Как экосистема, основанная на хемотрофах, будет производить кислород?

Контур

Планета, которая нагревается приливами своим коричневым карликом и постоянно темна, должна иметь родную инопланетную жизнь, которая имеет [в чем-то схожую биохимию с Землей] , а также должна быть [постоянно обитаемой] людьми без [экстенсивного жизнеобеспечения] и/или [в значительной степени генетически инженерные] тела.

Эта планета имеет очень активную тектонику и вулканизм, результат этого приливного нагрева, комбинация этого вулканизма и биохимической природы экосистемы этой планеты должны быть способны производить атмосферу, состоящую из 22% кислорода, 50-70% азота, 0,02 -5% CO2, ~7% водяного пара, + [остатки] + след.

Если эта атмосфера недостижима, в противном случае атмосфера должна быть [постоянно обитаемой] для людей, эти люди могут иметь физиологические адаптации, чтобы адаптироваться к этой атмосфере с помощью не- [обширной генной инженерии] .

Вулканизм на этой планете производит такие же газы и твердые частицы в тех же концентрациях, что и на Земле (просто используйте земные числа);

Основными компонентами вулканических газов являются водяной пар (H2O), двуокись углерода (CO2), сера либо в виде двуокиси серы (SO2) (высокотемпературные вулканические газы), либо сероводород (H2S) (низкотемпературные вулканические газы), азот, аргон, гелий, неон, метан, окись углерода и водород. Другими соединениями, обнаруженными в вулканических газах, являются кислород (метеоритный), хлористый водород, фтористый водород, бромистый водород, оксид азота (NOx), гексафторид серы, карбонилсульфид и органические соединения. Экзотические микроэлементы включают ртуть, галоидоуглеводороды (включая фреоны) и радикалы оксида галогена. (Из Википедии: вулканический газ )

Большинство членов трофического уровня 0 (производители) на этой планете производят энергию с помощью химического уравнения:

12 часов 2 С + 6СО 2 → С 6 ЧАС 12 О 6 + 6ч 2 О + 12S

Однако существуют и другие методы; такие как те, которые относятся к элементарной Сере, двухвалентному железу и т. д. (см. Хемотроф ). Фотосинтез не является жизнеспособным способом производства энергии на этой планете.

Через некоторую [разумную] систему (либо другие процессы, в которых участвуют эти формы жизни трофического уровня 0, либо через родственные родственные формы жизни и т. д.) эта комбинация геологии и экосистемы должна создать атмосферу, описанную выше, или, по крайней мере, атмосферу, пригодную для проживания людей. .

Обратите внимание, что на самом деле главная цель этого состоит в том, чтобы создать экосистему, которая могла бы производить кислород посредством какого-то химического процесса, связанного с жизнью, чтобы эта планета могла иметь количество кислорода, подобное Земле, в своей атмосфере.

Обратите внимание, что CO2 может сильно различаться по своему процентному содержанию в атмосфере, парниковому нагреву можно противостоять, просто переместив планету дальше от коричневого карлика, хотя это работает только тогда, когда планета все еще нагревается приливами (CO2, вероятно, не производить столько же из вулканических газов, потому что меньший приливный нагрев означает меньше активных вулканов); вот почему я оставил диапазон допустимых концентраций CO2 между 0,02% и 5%)

Определения

несколько похожая биохимия на Землю:

Люди могут получать энергию за счет углеводов чужеродной флоры и фауны, а чужеродная жизнь лишена веществ, особенно опасных для человека. Обратите внимание, что это не требует таких вещей, как наличие питательных веществ, белков и липидов, которые необходимы для жизни человека.

постоянно обитаемый:

Люди могут жить в этом мире более 15 тысяч лет

обширное жизнеобеспечение:

Аппараты жизнеобеспечения, которые либо содержат

атмосфера внутри аппарата совершенно иная, чем снаружи , или

созданы для предотвращения контакта опасных газов и твердых частиц со всеми частями человеческого тела

(Например, сюда не входят такие вещи, как противогазы)

генно-инженерные:

Отличается от земных людей до такой степени, что

радикально изменяет внешний вид человека до такой степени, что мы не признаем их людьми ,

экстенсивно изменяет физиологию человека (добавление органов или систем, изменение основной функции органов или систем, существенное изменение строения скелета человека)

Обратите внимание, что это не включает в себя такие вещи, как добавление какого-либо фильтра в дыхательную систему человека, который избавляется от опасных газов или твердых частиц, адаптация кожи человека к устойчивости к агрессивным атмосферным газам или твердым частицам и т. д.

Разумный

У системы должна быть какая-то причина для существования; например, электролиз воды - очевидный способ получения кислорода из продуктов H 2 Однако у форм жизни на этой планете должна быть причина (и способ) участвовать в электролизе воды.

Люди

Всякий раз, когда я упоминаю слово «Человек», это не означает «земляной человек», я имею в виду любые генно-инженерные приспособления, необходимые для адаптации к этой среде.

Остаток

Это просто означает любые другие необходимые побочные продукты

Моя единственная проблема с этой настройкой заключается в следующем: H 2 S очень ядовит. Если в вашей среде достаточно свободного сероводорода, чтобы быть основной «пищей» хемотрофов, то, похоже, в атмосфере будет достаточно свободного сероводорода, чтобы убить любого человека. Это, казалось бы, нарушает ваш мандат «не использовать обширную генную инженерию».
Это было одним из моих беспокойств, я думал, что есть какой-то способ адаптировать кожу и глаза, чтобы они были меньше или не подвержены влиянию H2S, и добавить какой-то фильтр в дыхательную систему (или фильтр неэкстенсивного жизнеобеспечения)? Такие изменения не означают изменения основной функции какой-либо из систем (например, кожа защищает, дыхательная система дышит), хотя я, конечно, не уверен, что это будут за изменения - отсюда и вопрос. ни в коем случае, я мог бы попытаться немного снять некоторые части генно-инженерного ограничения?
Мой ответ здесь может вас заинтересовать: worldbuilding.stackexchange.com/questions/96261/…
Это одна глубокая кроличья нора, похоже, что нет простой хемосинтетической реакции, которая непосредственно производит кислород ... Я полагаю, что всегда могу переключиться на термосинтез, как вы описали в своем посте. Для термосинтеза не обязательно нужна разница температур, верно? Ему просто нужна определенная температура (скажем, 20°C), и тогда он начнет делать свое дело, не так ли? Я думаю, что такие вещи будут работать, особенно в мире, нагретом приливами, как я уже упоминал.
@PrimarySecondary Не обязательно должна быть разница локально (т. Е. По всему организму), но она вам нужна где- то - в противном случае нельзя будет извлечь работу (полезную энергию). И если градиент находится в другом месте, частью процесса преобразования будет связывание атомов в молекулы, более стабильные при другой температуре, чем при рабочей температуре организма, с последующим физическим переносом этих молекул в организм... именно то, что хемосинтез. Поэтому, если вы хотите, чтобы термосинтез что-то значил , вам нужен градиент.
Обратите внимание, однако, что локальный температурный градиент может распространяться во времени, а не только в пространстве. Так, жерло вулкана, температура которого меняется во времени (пусть и неравномерно), дало бы возможность термосинтезаторам (которые производили бы энергию в процессе приведения своих внутренних температур в равновесие с жерлом) или существу, которое периодически переходит от теплого к холодные районы и наоборот.

Ответы (1)

Стратосферная электродиссоциация воды.

Воду можно разделить на водород и кислород небиологическими методами. На Земле это в основном фотодиссоциация , потому что у нас есть звезда, излучающая лучистую энергию.

Если я правильно помню, это планета-изгой, о которой вы спрашивали, что касается источника света. Жизнь на планете-изгое

Эта планета аналогична спутнику Юпитера Ио. Взаимодействия между Луной и ее планетой могут создавать энергетические полярные сияния.

https://en.wikipedia.org/wiki/Аврора

Полярные сияния возникают, когда магнитосфера настолько возмущена солнечным ветром, что траектории заряженных частиц как в солнечном ветре, так и в магнитосферной плазме, в основном в форме электронов и протонов, выбрасывают их в верхние слои атмосферы (термосферу/экзосферу) из-за земного магнитное поле, где их энергия теряется.

Если энергии достаточно для производства света, то энергии достаточно и для абиотического гидролиза воды. Электрохимия происходит и в наших верхних слоях атмосферы, но при обсуждении этого доминирует химия кислорода и озона. Я полагаю, должно быть трудно отличить кислород, вызванный электродиссоциацией стратосферной воды, от кислорода, вышедшего с поверхности.

В любом случае: вероятный способ получения кислорода на вашей планете состоит в том, что энергетические полярные сияния выполняют двойную функцию. Вода, поднимающаяся с теплой поверхности океана (и водяные вулканы! Не забывайте о них!) выбрасывает воду в стратосферу, где существуют огромные электрические заряды. Кислород и озон падают с поверхности.

Фотодиссоциация работает с УФ частью спектра. Затем тот же процесс производит озон из кислорода, который блокирует УФ-излучение... Так что на самом деле он не может создавать значительную концентрацию кислорода на поверхности, я думаю, только озоновый слой, который защищает людей от ионизирующего излучения.
Насколько я понимаю, это будет скорее долгосрочный метод производства кислорода — медленное накопление, возможно, в течение нескольких миллиардов лет — но как только кислород появится, я полагаю, что жизнь в этом мире начнет использовать его в какой-то степени. . Например, я помню, как смотрел реакцию, в которой использовались H2S, O2 и что-то еще, чтобы получить H2 и что-то еще; H2 был бы полезен для подобных организмов, возможно, в качестве подъемного газа; быть выше в атмосфере, вероятно, означает больше H2S. Кроме того, некоторые хемосинтетические существа используют O2; бактерии гидротермальных источников используют CO2 + 4H2S + O2 -> CH20 + 4S + 3H2O
Я думаю, вам, возможно, придется потерять H2 в космосе, чтобы это сработало, иначе он рекомбинирует с O2, чтобы преобразовать воду. Вы хотите свести к минимуму вещества, которые естественным образом реагируют на O2 — на ранней Земле было много таких вещей (восстановление азота, железа, углерода), поэтому фотодиссоциация не создавала атмосферу O2, и нам приходилось ждать фотосинтеза, чтобы сделать это. . Но если на вашей Луне не так много окисляемых веществ, струйка O2 от электродиссоциации может накапливаться.