Может ли землеподобная планета образоваться без доступных следов железа

Без железа вам понадобилась бы совсем другая биохимия, и на практике вы обрекли бы новичков на медленную смерть. Железо необходимо для синтеза гемоглобина, и люди должны получать его из пищи: из овощей (большинство зеленых листьев) или уже сконцентрированных в мышечной ткани (животными, которым все еще нужно пастись на овощах, дающих железо). Аналогичные соображения справедливы для меди, цинка, марганца, селена и других микроэлементов.

Теперь проблема в том, что когда у вас в биосфере достаточно железа, оксигидроксиды железа начинают осаждаться — все, что требуется, — это соответствующая среда (совсем не редкость), и вуаля, вы получаете болотное железо и можете начать плавку. Вам понадобится какой-то механизм, чтобы предотвратить это; возможно, некоторые бактерии, которые связывают железо в металлоорганических соединениях, которые не могут быть очищены без большого количества технологий на основе металлов. Тогда большая часть железа попадет туда, и вам придется собирать бактерии, чтобы выжить; в то же время вы могли бы обойтись гораздо меньшим количеством железа в окружающей среде, и по обеим причинам не было бы железа (III), доступного для свободного осаждения - и то немногое, что было бы, снова было бы съедено бактериями.

Торговля питательными веществами на вашей планете была бы настоящим предприятием — без тщательного ухода за бактериальными насаждениями люди страдали бы от всевозможных синдромов недоедания.

(Теперь, когда я подумал об этом, бактерии могли быть созданы первоначальными колонистами только для того, чтобы планета могла быть заселена путем концентрации/обработки необходимых питательных веществ).

Давай сделаем это

Мы начинаем с преимущественно силикатно-углеродной, бедной металлами планеты, вращающейся вокруг звезды населения II (или гипотетического населения III). Он непригоден для жизни из-за недоступности всех, кроме самых легких металлов, но находится прямо в середине зоны Златовласки подходящей звезды, так что терраформирование экономически целесообразно.

Это разработано, чтобы стать сельскохозяйственным/пасторальным миром . Он экспортирует, во всяком случае, разработанный CHON . Технологии будут почти невозможны (и это может быть действительно желательной чертой: кто сказал, например, что колонисты были добровольцами?)

Те небольшие плотные элементы, которые были на планете (железо и никель, по сути, вместе с любыми тяжелыми металлами из пыли населения III), опустились к ядру и практически недоступны, но не слишком далеко есть хороший пояс астероидов. Ледяные кометы запускаются на планету, а астероиды — они тоже бедны металлами — измельчаются до гальки и пыли, а последние электромагнитным образом разделяются — в космосе можно построить эквивалент огромного масс-спектрометра ; частицы с относительно высоким содержанием полезных элементов снова конденсируются (спекаются?) и выбрасываются к планете. Это продолжается в течение долгого времени (могут пригодиться самовоспроизводящиеся роботы фон Неймана - конечно, им придется сбалансировать потребность в металлах и тяжелых элементах для строительствасами ).

Все снаряды сгорают в атмосфере, а водяной пар и металлический пепел начинают плавать вниз (металлогенные удары будут направлены в центр континентов, чтобы металлы не попали в моря). По прошествии многих лет поверхность покрывается тонким слоем оксидов металлов, которые дожди заставляют просачиваться вниз.

В этот момент планета «засеяна» водорослями, цианобактериями и очень простыми (и прочными) формами жизни, которые начинают преобразование почвы и насыщение кислородом атмосферы.

Проходят другие годы, и растения засеиваются на планете. Они гораздо более агрессивны и эффективны при переработке верхнего слоя почвы.

Водные и минеральные метеоры по-прежнему будут посылаться в атмосферу: углекислый газ, вода и аммиак из облака Оорта, эквивалентного этому миру, обеспечат весь CHON, который нам когда-либо может понадобиться.

Нам нужно улавливать водород; одна (рискованная в долгосрочной перспективе) возможность состоит в том, чтобы стабилизировать его до метана (углерод в изобилии благодаря углеродистым хондритовым метеорам) и хранить в подводных слоях клатрата метана . Природная нефть - еще одна возможность, использующая биологические процессы Фишера-Тропша для формирования нефтяных резервуаров.

Высевают несколько организмов, адаптированных для обеспечения равномерного распространения элементов верхнего слоя почвы. Подобно червям, они будут разрушать потенциально опасные концентрации элементов, аэрируя почву (вот и наше болотное железо).

Наконец, кислорода достаточно для поддержания земной фауны, которую засевают из замороженных яйцеклеток искусственные утробы роботов.

Всю «фабрику планет» можно было бы отправить по прямой высокоскоростной траектории к целевой планете, а за ней следует корабль колонизации. Такая схема представлена ​​в « Золотом руне » Роберта Дж. Сойера : колонизационный корабль проводит первые четыре года субъективного времени, совершая кругосветное путешествие вокруг Солнечной системы, разгоняясь до скорости света. Затем он отправляется в сорокасветовое путешествие в Колхиду. Там он будет тормозить еще четыре года субъективного времени. Пятьдесят лет межзвездного этапа путешествия занимают всего несколько субъективных дней из-за релятивистского замедления времени, и путешественники испытают только восьмилетнее путешествие, которое возможно без анабиоза или сложных кораблей генерации.

За исключением того, что вся схема является обманом. Изначально Колхида была необитаемой планетой, чьи снимки с зонда были подделаны. Корабельный компьютер изменяет план полета, так что корабль проводит несколько дополнительных субъективных недель, соответствующих тридцати тысячам лет , кружась вокруг Солнечной системы с гораздо большей скоростью, чем официально планировалось. В это время зонды ИИ приземлятся на Колхиду и терраформируют ее, чтобы она соответствовала поддельным изображениям.

Я могу придумать четыре механизма, которые вы можете использовать для этого; Обедненная кора, Тихая земля, Голодное море, Перекос минерализации, Чрезмерные следы, так что вот краткие примечания для каждого механизма:

1. Обедненная кора, мир в целом чрезвычайно богат металлами, но все они находятся глубоко в ядре , мантия и кора почти полностью состоят из силикатов легких металлов, вы получаете геологически активный мир, возможно, даже более активный, чем Земля. Там достаточно следов тяжелых элементов, включая металлы, чтобы поддерживать слегка скудную биосферу, но Металлургия отсутствует.

2. Тихая земля Голодное море, на Земле, за исключением лимонита и подобных гидроксидных руд, большинство рудных тел образуются в океанах либо в результате окисления химически растворенных элементов в морской воде, либо в результате анаэробных процессов, в результате которых образуются соединения серы в илах морского дна. Металлы в этих рудах происходят из земли, они выветриваются из первичных магматических минералов и вымываются в море, химически растворяясь в речной воде. Затем эти руды поднимаются геологическими процессами до точки, где они становятся доступными. В мире без значительной тектонической активности, таком как « Судьба » Ларри Нивена , элементы все еще смываются в море и минерализуются, но есть несколько мест, где активны тектонические механизмы, возвращающие эти элементы на сушу.

3. Искажение минерализации, все без исключения, насколько мне известно, коммерческие руды на Земле ограничены следующими формами: оксидами, соединениями серы, гидроксидами или карбонатами, все они имеют одну общую черту; они относительно легко разлагаются под воздействием тепла и / или восстанавливаются углеродом, оставляя после себя элементарный металл. В мире, где силикаты доминируют в геохимии металлов, термическая плавка не работает, потому что силикатные минералы в основном огнеупорны. Это также усложнит биологическое поглощение некоторых элементов, поскольку первичные минералы в реголите будет гораздо труднее разрушить.

4. Чрезмерные следы, в конечном счете, какие элементы, включая металлы, доступны в коре конкретной планеты, на самом деле не о том, что там есть, а о том, в какой форме они находятся и какие методы извлечения вы можете использовать. Железо образует несколько «чистых» соединений, которые можно использовать в качестве руды, пирит , гематит и магнетит , но оно также образует множество «нечистых» соединений, включая ильменит , оксид титана-железа, а также халькопирит и борнит , которые фактически используются в коммерческих целях в качестве Медные руды. Ильменит имеет гораздо более высокую температуру плавления и требует специального оборудования для извлечения железа из-за «загрязнения» титаном.или Медь в основных термических плавильных установках из-за загрязнения другим металлом, следы железа в меди или медь в железе делают желаемый металл хрупким и непригодным для обработки. Таким образом, относительно высокие уровни редких элементов, таких как титан и вольфрам, будут «загрязнять» руды металлов, которые можно извлечь с помощью простых, «низкотехнологичных» методов.

Обратите внимание, что во всех случаях алюминий будет присутствовать в огромных количествах, но недоступен для средневековых технологий. Золото также может быть доступно в количестве при любом из предложенных сценариев, поскольку оно не участвует в породообразующей минерализации, поэтому оно относительно подвижно и слипается, когда атомы вступают в контакт друг с другом, короче говоря, золото концентрируется везде, где оно встречается.

Если вы хотите/нужны уточнения, дайте мне знать.

Могла ли планета земного типа образоваться без доступных следов железа, золота, олова, меди, свинца и т. д.?

Возможно. Однако было бы трудно обеспечить среду, подходящую для живых организмов, поскольку многие биохимические процессы требуют присутствия микроэлементов, например, железо необходимо для образования гемоглобина. Если вы хотите сделать эту среду обитаемой, вам нужно ввести способ пополнения доступа к указанным микроэлементам.

Может ли планета земного типа образоваться без доступа человека к «промышленно» используемому количеству железа, золота, олова, меди, свинца и т. д.?

Конечно. Несколько возможностей:

• Выровнять концентрацию металла (ионов) по всей поверхности. Организмам нужны только следовые количества, поэтому по большей части они должны быть в порядке. Может образоваться в результате испарения большого океана в течение миллиардов лет.

• Иметь небольшое количество месторождений руды, доступных только во враждебных средах, непригодных для продолжительной деятельности человека, например, вблизи действующих вулканов, под пустынями или в скалистых горных хребтах. Возможно, эти месторождения руды известны, но для их использования потребуются более продвинутые технологии (включая способ накормить всех шахтеров и т. д.). Эти месторождения также могут быть разбросаны, поэтому, если вам понадобится несколько разных металлов, вам придется поддерживать несколько аванпостов добычи на большом расстоянии друг от друга.

• Просто есть очень небольшое количество суши над уровнем океана. Добыча полезных ископаемых становится намного сложнее, если вам приходится беспокоиться о десятках метров воды над головой шахтера.

• Если вы не можете ограничить доступ к самим металлам, ограничьте доступ к топливу: чтобы выплавлять металлы из руд, вам нужно огромное количество тепла, что, в свою очередь, требует доступа к топливу. Самыми доступными видами топлива, доступными на Земле, являются древесина и уголь, но их может не быть на целевой планете (может быть, кто-то забыл включить деревья в процесс терраформирования? А для образования угля требуется много времени и органического вещества, поэтому может не было бы, если бы живые организмы были завезены на планету совсем недавно).

Вы можете смоделировать свою планету на «карликовой планете»: Церере .

Церера больше похожа на планеты земной группы (Меркурий, Венеру, Землю и Марс), чем на своих соседей-астероидов, но гораздо менее плотная. Одним из сходств является многослойный интерьер, но слои Цереры не так четко определены. Церера, вероятно, имеет твердое ядро ​​и мантию из водяного льда. На самом деле Церера может состоять из воды на 25 процентов. Если это так, то на Церере больше воды, чем на Земле. Кора Цереры каменистая и пыльная с большими отложениями соли. Соли на Церере не похожи на поваренную соль (хлорид натрия), а состоят из различных минералов, таких как сульфат магния.

Низкая плотность Цереры связана с тем, что если у нее есть металлическое ядро ​​(как у Марса или Земли), оно намного меньше, чем у планет высшей лиги. Церера может быть горной породой (кремнистыми материалами, такими как земная кора) в ядре. Как отмечается в отрывке, здесь пропорционально больше воды и минеральных солей, чем на Земле. Я вижу в некоторых статьях упоминания о графите на поверхности.

Вы можете масштабировать тело, похожее на Цереру (возможно, образованное скоплением Церер?), чтобы создать мир такого размера и гравитации, который вы хотите для своей истории. Скопление составных астероидов также может привести к тому, что состав одной части вашей планеты будет сильно отличаться от состава остальных.

Конечно, нет никаких гарантий в составе коры планет.

Тем не менее, один из способов определенно уменьшить состав — просто сказать, что он был добыт другой расой тысячелетия назад, лишив его различных полезных минералов.

Оказывается, на Земле на самом деле мало золота и серебра по сравнению с остальной частью Солнечной системы. Тип магния, найденный на Земле, также отличается (как правило, тяжелее), чем магний, обнаруженный в остальной части Солнечной системы.

Итак, мы знаем, что планета может образоваться с меньшим количеством некоторых металлов, чем должно быть, и что получившаяся планета может быть обитаема нами (при некоторых обстоятельствах).

Тогда возникает вопрос, как это происходит... Короткий ответ: ученые считают, что золото, серебро и более легкий магний испарились ^{1 , 2} .