Водная планета превращается в пустыню, но не становится непригодной для жизни

Пригодная для жизни (человек мог бы выжить в ее атмосфере без скафандров) пустынная планета, на которой раньше были большие океаны, довольно часто встречается в ScFi. Я думал о процессах, которые могли быть ответственны за потерю воды.

Я хочу оставить биологические процессы — вроде песчаных червей из «Дюны» — в стороне. Точно так же я знаю о технологических решениях, таких как орбитальные кольца, но я хочу чего-то естественного. Кроме того, дыры в земле, поглощающие воду, тоже не работают, и я хочу реальной потери воды, а не только более глубоких океанов и большего количества суши.

Поэтому я придумал 3 способа, как планета может потерять значительную часть своей поверхностной воды. Для всех дискуссий я хочу использовать земного близнеца (0,02% массы поверхностных вод) в качестве эталона, если только не нужно изменить массу или параметры орбиты, чтобы что-то произошло. Определение пустынной планеты, которое я собираюсь использовать, - менее 10% покрытия поверхности водой.

  1. Осквернение атмосферы и последующая потеря океана, как это произошло на Марсе. Но это разрушает атмосферу, и дальнейшее выделение газа снова приведет к появлению воды.
  2. Зачистка посредством ударов. Чтобы достичь этого, нам нужно столкнуть планету камнем (масса которого не меньше океана) с космической скоростью. Из-за нескольких довольно очевидных проблем реальная цифра будет на несколько порядков выше. Кроме того, я стремлюсь создать обитаемый пустынный мир, а не лавовую планету/пояс астероидов.
  3. Разорвите водные связи сильным излучением (от звезды или близкого события). Но разве шансы на выживание в этом мире не ужасны во время такого события? Кроме того, я знаю, что одноклеточные организмы глубоко внутри земной коры могут пережить все эти события, но я хочу, чтобы мои выжившие были макроскопическими и многоклеточными.

Так как же такой переход происходит наименее разрушительным образом?

Добро пожаловать в миростроительство! Не могли бы вы уточнить ваше заявление о технологическом + орбитальном кольцах? Я думаю, что я что-то упускаю.
Во-вторых, есть ли ограничения по времени на эти процессы? Или же планеты просто нужно открывать в таких условиях, не особо заботясь о том, сколько времени ушло на их развитие?
1. Я не понимаю, почему должно быть жесткое ограничение по времени. Но давайте возьмем 7 миллиардов лет, так как это срок, который звучит правдоподобно, учитывая металличность, необходимую Вселенной для земных миров. К настоящему времени планета должна была бы стать обитаемым пустынным миром, если бы она сформировалась 7 миллиардов лет назад. 2. Положение о технологии относится к любому способу достижения перехода посредством технологии. Я знаю правдоподобные способы сделать это таким образом. Такие вещи, как использование электролизных установок для разделения воды, чтобы она убегала или транспортировала ее с планеты с помощью космических лифтов или гигантских орбитальных колец.
@ user58321, если у планеты есть миллиарды лет, чтобы потерять воду, то любой механизм хорош. Единственная проблема — создать пригодную для дыхания атмосферу в конце.
Хотел бы я иметь научные знания, чтобы ответить на это, но как насчет двух отдельных процессов? Один для удаления воды, другой для восстановления атмосферы? Многие теории предполагают, что вода на Землю была фактически доставлена ​​(через кометы/астероиды) после ее образования, так почему бы не сделать это в обратном порядке? Убрать воду (и значительную часть атмосферы), а затем вернуть атмосферу? Или даже делать и то, и другое одновременно, удары выбрасывают воду в верхние слои атмосферы, где солнечный ветер/и т. д. сдувает ее, в то же время доставляя атмосферные компоненты.
@Dalina Потому что я хочу сохранить сложную биосферу. Удары настолько сильны, что могут сильно повредить или уничтожить любую сложную жизнь.

Ответы (4)

Во-первых, добро пожаловать в Worldbuild SE!

Согласно тегу проверки реальности, я чувствую, что желаемые условия, поставленные в исходном вопросе, невозможны в рамках современной известной науки.

Основная проблема, которую вы правильно определили, заключается не в потере жидкой поверхностной воды, а в последующем сохранении пригодной для дыхания атмосферы.

Во-первых, эти предостережения, которые вы описываете, действительно верны:

  • Облучение поверхности для разрушения воды сделало бы планету непригодной для жизни, а также поставило бы под угрозу обитаемость атмосферы.

  • Любое столкновение, достаточно сильное, чтобы стереть 90% воды планеты, уничтожит поверхность в процессе.

  • Сценарий, подобный марсианскому, по определению привел бы к недостатку атмосферы. Тем не менее, я размышлял о том, возможно ли существование своего рода промежуточного периода, когда поверхностная вода уже исчезла, но на какое-то время все еще оставалось достаточно пригодной для дыхания атмосферы. К сожалению, похоже, что это не могло произойти, и даже если бы это было возможно, это почти наверняка было бы за пределами температурного диапазона для людей.

Еще одна важная проблема возникает с самим атмосферным кислородом: если бы поверхность земного мира внезапно стала бесплодной, не было бы новых источников кислорода. И как это бывает, кислород любит вступать в реакцию практически со всем. В масштабах геологического времени должно пройти очень короткое время, прежде чем в воздухе станет не хватать O2, необходимого для человека. (На самом деле, эти реакции, вероятно, создадут много новой поверхностной воды, что достаточно забавно.)

Идея Логана интересна, но мне трудно понять, как обход холодной ловушки каким-то образом не приведет просто к венерианским тепличным условиям или не приведет к негостеприимному составу атмосферы. Мне было бы любопытно увидеть более полное развитие этой идеи.

В любом случае наименее катастрофическим способом избавить планету от 90% воды (без полного удаления ее атмосферы) было бы ее выпаривание, но это все равно приведет к безудержной парниковой ситуации. Короче говоря, я не понимаю, как какие-либо естественные процессы могут привести к тому, что планета буквально потеряет 90% своей воды и все же оставит на ней пригодную для дыхания и гостеприимную атмосферу.

Тем не менее, я бы очень хотел отредактировать свой ответ в свете любых комментариев или дополнительной информации к исходному вопросу. К сожалению, в настоящее время вопрос стоит так, что я не вижу способа примирить желаемую среду с реальностью науки об атмосфере.

Вы упомянули, что в бесплодном пустынном мире кислород будет потерян из-за отсутствия освежения. Но бесплодие никогда не было целью. В том, что я считаю пустынным миром, наверняка должны быть большие стерильные пустыни, но я не вижу причин, по которым регионы, расположенные ближе к полюсам, не должны по-прежнему иметь экосистемы (тем более, что 10% их поверхности все еще может быть покрыто водой). На мой взгляд, несколько растений и животных, адаптированных к засухе, в умеренных зонах и даже кустарники в Арктике находятся на столе. Возможно, кислорода было бы меньше, но он все равно мог бы производиться.
@TheDyingOfLight Я согласен, но это не решает проблему потери воды без ущерба для атмосферы. Если главная цель состоит в том, чтобы иметь пустынную планету, то ответить на этот вопрос гораздо проще. Но если главная цель состоит в том, чтобы когда-то было изобилие воды, которая впоследствии была потеряна, то перед нами все те же трудности, что и раньше.
@TheDyingOfLight Кроме того, не могли бы вы подробно рассказать о причине потери воды? Может быть, это вызовет у людей какие-то дополнительные идеи.

Устранить тропосферную ловушку холода.

Земля удерживает воду, потому что атмосфера становится достаточно холодной, чтобы водяной пар в основном вымерзал, прежде чем он стал достаточно тонким, чтобы джинсы могли сбежать, что стало важным фактором. Если бы водяной пар мог свободно смешиваться с ионосферой, он был бы сразу потерян из-за теплового выхода и расщеплен нефильтрованным солнечным излучением, что позволило бы водороду выйти.

Однако избавиться от атмосферной ловушки холода, не сделав планету непригодной для жизни, довольно сложно. Вы захотите сделать стратосферу более холодной, а верхнюю часть тропосферы — теплее, чтобы градиент температуры был монотонным и никогда не становился слишком холодным, чтобы задерживать воду. Если он просто должен быть пригоден для какой-то не совсем инопланетной жизни, используя обычную земную биохимию, проблема не так уж серьезна; есть много способов поиграться с составом атмосферы, чтобы сгладить температурный градиент. Например, увеличение доли СО2 в атмосфере приведет как к охлаждению ионосферы за счет увеличения коэффициента излучения инфракрасного излучения, так и к нагреву тропосферы; поместите планету достаточно далеко от своего солнца, чтобы она не вызвала неконтролируемую теплицу, и все готово. Однако, если вы хотите, чтобы он оставался пригодным для проживания немодифицированных людей, ограничения намного строже; выяснение того, как управлять этим, остается в качестве упражнения для читателя.

Земля удерживает воду, потому что атмосфера становится достаточно холодной, чтобы водяной пар в основном вымерзал, прежде чем он стал достаточно тонким, чтобы джинсы могли сбежать, что стало важным фактором. Джинсы? Не могли бы вы объяснить. Спасибо
Но как остановить процесс до того, как вся вода уйдет? В конце концов это стерилизует это место, не так ли? Очень медленное опустынивание — крутой аспект, но в конце концов оно убьет все.
Могут ли другие вещи сбежать, используя тот же механизм?
@ user58321 «За выход из атмосферы может быть ответственен ряд различных механизмов, работающих в разных временных масштабах; наиболее известным из них является «Побег из джинсов», названный в честь британского астронома сэра Джеймса Джинса, который описал процесс потери атмосферой молекулярной кинетической энергии». - Википедия: en.wikipedia.org/wiki/Atmospheric_escape
@TheDyingOfLight Другие легкие газы также улетучиваются, но не так много, чтобы беспокоиться об этом, если у вас есть богатая кислородом атмосфера и водные океаны - водород, гелий, аммиак и метан будут наиболее заметными. Технически, кислород и азот также будут продолжать улетучиваться, но, вероятно, меньше, чем они уже улетучиваются с Земли, т. е. со скоростью, о которой не стоит беспокоиться. В конце концов, все атмосферы испаряются, и важно только то, сколько времени им нужно для этого.
@TheDyingOfLight Скорость потери воды естественным образом со временем уменьшится, поскольку уменьшение покрытия поверхностными водами снижает концентрацию водяного пара, доступного для потери в атмосфере. Конечным конечным результатом действительно будет полная стерилизация, если только не произойдут более поздние изменения в атмосфере или биосфере, которые остановят процесс (например, секвестрация CO2 для воссоздания холодовой ловушки и/или образование гигроскопического биорастворителя, снижающего атмосферное давление в воздухе). водяного пара и концентрирует всю планетарную воду в живых тканях).
@Logan R. Кирсли спасибо за ответы
Хорошая мысль, Логан. Меня интересует одна вещь, на которую, возможно, вы намекаете в своем замечании о «немодифицированных людях», — это то, как много вы можете сделать, чтобы изменить градиент температуры, прежде чем соотношение всех других газов, кроме кислорода, станет токсичным . (Например, я думаю о том, как даже незначительные изменения в таких вещах, как CO2, могут иметь некоторые неприятные последствия для людей.) Мне было любопытно, не могли бы вы объяснить это?

Вода также может быть потеряна из-за геологических процессов (я знаю, что это звучит очень похоже на «вода, проглатывающая дыры в земле», но я думаю, что это достаточно отличается, чтобы о ней стоило упомянуть).

Это хорошо известное (и немного тревожащее) явление даже на Земле: в зонах субдукции под океанами вода поглощается горными породами и уносится глубоко в мантию.
Этому явлению следует противопоставить выброс водяного пара в атмосферу другими геологическими процессами (эрукциями), но неизвестно, существует ли баланс или поверхность Земли неуклонно теряет воду в сторону внутреннего слоя планеты.
Согласно этой статье :

По словам Винса, это открытие имеет большое значение для нашего нынешнего понимания глобального водного цикла. Если в недра Земли попадает в три раза больше воды, чем мы думали, говорит он, то поступающее количество намного больше, чем предполагают текущие оценки, которое возвращается на поверхность, например, в результате вулканических выбросов и дегазации. «Если бы этот [дисбаланс] сохранялся в течение многих миллионов лет… тогда бы океан исчез».

Таким образом, на вашей планете могут произойти некоторые аномальные геологические процессы, которые ускорят это явление (но я думаю, что это в любом случае потребует временного промежутка порядка миллионов лет), что приведет к потере поверхностных вод. Вода по-прежнему есть на планете, но на глубинах, куда ее нельзя достать артезианской скважиной или принять участие в круговороте воды на поверхности.

Интересная статья. В нем упоминается среднее глобальное значение, но это тоже ненадежное обоснованное предположение. Мы просто не знаем, сколько на самом деле поглощается коркой (или как быстро она снова высвобождается). Но на вымышленной планете можно было бы разработать условия, при которых, по крайней мере, на данный момент ее поверхность стала бы обитаемой. Я предполагаю, что для этого потребуется несколько иная геологическая картина, которую мы имеем в настоящее время на Земле, но достаточно похожая, чтобы, если ОП хочет ослабить свои требования, это может быть хорошим подходом.
Субдукция не просто удерживает воду под землей. Он также включает химические реакции в форме: порода океанической коры + вода → порода континентальной коры. (Продукт реакции менее плотный, чем порода океанической коры, поэтому он имеет тенденцию накапливаться в виде континентов.)

Химическое связывание — большой рой метеоров врезался в один из ваших океанов и раскололся. Внутренняя часть метеоров содержала обширные отложения щелочных металлов (литий, натрий и т. д.), которые начали реагировать с водой с образованием солей и водорода. Водород дрейфовал в верхние слои атмосферы и сбежал в космос.

Но были бы такие астероиды? Поскольку эти элементы обладают высокой реакционной способностью, они должны реагировать в протопланетном диске. Кроме того, этот процесс кажется довольно сильным с энергетической точки зрения и отравит окружающую среду. Так что не так уж хорошо для обитаемости впоследствии. Или я что-то упускаю?
@TheDyingOfLight Вы правы в том, что шансы на формирование такого астероида невелики (хотя и не совсем невозможны). Да, реакция будет энергичной — вы, вероятно, получите яркий свет, огромное тепло и большие шлейфы пара. Однако, учитывая реагенты, единственным «отравлением» окружающей среды будет то, что ваш океан станет более соленым.
Водная планета превращается в пустыню, но не становится непригодной для жизни
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v