Начните с планеты, похожей на Землю на сегодняшний день (что бы ни значило сегодня, когда вы читаете это). Для простоты не принимайте во внимание непрерывный выброс человечеством парниковых газов в атмосферу; если хотите, представьте, что на этой новой планете нет людей и, возможно, даже нет ископаемого углеродного топлива, такого как уголь или нефть.
Теперь предположим, что вместо уровня CO 2 около 0,04% (400 частей на миллион), где мы находимся, атмосфера этой планеты имеет стабильную концентрацию газообразного CO 2 около пяти процентов по объему (50 000 частей на миллион по объему), наряду с значительное количество газообразного кислорода в атмосфере.
Это, конечно, будет иметь огромные последствия для всей биосферы, но мой вопрос здесь прост:
Каково наименьшее изменение на планете, которое позволит ей поддерживать такой уровень атмосферного CO 2 как стабильный уровень, в то же время поддерживая жизнь, дышащую кислородом, в целом аналогичную той, к которой мы могли бы привыкнуть?
Обратите внимание, что «наименьший» не обязательно означает наименьшую величину (что-то вроде изменения геологии планеты может иметь далеко идущие последствия), а скорее требует наименьшего количества рук , чтобы объяснить на другой планете. Не обязательно должен существовать простой способ добраться из того места, где сегодня находится Земля, туда, где находится эта планета (или наоборот), но должно существовать правдоподобное объяснение того, как планета ( какая -то планета), в остальном похожая на Землю может оказаться в ситуации, в которой находится эта планета.
Отодвиньте планету дальше от своего солнца. Затем, если уровень CO2 упадет, станет слишком холодно для большей части жизни растений, поэтому уровень CO2 повысится. Тот же механизм удерживал количество CO2 в атмосфере Земли значительно выше, чем сегодня, сотни миллионов лет назад, когда наше Солнце было холоднее.
Известняк и меловые породы существуют потому, что на протяжении миллиардов лет жизнь вытягивала CO2 из атмосферы и превращала его в горные породы. Я почти уверен, что известняк ответственен за большее связывание CO2, чем ископаемое топливо. Таким образом, чтобы иметь больше CO2 в течение геологического времени, вы должны:
Между тем, постарайтесь гарантировать, что на полюсах вашей планеты есть постоянные ледяные шапки. Таким образом, в течение геологического времени она меняется от межледниковой (современная Земля) до ледниковой (земля ледникового периода), но никогда - или редко - переходит в тепличную Землю без ледяных шапок (например, Земля мелового периода, Земля девонского периода). Ледяные шапки — это насосный механизм, доставляющий кислород в самые глубокие глубины океанских бассейнов.
Если там внизу есть кислород, органический углерод (животные мертвого моря и экскременты планктона) быстро перерабатываются обратно в океан падальщиками и аэробными бактериями. Океан находится в равновесии с атмосферой, так что С возвращается туда в виде СО2.
Нет ледяных шапок, а глубокие океаны становятся бескислородными и непригодными для жизни. Анаэробные бактерии не так эффективны при переработке, поэтому органический углерод в основном включается в осадок, и этот осадок в конечном итоге превращается в камни. Вот почему в Уэльсе полно серых пород, таких как сланцы и алевролиты — серый цвет — это частички органического углерода, которые никогда не переваривались и не разлагались.
Рассматривая людей как образец жизни, дышащей кислородом, проблема для нас заключается в градиенте CO2. Мы вырабатываем CO2, и для его выведения его концентрация в выдыхаемом воздухе должна быть больше, чем концентрация в окружающем воздухе. Мы не можем выбрасывать CO2 против градиента. Этот автор оценивает токсический уровень атмосферного CO2 в 6%.
Из http://principia-scientific.org/at-what-concentration-does-co2-becomes-toxic-to-humans/
Теперь нам нужно установить связь между парциальным давлением СО2 в воздухе и в крови до вдоха и после выдоха. Чтобы молекула газа перешла из легких в кровь, ей необходимо иметь более высокое парциальное давление в легких, чем в крови, и, очевидно, верно обратное – если парциальное давление молекулы газа в крови выше, чем в крови. в легких он будет переходить из крови в легкие. Что касается СО2, то его концентрация в крови после того, как кровь собрала весь СО2, образующийся в результате биохимического процесса, поддерживающего жизнь клеток, достигает давления 45 мм рт. воздух 0,3 мм рт. Следовательно, пока парциальное давление СО2 в воздухе, которым мы дышим, меньше 45 мм рт. человеческое тело сможет очиститься от CO2, произведенного клетками. Между прочим, когда люди получают серьезное повреждение головного мозга, которое влияет на дыхание, функция тех машин, которые поддерживают жизнь, состоит в том, чтобы вводить кислород и следить за тем, чтобы весь СО2 удалялся из кровотока. Число, за которым нужно следить, — это 45 мм рт. Если моя математика мне не изменяет, если мы разделим 60 000 частей на миллион на 400 частей на миллион, мы получим «коэффициент уничтожения» для CO2: 150. Число, за которым нужно следить, — это 45 мм рт. Если моя математика мне не изменяет, если мы разделим 60 000 частей на миллион на 400 частей на миллион, мы получим «коэффициент уничтожения» для CO2: 150. Число, за которым нужно следить, — это 45 мм рт. Если моя математика мне не изменяет, если мы разделим 60 000 частей на миллион на 400 частей на миллион, мы получим «коэффициент уничтожения» для CO2: 150.
Люди нормально переносят повышенный уровень CO2. Люди с апноэ во сне или эмфиземой компенсируют повышенный уровень CO2 различными метаболическими средствами.
Эта часть ответа предназначена для рассмотрения компонента кислородного дыхания вашего вопроса - ответ: мы сделаем все в порядке.
Что касается того, почему на планете может быть стабильно высокий уровень СО2, то возникает вопрос входа и выхода. Откуда берется СО2 и куда он уходит. То же самое для любого бюджета: доходы против расходов. Раньше в атмосфере было много CO2. Затем фотосинтезирующие организмы откалывали его примерно миллиард лет. Если вы хотите больше CO2, вы можете
Увеличьте поступление CO2 в атмосферу - в результате сжигания, из-за усиленной деградации карбонатных пород, из-за вулканической дегазации, из-за внеземных поступлений.
Уменьшить секвестрацию CO2. Основным потребителем СО2 являются фотосинтезирующие организмы. Вы можете каким-то образом вывести из строя фотосинтетические фиксаторы CO2; может слабое освещение? Нехватка питательных веществ? Повышенное окружающее излучение, УФ или ионизирующее? Океан стал слишком горячим или слишком кислым? Любые методы, такие, что добавки превышают больше, чем могут исправить фотосинтезаторы.
Еще одним потребителем СО2 является вода – она растворима. Океаны действуют как буфер. Вы можете сделать целую докторскую диссертацию по этому вопросу и поэтому не будете давать ссылки. Способность воды сольватировать СО2 (или любой другой газ) увеличивается при понижении температуры воды. Горячая вода растворяет меньше газа. Если бы океаны прогрелись, они бы содержали меньше CO2. Более теплый и более кислый океан теоретически может нанести вред океаническим фотосинтезаторам в краткосрочной и среднесрочной перспективе, что может помочь в этом аспекте вашего мира.
Вы могли бы увеличить вулканическую активность, увеличить выделение внутреннего CO2, усилить разрушение карбонатных пород, а также хорошо нагреть океаны снизу , если бы ядро Земли начало нагреваться . Мне было интересно об этом в контексте предыдущего вопроса, и поэтому я спросил в стеке физики:
https://physics.stackexchange.com/questions/351327/is-decay-heat-proportional-to-half-life
Ответ для меня немного опрометчив, но я считаю да - если есть продукт распада с более коротким периодом полураспада, общее тепло распада может временно увеличиться. Ваша нагревающаяся земля будет нагреваться изнутри, что может привести к описанным выше изменениям, влияющим на гомеостаз CO2.
Углекислый газ вырабатывается живыми организмами на Земле, а затем преобразуется в кислород посредством фотосинтеза, если не принимать во внимание техногенные выбросы, лесные пожары, тектоническую активность и т. д. Таким образом, любая механика, уменьшающая количество фотосинтезирующих организмов по сравнению с окислителями, повысит уровень CO2. В качестве альтернативы геологическая механика, такая как прекращение или замедление тектонической активности, приведет к увеличению уровня CO2, поскольку меньше газа поглощается океанами и рециркулируется в мантию в результате тектонической субдукции.
AlexP
пользователь
AlexP