每年燒掉100多億噸煤炭和石油，地球的總質量減少了嗎？

2016年全球煤炭產量為74.60億噸，比起2015年略有下降，2017年石油開採量為337.968億桶，按每桶157.4千克計算，約合53.2億噸，與地球龐大的質量（5.965×10^24千克）相比，這明顯是一個微不足道的質量，但吃瓜群眾一直都很好奇，這麼多的煤炭和石油挖出來被燒掉，難道地球質量就不會變化嗎？



煤炭和石油燃燒質量會發生變化嗎？

在我們的印象中，煤炭和石油從地底下挖出來，地下就空了，如果按規範操作需要回填，比如注水，防止採空區出現造成塌陷形成局部人工誘發的地震或者生態災難，因此需要將其他區域的水來填補。



而開採的煤炭與石油則被運送到了其它能源需求區域，從這一點上來看只是做了一個搬運，從左手到右手，質量沒有發生變化，但後續兩個問題就不得不思考一下了：

• 一般煤炭燃燒留下的灰燼比例為30-35%（熱值5000大卡的煤炭），高品質煤炭（熱值5500大卡）比例25%，大約有65%-75%的物質不見了。

• 石油煉油比例則可以達到80%以上，餘下20%的殘渣也可以提煉各種化工產品，最後剩下的瀝青也可以鋪路，而汽油柴油以及航空煤油等燃燒只有部分積碳，相當於80%物質不見了！

但中學化學課本告訴我們，煤炭和石油的燃燒遵循質量守恆定律，即參與化學反應前後的物質的質量是不會變化的，只是原子的重新組合而已，並不會憑空少了質量！比如煤炭燃燒會產生二氧化碳，二氧化硫以及氮氧化物與水蒸氣和固體灰燼等，石油燃燒則會形成二氧化碳、水以及氮氧化物和硫化物，會遺留部分積碳與固體廢物，這個前後會有氮氣與氧氣參與生成氮氧化物，因此燃燒後的質量是增加的，不過這些質量仍然來自大氣層內，因此煤炭與石油燃燒前後質量守恆，這是中學就能學到的知識。



化學反應質量真的不變嗎？

1905年9月26日，愛因斯坦的《論運動物體的電動力學》正式發表，這就是狹義相對論的論文，9月27日，愛因斯坦又發表了一片關於狹義相對論中另一篇重要論文：《物體的慣性同它所含的能量有關嗎？》這就是著名的質能等價公式的論文，從此質量和能量就開始等價起來，可能很多朋友都不太相信狹義相對論中對質量增加，時間延長，長度收縮這種「玄幻」描述將信將疑，但對質能等價公式基本沒有異議的！



無論是原子彈還是氫彈，還是列變電站和未來的聚變電站都遵循質能等價，但這裡有一個誤區必須提醒下各位：E=MC²是一個質能等價公式而不是轉換公式，能量就是質量，質量就是能量，必須要對這個概念有一個認識，因為在量子力學世界，你會發現所有的微觀粒子你都不知道是多少千克，只有多eV來表示，但可以根據能量算出質量來！



因此當煤炭和石油燃燒時，能量發生了改變，釋放到了大氣層中，會逐漸輻射到宇宙空間中，因此從整體上來看，總質量是減少的，但如果地球是一個封閉的球體，那麼煤炭與石油燃燒，仍然會不會出現質量變化！那麼根據上述比例，這些煤炭和石油燃燒後會減輕多少質量呢？

一千克標準煤：29306焦耳，換算為質量虧損約為：3.26×10^-13千克

一千克原油：按1千克原油相當於1.4286千克標準煤計算，那麼能量為：41866.6焦耳，質量虧損約為：4.658×10^-13千克

2016年全球煤炭產量74.60億噸，如果全部燒掉，質量虧損約：71.287噸

2017年全球石油產量53.20億噸，如果全部燒掉，質量虧損約：103.754噸



看來這少的質量還不少哈，其實真正會少下來的還更多，我們在嘮嗑嘮嗑，因為這些產物中有很多氣體或者或者水蒸氣，上升到高空時太陽的短波長高能紫外光的能量會導致這些分子結合能的分子鏈斷裂，被分解成單質物質，其中就會有比較容易逃逸的氫，因此煤炭燃燒掉後，這些氣體元素也無法全部保留在大氣層內，仍然有一部分會被分解逃逸。

地球的質量到底是減少還是增加？

從上文的描述來看，地球的質量肯定是減少了？沒錯，我們描述到了氣體逃逸的過程，地球的大氣與水蒸氣也是這樣被分解逃逸的，因此地球每年損失的氣體超過十萬噸，這個不是小數，尼米茲航母也就8萬噸，一年內比航母還重的氣體就跑了！



地球存在了45億年，那不是跑掉了360萬億噸？實在是太可怕了，再跑個幾億年是不是大氣層都跑光了？其實也不是，因為每年地球從太陽接收的高能粒子以及宇宙塵埃和各種彗星物質超過數十萬噸，總的來說地球還是賺的，所以地球經過45億年還是生機勃勃，這是有一套良性循環的機制在運作！