Исчезающий кислород

Итак, вот предпосылка:

У нас есть планета, похожая на Землю, с цивилизацией примерно в том же состоянии, что и наша сегодня. Ученые веками следили за атмосферой, предсказывали погоду, спорили о парниковых газах и так далее. Пока ничего необычного.

Но теперь они вдруг заметили нечто странное и довольно страшное: уровень кислорода в атмосфере падает.

Сначала ученые не поднимают из-за этого шума, просто пытаясь понять, что происходит, но по мере того, как уровни продолжают падать, новости становятся достоянием общественности, и население начинает паниковать. Мы еще не на том этапе, когда у всех проблемы с дыханием, но если так пойдет и дальше, это станет серьезным в течение примерно года.

Никто не знает, что вызывает это или как это исправить. Воздействует только кислород, никакие другие газы. Нет явных изменений в глобальной активности растений, нет необычного вулканизма, нет неожиданного таяния тундр... что может происходить?

Итак, чем это вызвано? Моя любимая причина в том, что планета проходит через пояс газообразного водорода в космосе. Он собирается планетой, когда она движется в космосе, и вступает в реакцию с кислородом в атмосфере, образуя воду.

Это правдоподобно? Если да, то как цивилизация спасет себя?

Кислород просто закончился или заменился? А если заменить, то чем? Потому что при 21% он создает значительную часть атмосферного давления.
@ Mołot - с моей идеей космического водорода его заменила бы вода. многое из этого, вероятно, осталось бы в атмосфере, но вы правы.
Я отредактировал этот вопрос, сделав его проверочным, и снял закрытые голоса. Теперь все должно быть в порядке.
В процессе фотосинтеза растения разрывают молекулы воды и объединяют водород с CO2, высвобождая O2. Если вы начнете преобразовывать O2 в воду в атмосфере, растения могут производить больше.....
Чтобы было ясно, это больше не вопрос «Как я могу это сделать?» вопрос, а вопрос «вероятна ли моя идея»?
Много межзвездного?

Ответы (4)

Ваше предположение о межзвездном водороде, вызывающем уменьшение содержания кислорода в атмосфере, НЕправдоподобно.

TL;DR: Забудьте о межзвездном водороде. В Солнечной системе много водорода. Для дополнительного удаления кислорода можно сжечь немного железа и серы, их тоже много. Подойдет все, что окисляется. Но вам нужно сжечь огромное количество материала, и попадание этого материала в атмосферу, скорее всего, будет заметно.

Полный ответ:

Из-за солнечного ветра межзвездный водород не сможет достичь околоземной орбиты (даже если в межзвездном пространстве может быть облако водорода).

Кстати, межзвездное пространство чрезвычайно пусто, см. Плотность межзвездной среды . «Плотный» — это 10^6 молекул в м3. Атмосфера на уровне моря составляет 10^19 молекул на м3. Хороший искусственный вакуум 10^10.

" Вояджер " только сейчас, после десятилетий полета, вышел за пределы зоны влияния солнечного ветра и действительно вышел в межзвездное пространство.

Земля надежно спрятана в гелиосфере , никакой межзвездный газ не может так легко добраться до нас.

Как подсчитал TimB , нужно много водорода . Чтобы доставить такое количество водорода на планету так быстро, никакой очевидный естественный процесс невозможен. Геологические изменения работают на геологической временной шкале (тысячелетия).

Если вы так спешите, используйте инопланетян. Они могут выбрасывать маленькие (трудно обнаруживаемые) шарики замороженного водорода на орбиту планеты, чтобы избавиться от ядовитого для них кислорода. Они инопланетяне формируют эту планету по своему вкусу. Для этого в поясе Койпера может быть достаточно материалов на основе водорода. Постройте завод на Седне , извлекайте водород, направляйте его по гравитационной стене Солнца к Земле. Веселье получили все участники.

Пояс Койпера может иметь массу до 10% массы Земли, большую часть которой составляет водород. Тогда в облаке Оорта ближнего водорода больше — больше, чем в любом случайном межзвездном водородном облаке, даже если оно гораздо дальше и еще более рассеяно.

Если вы пойдете этим путем (инопланетяне формируют Землю), спутники Юпитера Европа , Ганимед и Каллисто тоже имеют много воды и находятся ближе к Земле. На Ио много вкусной серы, которую инопланетяне предпочитают кислороду :-) Но тогда им могла бы понравиться Венера такой, какая она сейчас.

Конечно, водородные шары с лун должны были бы избежать гравитации Юпитера, но, поскольку они находятся на орбите Юпитера, это не должно быть слишком сложно.

Вам также придется замедлить фотосинтез (который снова превращает воду в кислород). Одним из способов было бы поместить в атмосферу много серы (как я упоминал о спутнике Юпитера IO), чтобы запустить безудержный парниковый эффект, как на планете Венера, с высокими температурами и плотными облаками (предотвращающими попадание света в нижние слои атмосферы) кислотными дождями.

Еще одним способом связать много кислорода является железо. Железо тоже довольно распространено. Маленькие железные метеориты. Вы хотите, чтобы они были маленькими, чтобы они горели в атмосфере и не падали на поверхность. Тысячи тонн в сутки. Это будет более заметно - поверхность планеты будет покрыта красной пылью (ржавчиной).

Бомбардировка железом, водородом и серой создаст красивый ночной вид: много падающих звезд. Чтобы избежать этого (сделать его более скрытным), вы можете создать пыль железа и серы, смешанную с замороженным водородом для доставки.

Хорошо. тогда это окончательное нарушение этой идеи. Спасибо.
Интересно, есть ли способ обойти это? Какая-то противодействующая сила выталкивает водород внутрь. Например, если мы подойдем достаточно близко к туманности, в которой происходит звездообразование, воспламенение новой звезды подтолкнет к нам довольно сильный порыв звездного ветра. Может ли этого быть достаточно, чтобы противодействовать нашему собственному солнечному ветру и направить часть водорода в нашу систему?
Такое звездообразование поблизости поджарило бы жизнь ультрафиолетовым излучением.
Это хороший момент. Если бы водородное облако было достаточно плотным, оно все равно достигло бы планеты, но вам нужно, чтобы оно было еще более плотным, чем я уже рассчитал.
@Simba, а зачем тебе вообще водород в систему? Ваш ОП только сказал, что это влияет только на кислород. Почему бы не связать это с ослаблением магнитных полей и/или солнечным ветром или чем-то еще. Думаю, мне просто интересно, почему здесь постоянство темы водорода и кислорода.
@Simba, и считай, что у тебя весь стол насыпан сахаром. Если вы подуете на этот сахар, это будет подобно солнечному ветру, выдувающему газ из Солнечной системы. Если вы И ваш друг дуете на сахар, маловероятно, что они дунут в вашу «солнечную систему», если только это не будет одна ДЕЙСТВИТЕЛЬНО большая звезда. Я бы подумал, что такая большая звезда, формирующаяся так близко к нам, была бы более важной новостью, чем истощение кислорода.
Если магнитное поле уменьшится, солнечный ветер унесет самый легкий газ - водород. Земля уже теряет водород и гелий. Атомы кислорода тяжелее и поэтому их меньше в высоких слоях атмосферы.
Водород мог исходить из центра кометы. Хотя вам понадобится много комет.
@fractalspawn - Вы правы, я открыт для других возможных причин исчезновения кислорода. Причина, по которой я сосредотачиваюсь на одной конкретной причине (например, космическом водороде), заключается в том, что мне сказали, что это будет слишком широко/не по теме, если я оставлю это открытым для других предложений, поэтому я сузил его до лучшей идеи, которую я подумал о. Но любые альтернативные идеи по-прежнему приветствуются. :)
@PeterMasiar - спасибо за правки к ответу и дополнительные комментарии. Есть хорошие вещи, о которых я могу подумать. Идея пришельцев — разумное предположение; Я мог бы немного дополнить его, чтобы увидеть, как он развивается. Приветствуются и другие идеи снижения уровня кислорода без использования водорода. А пока я думаю, что собираюсь отметить ваш ответ как принятый. Спасибо.
@ Сэм - ну, кометы (и карликовые планеты, такие как Плутон, Седна и их друзья) ЯВЛЯЮТСЯ из пояса Койпера. Так да. И их много, как объясняется в связанной статье в Википедии.
@PeterMasiar Я знаю, я просто сомневаюсь, что достаточное количество комет врежется в Землю за короткий промежуток времени.
@ Сэм - это зависит от технологии инопланетян: сколько они могут захватить и перенаправить. Они могут выбирать различные траектории для комет, так что большинство из них прибудет в одно и то же время, чтобы сделать большую неожиданность и легче сокрушить оборону землян.
@PeterMasiar Некоторое время не проверял этот вопрос и не понимал, что теперь это пришельцы, а не естественные.
Мы установили, что нет естественного способа сделать то, что хочет ОП, за такое короткое время, поэтому, естественно, я вызвал инопланетян :-)

Ваша проблема в массе. В атмосфере МНОГО кислорода.

Нужен водород

Для каждого О 2 вам нужно 4 атома водорода.

Наша атмосфера имеет массу примерно: 5.15 × 10 18 к грамм

По массе 23% это кислород (по объему это 21%, но нас интересует масса).

Что дает кислород: 1,18 * 10 18 к грамм

При соединении водорода и кислорода получается вода. 2 18 ths массы этого водорода. Отношение водорода к кислороду равно 2 16 .

Так:

1,18 * 2 16 * 10 18 к грамм знак равно 1,48 × 10 17 к грамм

водорода потребуется, чтобы соединиться со всем кислородом.

Водород доступен

Самая плотная туманность (облака газа в космосе) имеет плотность 10 4 частиц на с м 3 . Даже если бы это был чистый водород, масса 1,67 * 10 − 23 к грамм . Пер к м 3 это 1,67 * 10 − 8 к грамм / к м 3

Земля имеет радиус 6 , 371 к м . Даже если мы скажем, что он накапливает водород до 10 , 000 к м прочь, что дает площадь захвата 3.14 * 10 8 к м 3

Допустим, это межзвездное облако, наша солнечная система движется со скоростью 220 к м / с относительно галактики.

Итак, за это время Земля покрывает объем 6,9 * 10 10 к м 3 / с

Это означает, что он собирается

1,67 * 10 − 8 * 6,9 * 10 10 к грамм / с знак равно 1152 к грамм / с

Правильно, все это движение и плотность дает нам чуть более метрической тонны водорода каждую секунду. Звучит как много?

Вывод

Нам нужно 1,48 × 10 17 к грамм водорода.

1,48 × 10 17 к грамм 1152 к грамм / с знак равно 1,28 * 10 14 с е с о н г с

Это 4   056   162 годы

Таким образом, Земля, летящая через одну из самых плотных туманностей, о которых мы знаем, с очень маловероятной разницей в скорости, и туманность, состоящая исключительно из водорода ... потребуется 4 миллиона лет, чтобы собрать достаточно водорода, чтобы вступить в реакцию со всем кислородом в нашей атмосфере.

Другими словами, вам нужен какой-то способ сделать туманность не просто немного плотнее, а в миллион раз плотнее любой известной туманности, и тогда у вас будет достаточно водорода, чтобы ежегодно превращать 25% нашего кислорода в воду.

Потрясающий. Спасибо за факты и цифры. Просто чтобы уточнить, я не пытался сказать, что весь кислород должен исчезнуть через год; просто этого будет достаточно через год, чтобы начать создавать проблемы. Таким образом, мы, вероятно, можем сократить число или два из вашей окончательной цифры, поскольку вы работаете над тем, чтобы удалить все это. Я предполагаю, что мне все еще нужно изменить эти параметры - ясно, что года недостаточно. Но оно должно быть достаточно коротким, чтобы население начало паниковать. Может десятилетие? Тем не менее, из вашего ответа удалено много порядков.
Да, в основном вам нужен способ создать действительно большую концентрацию водорода, чтобы мы могли летать. Новая, достаточно близкая, чтобы все еще быть такой концентрированной, поджарила бы планету, поэтому варианты довольно ограничены. Может быть, какие-то газовые гиганты столкнулись и выбросили в космос огромное количество газа или что-то в этом роде.
Гелиосфера защитит внутренние планеты от межзвездного водорода, как я объясняю в своем ответе.

Хотя это и правдоподобно, реакция между водородом и кислородом несколько бурная, как в ракетном двигателе...

Я бы выбрал обратный механизм цианобактерий, но я не знаю, как и сможет ли цивилизация (с очень большим «если») спасти себя за такое короткое время. Для людей простое снижение с 21% до 18% имело некоторые последствия. Если за год уровень кислорода упадет с 21% до примерно 10%, люди умрут менее чем за год. Это предполагает, что недостающий кислород заменяется нетоксичным газом.

Хм, хорошо. Я не ожидал быть слишком жестоким — космический газ довольно рассеян, но окутывает всю планету, поэтому я думал, что он просто сольется с атмосферой и вступит в реакцию, образуя молекулу воды. Возможно, какой-то побочный тепловой эффект, но будет ли он действительно агрессивным в этом контексте? В любом случае спасибо за ответ; похоже, мне, вероятно, придется настроить некоторые параметры здесь.
(наблюдаемая) интенсивность реакций HO зависит от ряда факторов. Действительно сильное горение или взрыв происходит только тогда, когда они хорошо перемешаны. если, с другой стороны, у вас есть только поверхностные связи и для начала в очень разреженной атмосфере (стратосфере), насилие едва ли будет заметно.
Если мы перейдем от 21% к 10% содержания свободного O2 в атмосфере за год, я предполагаю, что все формы жизни (даже экстремофилы) на Земле будут бороться.
@MichaelKjörling, возможно, но, возможно, некоторые бактерии могут адаптироваться так быстро. Я полагаю, что тихоходки могут довольно хорошо адаптироваться, в то время как некоторые другие формы жизни, которые на самом деле живут на больших высотах, могут мигрировать в более низкие зоны. Но в конце концов они тоже будут обречены
@burki: Если не происходит довольно серьезного смешивания, я не уверен, что мы сможем удалить кислород из атмосферы достаточно быстро, чтобы удовлетворить требования ОП. Я не проверял цифры, так что...
Я не уверен, как это повлияет на формы жизни, которые обычно живут на больших высотах, поскольку вы меняете долю воздуха, содержащую свободный O2. Предположительно формы жизни, адаптированные к большим высотам, будут приспособлены к аналогичной доле O2, но при более низком общем давлении, что не то же самое, что более низкая доля O2 при постоянном давлении.
«Обратные цианобактерии» будут просто (некоторыми) бактериями, а также митохондриями (которые раньше были свободноживущими бактериями). Цианобактерии преобразуют энергию+CO2+H2O в глюкозу и O2; бактерии и митохондрии превращают глюкозу и O2 в энергию+CO2+H2O. Так что вопрос в том, откуда ваши «обратные цианобактерии» будут получать глюкозу.
@MikeScott, очевидно, это должно быть что-то совершенно отличное от того, что мы знаем сегодня, и это выглядит хорошей идеей. Идеей могут быть бактерии, которые каким-то образом производят NO в качестве побочного продукта. Затем NO реагирует с O2 в воздухе (2NO + O2 -> 2NO2). Организм человека вырабатывает NO, так что это не совсем невозможно, по крайней мере теоретически.
re: «обратные цианобактерии» — большинство плесени и водорослей являются облигатными аэробами. (Хотя в дневное время водоросли производят кислород посредством фотосинтеза.) Однако я не уверен, сколько убегающей плесени потребуется, чтобы вызвать значительные атмосферные изменения.

Без какого-либо разумного вмешательства, будь то технологически продвинутый человек, инопланетянин или божество, это просто невозможно. Кислород очень реакционноспособен, и поэтому любое вещество, которое было доступно на Земле, чтобы вступить с ним в реакцию и вывести его из атмосферы, уже сделало бы это. А в атмосфере много кислорода, поэтому для удаления его достаточного количества в желаемом временном масштабе потребуется соответственно большой эффект.

Исчезающий кислород
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v