Как поведут себя водно-аммиачные океаны?

Это большой вопрос, но моя любимая тема, размышления об экзопланетах, поэтому я могу дать примерный ответ, и я приглашаю всех внести исправления или дать более технический ответ, если они хотят.

Образование льда

Океан с аммиачной водой не будет способствовать образованию льда, потому что водяной лед утонет в растворе аммиачной воды, а аммиачный лед утонет в жидком аммиаке. Там нет диапазона, в котором лед плавает, если вы не удалите почти весь аммиак и не сделаете его высоким процентом воды.

Тем не менее, в океанах, вероятно, растворены соли, особенно в каменистых мирах с очень высоким соотношением камней и воды. В водном мире может быть гораздо меньше соленых океанов, но давайте не будем слишком отвлекаться.

Если в водно-аммиачной смеси растворено достаточное количество солей или железа, то плотность может быть достаточной, чтобы водяной лед мог оставаться сверху. Лед, как правило, формируется из почти чистой воды с очень небольшим количеством морской соли, что увеличивает его плавучесть. Вполне возможно, что при достаточной солености в океане с аммиачной водой может образоваться лед. Также возможно, что лед утонет.

Плотность

Я хочу указать на это сейчас, потому что это важно. Используя наши океаны в качестве модели, более высокая концентрация соли тонет.

Концентрация соли по плотности

Это своего рода здравый смысл, и это, вероятно, произойдет и с водно-аммиачным океаном. Более высокая концентрация аммиака у поверхности, более высокая концентрация воды (и более высокая концентрация соли) по мере того, как вы спускаетесь ниже. Это предположение с моей стороны, но оно кажется разумным.

Различные соотношения воды и аммиака в зависимости от температуры или других факторов.

Более высокие концентрации воды будут опускаться, а более высокие концентрации аммиака будут подниматься и течь к более низким. Это простая физика. Как и на Земле, колебания солености поверхностных вод не так уж велики. То же самое, вероятно, произошло бы с океаном аммиачной воды, поверхностные течения попытались бы выровнять различные соотношения. Будут некоторые вариации, но, вероятно, не такие выраженные, как вариации с глубиной. Вы вряд ли получите 90% воды в океане в одном регионе и соотношение 40-60 в другом регионе, потому что гравитация не терпит такого дисбаланса. Область 90% воды будет тяжелее и, как следствие, ниже. Вы можете иметь такой дисбаланс плотности с твердой корой, но не с текущим океаном.

Различная плотность океана важна и по другой причине. На Земле соленость относительно постоянна на поверхности океана, холодный полярный океан более плотный и тонет, и считается, что именно это приводит в движение океанический конвейер.

Существует ряд неопределенностей относительно того, будет ли океан аммиачной воды конвейерным или нет. Вам понадобится достаточное изменение температуры и/или плотности, имея в виду, что если вы начнете с дисбаланса отношений, океан будет работать, чтобы исправить его, поэтому планете нужен двигатель для поддержания конвейера. На Земле этим двигателем является теплый экватор и холодные полюса. На разных планетах будут разные температурные колебания. Венера, например, практически не имеет колебаний температуры на своей поверхности.

Искал, но не нашел таблицы по аммиачно-водному раствору по температуре. Это было бы фактором, если бы кто-нибудь мог найти его.

Испарение

Аммиак в воде имеет точку насыщения , зависящую от температуры и давления. Если раствор аммиака в воде превысит эту точку насыщения, скажем, в жаркий день, то аммиак довольно быстро выйдет из океана. Возможно, достаточно быстро, чтобы создать погодную систему и вызвать изменение плотности, а в данном случае — опускание более теплой воды и своего рода обратный конвейер, приводимый в движение опускающейся водой в самых теплых регионах планеты.

Фазовый переход из жидкости в газ также отводит тепло от воды.

Планета с океаном из аммиачной воды и температурой поверхности, превышающей точку насыщения, может быть весьма динамичной.

Если планета немного холоднее и/или процентное содержание аммиака остается ниже точки насыщения, то это скорее равновесная система. Вода является хорошим растворителем и поглощает многие газы, такие как CO2, в небольших количествах. Аммиак и вода, в отличие от CO2 и воды, очень хорошо смешиваются, поэтому испарение аммиачно-водного океана ниже насыщения не будет сильно отличаться от воды на Земле, где испарение происходит в основном за счет ветра и солнечного света. (вопреки логике температура не такой большой фактор испарения, как прямой солнечный свет). Ветер также играет большую роль, и на Земле проточная вода от дождя или таяния снега и испарение от растений возвращают воду в атмосферу, которая быстро выпадает в виде дождя или снега обратно на поверхность. В любой момент времени доля водяного пара в атмосфере Земли составляет около 1%,

Аммиак попадет в атмосферу так же, как вода, но то, как долго он останется в атмосфере, является важным фактором. Температура воздуха и относительная влажность 100% являются верхними пределами того, сколько водяного пара может существовать в атмосфере. Для аммиака нет таких верхних пределов при земных температуре и давлении, потому что аммиак, в отличие от воды, представляет собой газ при стандартной температуре и давлении.

В результате теоретическая планета, похожая на Землю, с океаном из аммиачной воды также, весьма вероятно, будет иметь много аммиака в атмосфере, а не 1% воды в нашей атмосфере, а намного больше. У вас не может быть аммиачного океана без аммиака в атмосфере, ну, в высоких концентрациях.

Например, чтобы получить капли аммиака при давлении 1 атм, температура воздуха должна быть ниже -33 C, потому что это температура кипения/сжижения аммиака. Если бы планета не была действительно холодной, большая часть аммиака просто оставалась бы в атмосфере, хотя, предположительно, на планете были бы водяные дожди, и этот водяной дождь вытягивал бы часть аммиака обратно и возвращал его в океаны. Это равновесие, и его сложно вычислить, но вопрос не только в том, как быстро оно испарится, но и в том, как быстро оно вернется, а скорость возврата будет зависеть от метода возвращения. Аммиак, будучи газом при нормальных планетарных температурах, означает, что он, скорее всего, останется в атмосфере, а не весь попадет в океан. Было бы и то, и другое.

Возможно, со временем соотношение океана и соотношения дождевой воды и аммиака сравняется, но опять же, это всего лишь предположения.

Если на планете есть очень холодные полюса, где аммиак может выливаться дождем из атмосферы, или, возможно, приливные запоры и более холодная ночная сторона планеты, то аммиак может возвращаться из атмосферы быстрее.

Я хотел бы знать, изучалось ли это и описывалось ли такое поведение в статьях, книгах или подробных статьях по этой теме.

Я не знаю никаких бумаг. О теоретическом формировании планет весело думать, но чтобы сделать это правильно, требуется довольно серьезное компьютерное моделирование. То, что я читал по этому вопросу, гораздо менее амбициозно, чем ваш вопрос. Модели выполняются на водных мирах, на мирах, заблокированных приливами, и на тектонике плит для планет с различной массой. Я никогда не видел исследований аммиачно-водных океанов, но думаю, что это забавная тема.

В какой-то момент на Земле должно было быть довольно много аммиака, потому что это один из основных «льдов» в кометах. Кометы в основном состоят из аммиака, воды, CO2 и CH4 с меньшим количеством других элементов. Стоит спросить, куда делся земной аммиак. Он может быть более химически реактивным, чем другие элементы. Если Земля потеряла свой аммиак, другие планеты также могут потерять свой аммиак в процессе формирования планет и сопутствующей химии. Также возможно, что океаны аммиачной воды распространены, возможно, более распространены, чем океаны чистой воды, подобные тем, которые есть у нас на Земле.

Возможно, время и лучшие телескопы расскажут нам больше об этом предмете.

Отнеситесь к моему ответу с недоверием, так как я любитель.