro cercano, no estoy seguro de que un edificio de 20 km sea factible. Además, sus paneles solares cubrirán un área cercana al tamaño de la UE, por lo que probablemente querrá extender sus torres a través de un área de ese tamaño, de todos modos.
Muy. Muy. Muy grande.
Solo como comparación, eche un vistazo a un proyecto de este tipo que se propone para la bahía de Tokio. Recuerde, no solo está construyendo un bloque de apartamentos gigante. Debe tener en cuenta los lugares donde la gente trabaja, crea alimentos, come alimentos, la mayoría de las cosas que tendría en una ciudad normal.
La estructura albergaría a 1.000.000 de personas. La estructura tendría 730 metros (2395 pies) de altura, incluidas cinco vigas apiladas, cada una con dimensiones similares a las de la Gran Pirámide de Giza.
Así que necesitarías algo MIL veces más grande que esto.
Probemos algunas matemáticas aquí... La mayor densidad de ocupación humana en este momento a gran escala es Manila. 1,6 millones de personas que ocupan 38,5 km cuadrados. Alcanza su punto máximo en el Distrito 6 con alrededor de 70 mil personas por kilómetro cuadrado. (Esto es casi tres veces la densidad de población de Manhattan, por cierto...).
Ahora, tratar de convertir el metraje CUADRADO en metraje CÚBICO es un problema complicado, pero he jugado antes. Terminé con una aproximación aproximada de ~2,7 km cúbicos para Manhattan (~1,6 millones de habitantes) y ~7,75 km cúbicos (8,6 millones de habitantes) para toda la ciudad de Nueva York.
Entonces, su punto de partida es alrededor de 10 millones de personas en un edificio cúbico de aproximadamente 2 km de lado. Manila triplica esa densidad de población sin DEMASIADO problema, así que digamos que podemos aumentar por un factor de 5. Ahora estamos hasta 50MM en un cubo de 2x2x2. Ahora nos deshacemos de todas las carreteras, todo nuestro transporte de personas y mercancías utiliza cintas transportadoras y ascensores al estilo de las cuevas de acero (Asimov, 1953) . Digamos que eso nos da otro factor de 2 en términos de eficiencia de espacio.
Eso es 100 millones de personas en un cubo de 2 km. Necesitas al menos diez de estos.
No puedo decirte qué tan grande tendrá que ser toda la estructura, pero puedo darte un par de cifras que te ayudarán a entender la escala:
Tierras de cultivo, necesitará el equivalente a 25000 hectáreas (aproximadamente 62500 acres ) de tierras de cultivo para alimentar a ese tipo de población, los sistemas híbridos aeropónicos / acuapónicos pueden reducir el volumen total que esto requiere, pero ese es el equivalente en tierra. Ciertos hongos o una tecnología sugerida que podría ensamblar carbohidratos y proteínas básicos a partir de oxígeno, hidrógeno y nitrógeno de origen atmosférico (por cierto, no estoy seguro de cuán viable es) reducirán este número, pero aún así será enorme.
Alojamiento, a base de minicasas necesitarás al menos 50m3 por persona para llevar a cabo las necesidades básicas de la vida; comer, dormir y lavar. Probablemente pueda hacer la mitad de eso, o mejor, usando instalaciones comunales y turnos asignados, pero la calidad de vida sufrirá mucho.
Eso no cubre nada más que lo absolutamente esencial, por lo que no se permiten alimentos de lujo, es decir, cualquier cosa que crezca en un árbol o necesite espacio vital terrestre (muy poca fruta y nueces, sin carne roja, lácteos, aves o huevos), y ningún espacio físico de recreación, compartido o no. También debe tener en cuenta el "espacio de migración", los pasillos, los ascensores, las escaleras, etc., que las personas necesitan para moverse por el espacio que crea, y el "espacio de servicio", los conductos, el cableado y las tuberías para transportar el necesidades de aire, agua y energía. Además, necesita generar la energía y la fuente y limpiar el agua y el aire. La energía para la agricultura deberá ser suficiente para suministrar al menos 5 Wm -1de iluminación roja-infrarroja sintonizada para una máxima eficiencia fotosintética. Los espacios habitados por humanos necesitarán iluminación de espectro completo para mantener a las personas saludables.
Nota técnica: una megaestructura suele tener al menos 1000 km en al menos una dimensión, por lo que la huella actual de Yuma es demasiado pequeña para incluir una sola.
Bueno, estás alimentando esto con energía solar. Por lo tanto, necesita suficiente espacio para la energía solar de mil millones de personas. Elon Musk calculó esto para la población de los Estados Unidos, que es aproximadamente un tercio de lo que tienes. A partir de aquí , tenemos
Si quisiera alimentar a todo EE. UU. con paneles solares, necesitaría un rincón bastante pequeño de Nevada, Texas o Utah; solo necesita alrededor de 100 millas por 100 millas de paneles solares para alimentar a todo Estados Unidos. Las baterías que necesita para almacenar la energía, para asegurarse de tener energía las 24 horas, los 7 días de la semana, son de 1 milla por 1 milla. Una milla cuadrada. Eso es todo.
Así que calcula treinta mil o más millas cuadradas. Eso es un cuadrado de aproximadamente 180 millas de lado. O 300 km. Sin embargo, quieres poner a la gente adentro. Eso va a aumentar los requisitos de energía. Necesita luz artificial para cultivos y circulación de aire. Así que dupliquemos eso a 360 millas o 600 km de lado. Así de grandes son sus paneles solares. Suponiendo que los coloquemos en el techo de su megaestructura, debe ser al menos así de grande. Eso es 360.000 kilómetros cuadrados o 130.000 millas cuadradas.
Eso en realidad debería ser suficiente. Podrías convertir todo en una sola historia y funcionaría. Podría agregar un segundo piso y aumentar su espacio bastante más allá del mínimo indispensable. Con la construcción adecuada, podrían hacer eso después de mudarse al espacio. La parte importante es empujar los cimientos más abajo de lo que tendrán que cavar. También podrían colocar las baterías en esa área del sótano, pero solo ocuparán una fracción del espacio.
Si está alimentando las cosas con energía solar y desea aislarse del entorno planetario, podría considerar mudarse fuera del mundo. Podrías construir una estación espacial que pudiera obtener energía solar constantemente sin interrupciones por la noche o el clima. Entonces no necesitas pilas. También sería más fácil construir una estación cilíndrica en piezas para expandirla después del principio. O simplemente construir nuevas estaciones.
Si fuera del mundo, podrías terraformar Marte, Venus o incluso la Tierra. Eso es mucho más difícil si estás atrapado dentro de un gran edificio en la Tierra.
La respuesta de @Brythan va en la dirección correcta: identificar la energía solar , es decir, la superficie expuesta al sol de su edificio como el factor limitante .
Sin embargo, la GRAN mayoría de la energía se usaría para cultivar alimentos; sigue siendo la única forma sostenible, e independientemente de si haces agricultura 'clásica' o hidroponía o cualquier cosa: necesitarás la energía del sol para hacer crecer tus plantas alimenticias. , de lo contrario su población morirá de hambre.
Es decir, necesita suficiente superficie para obtener la potencia del sol para cultivar plantas para 1B de personas. El cálculo del orden de magnitud para esto es 1 acre por persona, por lo que estamos hablando de 1 billón de acres de superficie necesaria (4'046'856.422 km²). Ahora, esto podría optimizarse hasta cierto punto, pero incluso si lo reduce al 1% con la tecnología agrícola más eficiente imaginable en su edificio, es decir, unos 40 000 km², aún necesitaría cubrir más del 10% de toda la zona de Alemania.
No importa si construye su edificio de 1, 10 o 100 km de altura: si no expone el área de la superficie al sol, no podrá producir suficientes alimentos.
Esto va a sonar extraño, pero aquí va de todos modos. Según la profecía bíblica, hay una ciudad que descenderá a la tierra que se describe como de 1500 millas cuadradas por 1500 millas de alto con 12 puertas, 3 en cada dirección ordenada.
Solo hay dos formas estructurales posibles que esto podría tomar: cuboide o piramidal. El problema con la forma de cuboide a esa escala es que no cumple con el requisito de "cuadrado" debido a la curvatura de la tierra, lo que significa que la única forma posible para una hiperestructura sería triangular en sección, como una pirámide cónica o poligonal. La forma del Reino del Cielo sería como la pirámide de Giza.
Este hecho estructural significa que los antiguos conocían las fuerzas relacionadas con la construcción sobre una estructura inestable de suelo/roca, pero imita una profecía que aún no se ha hecho realidad.
Según mis cálculos, esa Ciudad de Dios albergaría hasta 4 billones de personas en sus propios barrios de una milla cuadrada de agronomía autosuficiente con un río que brota del centro de la base y fluye hacia el este por la puerta de la ciudad.
Para tener una idea de la escala, mire un mapa y describa un perímetro cuadrado desde Marruecos hasta las islas Shetland yendo hacia el este hasta el Mar Negro, luego hacia el sur hasta Etiopía y de regreso hacia el oeste hasta Marruecos. 1500 millas cuadradas. La puerta central oriental es donde se encuentra Jerusalén hoy. Imagina por un segundo que los paseos de una ciudad deben ascender verticalmente por un paralelepípedo sobre una esfera y muy pronto reconoces que 1500 sobre la tierra el perímetro ya no es de 1500 millas cuadradas. La estructura sería una sección de una esfera más grande y la masa pura que el costo de la tierra tendría que soportar sería empequeñecida contra tal estructura.
Si tuviera forma de pirámide, las fuerzas estarían mejor distribuidas por la superficie de la tierra y serían capaces de resistir tal peso porque el peso sería menos de un tercio del peso del cuboide sobre la misma área.
En su ciudad, una estructura de este tipo sería una buena idea porque la gran área habitable estaría cerca del pico y el área agrícola en la base debajo de las instalaciones de almacenamiento de agua.
Con una estructura piramidal existen superficies suficientes para captar lluvia y generar energía por varios medios (hidroeléctrica, presión hidrostática, diferencial térmico, hidrotermal, hidroinsolación solar, eólica y reactores de dióxido de hidrógeno. La idea de panel solar de energía sustentable no es sustentable como la los materiales se obtienen desde grandes distancias hasta su destino final.
Para comprender cómo deben funcionar ciudades tan grandes, debemos comprender el diseño biotrópico y la energía sostenible sin combustibles fósiles accesibles.
La forma del edificio determina la superficie para la energía solar. Para su billón de habitantes se requiere una pirámide cuadrilátera de 1500 millas cuadradas y 1500 millas de alto. Dado que la escala establecida por op es 10 mil millones, es un orden de magnitud más pequeño y, por lo tanto, 1 milésima más pequeño, lo que significa 15 millas cuadradas por 15 millas de alto. Dado que el oxígeno atmosférico es un factor limitante, lo más alto que podría construirse es 5000 pies, lo que significa que el volumen restante se expande horizontalmente y requiere una forma diferente basada en un polígono triangular.
Un anillo de base hexagonal con una sección triangular alcanzaría los 5000 pies de forma segura, pero la expansión hacia el exterior sería sustancialmente mayor y consumiría algunas características naturales en su construcción, como montañas y valles. Tal empresa agotaría vastos recursos hídricos en la construcción de manera técnicamente imposible de construir en las circunstancias dadas descritas
Esperemos que esto lo ilumine sobre los problemas estructurales limitados por el oxígeno, los materiales, la energía y el agua.
L. holandés