如果集合全世界的力量,造一座山,這座山能造多高?

忽然腦洞大開,想知道人能改變世界的極限。


目前進入預可行性研究階段的人工山極限是1000米,參見下面的鏈接:

德國柏林設計世界上最大的人造山

這山是不是比大家預計的矮了一點?的確柏林那個小鄉鎮也不配做世界級的東西。要做實際極限評估的話,我們要考慮全球的土木工程能力(包括礦業工程能力)總和。

轉我之前一個演講。

馬平:好讀書 不求甚解

地理學和地質學也是幫我們給自身定位的科學。其實我這方面也讀的不多,真正留下的最大財富是對一個單位的理解,就是「立方公里」。地理學和地質學經常用這個單位來衡量河流的流量,衡量冰川和岩層的規模。比如說,長江每年入海水量是1000多立方公里,中國冰川總量是5000立方公里,1991年菲律賓火山爆發,一次性噴了5立方公里岩漿出來,一次颱風帶來的降水也有幾十立方公里。海洋的總水量是13.7億立方公里。這個單位是不是聽起來不算大?

實際上,這個單位看起來也不算太大,顧名思義,一立方公里就是長寬高一公里的立方體。上海這邊,從外白渡橋到延安東路隧道是一公里,或者說,兩條寬馬路之間的距離就是一公里,1000米,正常人用10分鐘就能走過去,體格好的人不到3分鐘就能跑到。迪拜那個全世界最高的大樓,哈利法塔,也接近1公里高。按照這個長寬高做一個立方體,看起來的確也不算啥。

雖然長寬高看起來都不大,但是,一立方公里是長寬高的乘積。一千米乘以一千米再乘一千米,是十億立方米。我們每個人洗一次澡,是用不了0.1立方米水的,一立方公里的水可以給全世界的人泡澡。反過來說,人的密度和水差不多,每個人的重量誇張點算,是100公斤,0.1立方米。70億人擠到一起,如果把中間的縫隙擠出去,最多也就是0.7立方公里。還裝不滿一立方公里。扔到隨便一個略大的峽谷裡面,或是山脈里,根本就不起眼。

我第一次計算這個數字的時候才意識到,雖然在自然界,也就是我們前面說的這個玻璃殼裡,一立方公里不算啥,但是對人類而言,立方公里必須是談到全人類的時候才能用的大單位。這個單位實際上就是70億人類合力改造地球能力的極限數量級。三峽工程是作為千年工程設計的,物理尺度只有一兩億立方米,也就是0.1-0.2立方公里。京杭大運河挖了兩千年,算上現代疏浚成果,不過是幾立方公里的土方量。全世界每年上千萬礦工,幾百萬台機械,日夜不停的挖礦石,一年能挖多少礦石呢?才4立方公里。這還虧得我們有許多露天礦,沿著地面挖就能挖到礦石。這些所有的工程成果堆起來只能算個中等山頭,倒下去填不平一個普通的山谷。任何一個山區的同學,都能在自己的家鄉找到一個無人的山谷,把人類一年的文明成果都填進去藏起來。

換句話說,考慮人類世界的事情,千萬不要隨隨便便讓數字超過這個單位。現在許多人在網上發表言論,動不動就要挖掉一座山,或是要填掉台灣海峽,解決統一問題,這本質上就是對人類自身定位有誤。現實生活中也有不少人經常做這種忽悠。我不知道你們這個年齡的人是否聽說過牟其中這個人,他在賺了一筆錢之後,號稱要炸開喜馬拉雅山,讓印度洋的暖濕氣流進入中國西北改變氣候。當時還真有不少人相信,甚至投資,現在這哥們還在監獄裡住著。這幾年,每當天氣異常,微博微信上總有人去攻擊三峽工程,甚至連汶川地震也要怪三峽,這種流言能到處傳播,說明地理學的科普工作有很大欠缺。

接下來,我們大概評估一下這個「中等山頭」。估算下來,礦業有4立方公里的挖掘——轉移能力(注意不是挖出來就算,還要長距離運輸,到地方還要再轉運,所以廢渣和剝離的表土不能算,你不可能堆一座山的同時,就地在旁邊挖一個大坑取土),土木工程的挖掘轉移能力估計不會比這個多。因為水泥、鋼筋一類的物資也是挖礦挖出來的(石灰石),而純粹的土方工程在這個時代已經不算太多了。從寬估算一下,在不嚴重影響日常生活的前提下,我認為人類的挖掘—轉移能力應該是10立方公里/年的規模

當然,充分考慮一下人類總動員能力,這個數字可能會翻一兩番,再考慮科技發展,我們或許每年可以搬動幾十立方公里的固態物質。但必須考慮到,首先人類要維持正常生活,是額外抽調施工能力來堆這一座山,新增的挖掘能力不太可能明顯超過已有的挖掘-堆積能力。其次呢,我們每年折騰的土石方、鐵礦石、煤炭是分布在全世界的,沒有工作面太窄無法施工的問題。現在你要把所有東西集中起來堆一座山,意味著要在一個方圓幾十平方公里的地域內集中全世界所有的土建、礦業施工能力,這勢必帶來很大的工程能力折減。一個人用一分鐘可以挖一個坑,60個人用1秒就挖不出來,全人類的問題也一樣。所以,我覺得把人類的挖掘——堆積能力設定為10立方公里/年比較合理。(在估算中,數量級比具體數字重要的多)

然後就是估算這個山的體積了。你會發現我這裡忽略了兩個參數——山的密度和山的結構。的確,一般的施工要考慮「松方係數」,即你挖出來一立方米的東西堆積到工地,就不是1立方米。討論建築體積也首先要討論建築內的空間,而不是牆體、樓板本身佔據的體積。

但在堆一座山的項目上,這個問題根本不存在,因為你這座山,大多數土石方是被上面幾百米、幾公里的土方壓住的,不會有任何的孔隙和架空機會,只能老老實實地堆一個實心的山。相信你也不喜歡有太多的水滲入內部孔隙,製造一場世界上最壯觀的人造泥石流。類似的理由,你也不會採用南海堆島用的吹填技術。

有了體積,算高度只需要解決一個問題,山的形狀是什麼?

毫無疑問是一個圓錐體,因為你追求的是高度,那麼各個方向都不該浪費材料。所以,從山頂向下,每個方向都應該達到材料允許的最大角度。

現在只剩下一個問題——邊坡角度應該多大?

這個問題其實不難解決,因為和整座山的尺度相比,無論你放進去多少巨大鋼筋或是水泥塊,最終形成的表面結構都應該看做鬆散堆積。問題可以簡化成:我們從高處撒下所有建築材料,最後堆成一個什麼樣的錐體?或者說,在角度多大的邊坡上,一次隨機的塌落不會製造連鎖反應?

這個角度是可以計算的,比如說:
金字塔錐角52度的誤會

但實際情況沒有這麼樂觀,因為我們沒法在表面和內部都做到自然界山體那種緊密結構,而且也不會用純粹的石方來堆山,勢必會用很多更鬆散的土。實際上,連高百米左右,純粹由石料構成的矸石山也不會用到52度的極限。

國家安全生產監督管理總局對矸石山的規定

否則就會出這樣的問題:

義馬躍進煤礦矸石山發生坍塌 造成1死3傷

實際大型土木工程應用中,角度是這樣的:

天然休止角

天然休止角即天然坡角。鬆散的無粘性土堆積時能夠保持穩定的最大坡角(從水平面起量)。天然休止角略小於滑坡開始滑動的滑動角,而且比同一物質的內摩擦角約小5°~10°。天然休止角在自然斜坡上的角度常為33°~37°,

考慮到一定的保險係數,尤其是考慮地震、施工振動和暴雨的影響,我估計最終的角度會設定為30度左右。(如此之大的工程,引發幾百次三四級地震很正常)你可不要覺得30度的坡太小,請參照下面的圖

說自己爬過30度坡的進來,我告訴你什麼叫三十度的坡。。

右面的坡大概就是30度,已經接近汽車測試的極限了,不信你看:

停個車都值得炫耀

真開起來,土路看起來已經很危險了,載重車更是爬不上去,必須盤山公路或者傳送帶

只要轉個角度,包你不敢坐在30度爬坡的車上

思來想去,原來大家要的是一個富士山嘛
(上面傾角比30度大一些,下面傾角要小一些,到火山錐底只有15度的樣子,這樣也比較合理)

我們還是假設平均坡度30度,每年10立方公里的堆積量。如果我們堆上20年,大概可以湊200立方公里。這可以填滿一個半徑6.92公里,高4公里的錐體。人類現在能修的最高建築是800米高的哈里發塔,突破一點極限,在錐體頂部再修一個一公里高的塔樓問題不大。

所以,答案是大約4公里高的山,考慮到上面修一座樓,實際高度還可以再高1000米(變數比較大)。山海拔高度也應該與此相近,因為人類最廉價的運輸方式是水運,你這個山勢必要修在海邊,否則難度還要倍增。這恰好和富士山的海拔差不多(3775米),

如果我們多攢幾年呢?注意體積在三次方增長的時候,高度才能1次方增長。2的立方根略大於5/4。我們攢40年,投入400立方公里的工程量,能堆的山也只有5.1公里高(發現了吧,對工程能力估算差一倍,高度誤差也只有0.25,可見最重要的是數量級而不是數字),剛剛到珠穆朗瑪峰的腰部。這山不好堆啊……

就算人類今後幾十年科技大發展,土木工程能力暴增,我估計堆一座比珠穆朗瑪峰更高的山也不是幾十年能完成的工程。實在想乾的話,22世紀見吧,如果人類還沒滅亡的話。

更重要的是,到了5公里的級別,再堆下去,我們必須考慮地殼的浮力和地幔的彈性了。要知道整個地殼是「浮」在地幔上的。你在地殼上施加重大壓力,到了立方公里的級別,地殼也會慢慢下沉一點。

參見我此前的回答:
如果地球上海洋突然被抽空,海底會出現什麼情況? - 馬前卒的回答

研究表明地殼上升有兩個不同階段。冰消後最初的上升是快速的(或者說是彈性的)。彈性階段後,地殼上升是緩慢黏滯的,上升速度呈指數下降直到趨於0。現在,典型上升速率是1 cm每年的數量級或者更小。在北歐,這被GPS數據觀測網BIFROST所證實[19]。研究認為地殼反彈還會再持續10,000年。整個地殼反彈取決於冰期時的當地冰蓋重量,在冰蓋中心可能是幾百米

幾公里厚的冰川就足以把地殼壓的下沉,如果我們想堆更高、密度更大的山,結果必然是山慢慢沉入地殼,地殼也向下沉入地幔。你上面堆的越高,下面沉的越多。地球上山的物理極限是13公里左右(材料極限要高一些,參見談山脈隆起的極限高度),原因就是地幔沒法提供那麼大的浮力,山到一定的高度就會逐步在地幔中融化自己的「地基」,從而達成平衡。即便不考慮因此引發的火山和地震(堆山速度比地質造山速度快了起碼上千倍),人類造山的高度也是有極限的。超越這個極限,需要的已經不是土木工程能力,而是改造整個星球乃至物質基本構成的能力了……


看了馬督工答案和下面的評論開啟了腦洞。
混凝土密度按2.5噸/立方米算,10立方千米總重250億噸。對比2013年國際海運總量95億噸(unctad.org | Review of Maritime Transport 2014),體會一下。也就是說忽然全世界都不過正常日子了,所有貨船被徵用開始向施工地運輸建築原料,也只夠解決原料的一小半,就算能生產得出來,運輸也跟不上。且不說外邊運得過來沿海各港口吞不吞得下。
還有人說在青藏高原上建4千米的山就好了,那就需要把這些貨物從海邊運上高原。西寧距離比較大的港口如上海和寧波大約2500千米。青藏鐵路年貨運運力5000萬噸,那麼需要建500條鐵路連接各主要港口和工地,總里程125萬千米。而2014年中國鐵路總里程只有11萬千米,鐵總舉了這麼多債忙活幾十年建起來的運力還不夠工程需要的零頭。
也就是說,就算忽然有外星人過來說你們不建好這座山就要滅國,恐怕二十年也是建不成的。
---------------------------
督工指出用混凝土建山是不行的,要用土石方。這樣密度大概會低一些,或許可以省下一兩倍的中國鐵路總里程那麼多的工程量……


@馬前卒的回答大部分是假設,其實在中國歷史上確實實施過的人造山工程。

這是一段鮮為人知的歷史:六、七十年代,為了對付假想中的來自北方的蘇聯坦克,中國曾耗費無數人力物力,在華北、內蒙等廣袤的平原地帶,修築了眾多的「人造山」。具體數量,迄今未見確切數據。

上圖是西北某地的「人造山」俯視圖。

1964年12月,為解決平原地區的設防問題,中共中央軍委提出堆築人造山。1965年1月,軍委辦公室會議決定成立5個修建人造山小組,先在天津、蘇北地區試點。4月,毛澤東聽取有關堆山問題的回報時說:「有山的要打點洞子,沒有山的要堆山,做點工事。」

工程兵為此設計了人造山的模型、圖表和方案。1967年5月,工程兵在北京主持召開堆山工程會議,研究制定《人造山工程戰術技術要求(草案)》,第二年2月,經毛澤東和林彪批准,總參謀部轉發了這個《要求》。

按照這一《要求》,人造山是保衛沿海無山區,保衛平原交通樞紐和戰略要點,保衛大城市的骨幹工事,主要供遠射程火炮試用,每一座山要管40至50公里。因此,兩座人造山之間的距離不能過近,以利炮火交叉。山與山之間建設連接工事,配置中、小型火炮。人造山與連接工事互為依託,以連接工事掩護人造山。人造山還要擔負炮兵觀察所和指揮所的作用,一旦敵人越過,又要作為炮兵要塞留在敵後。

一座人造山一般配置1個守備營,其中1個遠射程炮兵連(4至6門炮);1至2個守備連(配備輕便的反坦克武器、高射武器以及其他步兵武器);戰時進入一個炮兵群指揮機構。總兵力約300至500人。

人造山山形為單峰菱形或雙峰橢圓形,高度20至40米,正面寬250至400米,縱深120至220米。坑道軸線總長600至1000米,坑道口6至10個。工事要求能夠抗禦500至1000磅爆破彈的直接命中。內部要求達到自然通風、供電、供水。

從此,在北京、天津附近,在北方廣袤的邊境上,工程兵們開始修築這種人造山。據《皮定均傳》中的資料,在西北打造一個人造山要花費5000萬元,在今天也是一筆巨資。

《「文化大革命」中的人民解放軍》一書對60年代面向蘇聯的設防工程作了如下評價:

「經過多年努力,設防工程建設初具規模,已經建成的工事基本達到了能打、能防、能機動、能生活的要求。但是,與主體工程相比,配套工程差距較大,觀察、指揮、通信和生活保障等設施欠賬較多,難以達到長期堅守,獨立作戰的要求。

「另外,由於作戰指導思想不明確,作戰意圖、作戰決心和設防部署頻繁變化,工事越修越多,有島就守,有山就挖,盲目性很大。按照規劃,全國要修330多個師規模的防禦工事,已經修成但不適用的坑道達40萬米,工事2000多個,相當於30多個師的防禦工事,造成很大的浪費。

「施工中,強調拚命,苦幹,忽視科學管理和新技術、新方法的使用,塌方、傷亡事故較多。再者,由於缺乏統籌規劃和合理安排,不論海防工事還是陸地邊防工事,大都存在著「大正面,小縱深」的問題。是一鍾「鑲邊」工程,戰爭真的打起來,這些工事難以起到預期的作用。」

共和國辭典014期:「人造山」

以當時的形勢,以政治任務的方式,花費如此巨大,造出的山連50米都沒有,真要集合全世界人類去造,能有多高?(好吧,其實我也不知道)


我是結構工程師,在上海虹口公園堆過土山,高度超不過6米,上海是軟土地基,俗稱老八噸,就是說地基承載力是8噸每平米,土的密度是1.5噸每立方米,超過6米高度地基就開始變形,周圍土體隆起,再也堆不高了。要蓋800米高樓,要先建樁基,打入岩石層,所以堆山不是簡單堆土石方的問題,估計基礎施工不比堆土量少。


其實人類目前最牛逼的武器,也不過就是場地震水平。


登上珠穆朗瑪峰,儘可能多的用小石頭壘一個尖尖出來。


等可控核聚變嘍。
能源不是問題了之後,很多毛病就可以暴力解決了。


然而混凝土本身就是一種混合物啊!通常我們見到的混凝土,主要包括以下幾個組成部分:

膠凝劑:水泥,通常是開山採石燒出來的

粗骨料:塊石,通常是開山採石破碎出來的

細骨料:砂,通常是開山採石破碎出來的

哦,對,還有水……

所以我們可以開個腦洞,在喜馬拉雅山旁邊建個水泥廠,粗細骨料就近取材,等我們挖完了喜馬拉雅山,就能建一座比喜馬拉雅山低一大截的人工山了ToT


巴別塔那麼高吧


參與過無錫堆的那個山的工程,本來預計堆88米,後來沉降到五十多米,造價以億計算。應該是國內第二高的人工山了


垃圾山么?


知道古埃及人修建金字塔的不容易了吧??雖然金字塔只有146米高,258萬立方米(0.00258立方千米),總重量也不過680萬噸,但是在古埃及耗費了至少200萬人工年。

我家附近有個小浪底,土方填築量是5500萬方。

遠近看起來是這樣的(紅色是壩體),感受一下


在青藏高原邊界附近,往下挖一圈,中間就是座山了,相對東邊的地面還是相當高的。

挖出來的土方往上填,可以相對低成本的增加山的高度。

如此,可以大大減少工程量,至於剩下的計算,還是看督工的吧


「雖我之死,有子存焉;子又生孫,孫又生子;子又有子,子又有孫;子子孫孫無窮匱也。」


把地球搓成根麵條 能搓多長 是這個意思嗎


水電站上面有一種壩型叫土石壩,相當於就是人工在河床里用土石填造一座山。我之前在的項目壩高240m,填築量3300萬方,是在建的世界級高壩。目前在建的兩河口大壩,壩高295m,填築量4160萬方,是目前全國最高世界第二高土石壩。
我想應該少有其他類型工程會去填築這麼大方量和高度的土石方工程了,反正填這麼高的壩在工程上要處理的問題已經很多世界級難題了。


如果用大自然的鬼斧神工,不知道能多快


想辦法降低月球繞地球的公轉速度(也許在一側核爆可以幫到忙?)
讓它落入地球同步衛星軌道上,然後引力導致地球拉伸變形,在完蛋之前造出的「山」應該是挺高的吧。


不能只考慮土運。。。。。。。

比如不計後果的用核彈引爆活火山 地殼斷層之類的方法也可以


額,這個問題有些難。我們不妨用一個比較法來看看人類的力量能對自然有多少改變。
就拿最厲害的肥料來說,用了金坷垃,小麥畝產一千八,吸收兩米氮磷鉀
力的作用是相對的,人有多大膽地有多大產,所以人最大的膽是一畝地出一千八百斤,但是要消掉兩米的氮磷鉀我們必須要有先進的工具:挖掘機
所以題主的問題歸根到底是挖掘機哪家強的問題,希望有新東方廚師學校的同學告訴我新華電腦專修學院到底有沒有賣烤冷麵的


推薦閱讀:

pvg飛羽田,降落之前在日本的海上看到了一個奇怪的建築物,請問這是什麼?
grasshopper在建築建模中起什麼作用?
伊斯蘭風格的建築為何有大量的拱形和圓頂?
大海沙灘上的木樁是做什麼用的?
磚結構、混凝土結構、鋼結構,哪種結構抗震能力最佳?

TAG:物理學 | 建築 | 文明 | 填海造陸 |