Könnte sich ohne zugängliche Eisenspuren ein erdähnlicher Planet bilden?

Ohne Eisen bräuchte man eine ganz andere Biochemie und würde die Neuankömmlinge praktisch zu einem langsamen Tod verurteilen. Eisen ist für die Hämoglobinsynthese unerlässlich und der Mensch muss es aus der Nahrung aufnehmen: aus Gemüse (die meisten grünen Blätter) oder bereits in Muskelgewebe konzentriert (von Tieren, die sich noch von eisenlieferndem Gemüse ernähren müssen). Ähnliche Überlegungen gelten für Kupfer, Zink, Mangan, Selen und andere Spurenmetalle.

Nun besteht das Problem darin, dass, wenn Sie genug Eisen in der Biosphäre haben , Eisenoxyhydroxide auszufallen beginnen – es braucht nur die geeignete Umgebung (nicht ungewöhnlich) und voila, Sie erhalten Mooreisen und können mit dem Schmelzen beginnen. Sie würden einen Mechanismus benötigen, um dies zu verhindern; möglicherweise einige Bakterien, die Eisen in metallorganischen Verbindungen sequestrieren, die ohne viel metallbasierte Technologie nicht raffiniert werden können. Dann würde das meiste Eisen dorthin gelangen, und Sie müssten die Bakterien ernten, um zu überleben; Gleichzeitig könnte man mit viel weniger Eisen in der Umwelt auskommen, und aus beiden Gründen wäre kein Eisen(III) verfügbar, um sich frei auszufällen - und das Wenige würde von den Bakterien wieder zurückgefressen werden.

Der Handel mit Nährstoffen wäre ein ziemliches Unterfangen auf eurem Planeten – ohne sorgfältige Haltung von Bakterienbeeten würden die Menschen an allen möglichen Mangelernährungssyndromen leiden.

(Jetzt, wo ich darüber nachdenke, könnten die Bakterien von den ursprünglichen Kolonisten genmanipuliert worden sein, nur um den Planeten zu besiedeln, indem sie die erforderlichen Nährstoffe konzentrieren/verarbeiten).

Lass uns das machen

Wir beginnen mit einem hauptsächlich aus Silikat-Kohlenstoff bestehenden, metallarmen Planeten, der einen Stern der Population II (oder der hypothetischen Population III) umkreist. Es ist unbewohnbar, da alle außer den leichtesten Metallen nicht verfügbar sind, aber es liegt genau in der Mitte der Goldilocks-Zone eines geeigneten Sterns, sodass Terraforming wirtschaftlich sinnvoll ist.

Dies soll eine landwirtschaftliche/pastorale Welt werden . Es exportiert, wenn überhaupt, ausgearbeitetes CHON . Technologie wird so gut wie unmöglich sein (und das könnte tatsächlich eine wünschenswerte Eigenschaft sein: Wer hat zB gesagt, dass die Kolonisten Freiwillige waren?)

Die kleinen dichten Elemente des Planeten (im Wesentlichen Eisen und Nickel zusammen mit allen Schwermetallen aus dem Staub der Population III) sind in Richtung Kern gesunken und praktisch nicht erreichbar, aber es gibt einen schönen Asteroidengürtel nicht allzu weit draußen. Eiskometen werden auf den Planeten geschossen, während Asteroiden - auch sie metallarm - zu Kieselsteinen und Staub zermahlen und letztere elektromagnetisch getrennt werden - im Weltraum kann man das Äquivalent eines riesigen Massenspektrometers bauen ; Partikel mit relativ hohem Gehalt an wünschenswerten Elementen werden wieder kondensiert (gesintert?) und auf den Planeten geschleudert. Dies dauert lange (selbstreplizierende Von Neumann-Roboter könnten nützlich sein - natürlich müssten sie die Notwendigkeit von Metallen und schweren Elementen zum Bauen ausgleichenselbst ).

Alle Projektile brennen in der Atmosphäre und Wasserdampf und metallische Asche beginnen nach unten zu schweben (metallogene Treffer würden auf das Zentrum der Kontinente gerichtet, um zu vermeiden, dass Metalle an die Meere verloren gehen). Nach vielen Jahren ist die Oberfläche mit einer dünnen Schicht aus Metalloxiden bedeckt, die Regen dazu zwingt, nach unten zu sickern.

An diesem Punkt wird der Planet mit Algen, Cyanobakterien und sehr einfachen (und robusten) Lebensformen „besät“, die mit der Umwandlung des Bodens und der Sauerstoffanreicherung der Atmosphäre beginnen.

Andere Jahre vergehen und Pflanzen werden auf dem Planeten ausgesät. Diese sind viel aggressiver und effizienter beim Recycling des Oberbodens.

Wasser- und Mineralmeteore werden immer noch in die Atmosphäre geschleudert: Kohlendioxid, Wasser und Ammoniak aus dem Oortschen Wolkenäquivalent dieser Welt werden uns so viel CHON liefern, wie wir uns nur wünschen können.

Wir fangen an, Wasserstoff zu sequestrieren; Eine (langfristig riskante) Möglichkeit besteht darin, es zu Methan zu stabilisieren (Kohlenstoff ist dank kohliger Chondrit-Meteore reichlich vorhanden) und in unterseeischen Methan-Clathrat - Betten zu speichern. Natürliches Öl ist eine weitere Möglichkeit, wobei biologische Fischer-Tropsch-Verfahren verwendet werden, um Ölreservoirs zu bilden.

Mehrere Organismen werden ausgesät, die darauf zugeschnitten sind, eine gleichmäßige Ausbreitung in Oberbodenelementen zu gewährleisten. Ähnlich wie Würmer würden sie möglicherweise gefährliche Konzentrationen von Elementen abbauen, während sie den Boden belüften (und da geht unser Mooreisen).

Schließlich gibt es genug Sauerstoff, um die Erdfauna zu erhalten, die von künstlichen Roboter-Gebärmuttern aus gefrorenen Eizellen ausgesät wird.

Die gesamte "Planetenfabrik" hätte auf eine gerade, hochbeschleunigte Flugbahn in Richtung des Zielplaneten geschickt werden können, während ein Kolonisationsschiff folgt. Ein solches Schema wird in Robert J. Sawyers Goldenes Vlies dargestellt : Das Kolonisationsschiff verbringt die ersten vier Jahre, subjektive Zeit, damit, das Sonnensystem immer wieder zu umrunden und dabei auf Lichtgeschwindigkeit zu beschleunigen. Dann macht er sich auf den Weg zu einer vierzig Lichtjahre langen Reise nach Kolchis. Dort wird es für weitere vier Jahre subjektive Zeit entschleunigt. Die fünfzig Jahre der interstellaren Etappe der Reise dauern aufgrund der relativistischen Zeitdilatation nur wenige subjektive Tage, und die Reisenden werden nur eine achtjährige Reise erlebt haben, die ohne schwebende Animationen oder komplexe Generationsschiffe machbar ist.

Abgesehen davon, dass das ganze Schema ein Scherz ist. Kolchis ist zu Beginn ein unbewohnbarer Planet, dessen Sondenbilder gefälscht wurden. Der Schiffscomputer ändert den Flugplan so, dass das Schiff einige zusätzliche subjektive Wochen, die dreißigtausend Jahren entsprechen , damit verbringt, mit viel höherer Geschwindigkeit als offiziell geplant durch das Sonnensystem zu sausen. In dieser Zeit werden KI-Sonden auf Colchis landen und es terraformen, um es mit den gefälschten Bildern abzugleichen.

Es gibt vier Mechanismen, die mir dazu einfallen; Verarmte Kruste, ruhiges Land, hungriges Meer, verzerrte Mineralisierung, übermäßige Spuren, also hier die kurzen Notizen für jeden Mechanismus:

1. Verarmte Kruste, die Welt als Ganzes ist extrem reich an Metallen, aber sie sind alle tief im Kern , der Mantel und die Kruste bestehen fast ausschließlich aus Leichtmetallsilikaten, Sie erhalten eine geologisch aktive Welt, möglicherweise sogar mehr als die Erde. Es gibt genug Spuren von schweren Elementen, einschließlich Metallen, um eine etwas spärliche Biosphäre zu unterstützen, aber die Metallurgie ist out.

2. Ruhiges Landhungriges Meer, auf der Erde mit Ausnahme von Limonit und ähnlichen Hydroxiderzen bilden sich die meisten Erzkörper in den Ozeanen entweder durch Oxidation chemisch gelöster Elemente im Meerwasser oder anaerobe Prozesse, die schwefelhaltige Verbindungen in den Meeresbodenschlämmen bilden. Die Metalle in diesen Erzen stammen aus dem Land, sie werden aus primären magmatischen Mineralien erodiert und ins Meer ausgewaschen, indem sie chemisch in Flusswasser gelöst werden. Diese Erze werden dann durch geologische Prozesse bis zu dem Punkt angehoben , an dem sie zugänglich sind. Auf einer Welt ohne große tektonische Aktivität, wie Larry Nivens Destiny , werden Elemente immer noch ins Meer gespült und mineralisieren, aber es gibt nur wenige Orte, an denen die tektonischen Mechanismen aktiv sind, um diese Elemente an Land zurückzubringen.

3. Mineralisierungsverzerrung, ohne Ausnahme, die mir einfällt, kommerzielle Erze auf der Erde sind auf die folgenden Formen beschränkt: Oxide, Schwefelverbindungen, Hydroxide oder Karbonate, diese alle haben eines gemeinsam; Sie sind relativ leicht durch Hitze zu zersetzen und/oder mit Kohlenstoff zu reduzieren, wobei elementares Metall zurückbleibt. In einer Welt, in der Silikate die metallische Geochemie dominieren, funktioniert thermisches Schmelzen nicht, weil Silikatmineralien grundsätzlich feuerfest sind. Dies erschwert auch die biologische Aufnahme bestimmter Elemente, da primäre Mineralien im Regolith viel schwerer abzubauen sind.

4. Übermäßige Spuren, letztendlich welche Elemente, einschließlich Metalle, in der Kruste eines bestimmten Planeten zugänglich sind, hängt nicht wirklich davon ab, was dort ist, sondern in welcher Form es vorliegt und welche Extraktionstechniken Sie anwenden können. Eisen bildet mehrere "reine" Verbindungen, die als Erze verwendet werden können, Pyrit , Hämatit und Magnetit , aber es bildet auch eine Vielzahl "unreiner" Verbindungen, darunter Ilmenit , ein Titan-Eisen-Oxid und Chalkopyrit und Bornit , die tatsächlich kommerziell als verwendet werden Kupfererz. Ilmenit hat eine weitaus höhere Schmelztemperatur und erfordert aufgrund der Titan-„Kontamination“ eine spezielle Ausrüstung, um das Eisen zu extrahieren.oder Kupfer in einfachen thermischen Schmelzöfen aufgrund von Kontamination mit dem anderen Metall, Spuren von Eisen in Kupfer oder Kupfer in Eisen, hat die Wirkung, dass das gewünschte Metall spröde und nicht bearbeitbar wird. Auf diese Weise würden relativ hohe Gehalte an seltenen Elementen wie Titan und Wolfram Metallerze „verschmutzen“, die mit einfachen „Low-Tech“-Methoden extrahiert werden können.

Bitte beachten Sie, dass Aluminium in allen Fällen in großen Mengen vorhanden sein wird, aber mit mittelalterlichen Technologien nicht zugänglich ist. Gold kann in jedem der vorgeschlagenen Szenarien auch in großen Mengen verfügbar sein, da es nicht an der Gesteinsbildung beteiligt ist, also relativ mobil ist und zusammenhält, wenn Atome miteinander in Kontakt kommen, kurz gesagt, Gold konzentriert sich, wo immer es vorkommt.

Wenn Sie Ausarbeitungen wollen / brauchen, lassen Sie es mich wissen.

Könnte sich ein erdähnlicher Planet ohne zugängliche Spuren von Eisen, Gold, Zinn, Kupfer, Blei usw. bilden?

Möglicherweise. Es wäre jedoch schwierig, eine für lebende Organismen geeignete Umgebung bereitzustellen, da viele biochemische Prozesse das Vorhandensein von Spurenelementen erfordern, z. B. wird Eisen für Hämoglobin benötigt. Wenn Sie diese Umgebung bewohnbar machen wollten, müssten Sie einen Weg finden, um den Zugang zu diesen Spurenelementen wieder aufzufüllen.

Könnte sich ein erdähnlicher Planet ohne menschlichen Zugang zu "industriell" nutzbaren Mengen an Eisen, Gold, Zinn, Kupfer, Blei usw. bilden?

Sicher. Mehrere Möglichkeiten:

• Gleichen Sie die Konzentration von Metall(ionen) über die gesamte Oberfläche aus. Organismen brauchen nur Spurenmengen, also sollten sie größtenteils in Ordnung sein. Könnte durch das Verdampfen eines großen Ozeans über Milliarden von Jahren entstehen.

• Nur wenige Erzvorkommen sind nur in feindlichen Umgebungen verfügbar, die für längere menschliche Aktivitäten ungeeignet sind, z. B. in der Nähe aktiver Vulkane, unter Wüsten oder in felsigen Bergketten. Vielleicht sind diese Erzvorkommen bekannt, aber um sie zu nutzen, wären fortschrittlichere Technologien erforderlich (einschließlich einer Möglichkeit, alle Bergleute zu ernähren usw.). Diese Lagerstätten könnten auch verteilt werden, wenn Sie also mehrere verschiedene Metalle benötigen würden, müssten Sie mehrere Bergbau-Außenposten in großer Entfernung voneinander unterstützen.

• Haben Sie nur eine sehr kleine Menge an Landmasse über dem Meeresspiegel. Der Bergbaubetrieb wird viel schwieriger, wenn Sie sich um Dutzende Meter Wasser über den Köpfen Ihrer Bergleute sorgen müssen.

• Wenn Sie den Zugang zu Metallen selbst nicht einschränken können, beschränken Sie den Zugang zu Brennstoffen: Um Metalle aus Erzen zu schmelzen, benötigen Sie enorme Mengen an Wärme – was wiederum den Zugang zu Brennstoffen erfordert. Die am leichtesten zugänglichen Brennstoffe auf der Erde sind Holz und Kohle - aber diese sind möglicherweise nicht auf dem Zielplaneten vorhanden (vielleicht hat jemand vergessen, Bäume in den Terraforming-Prozess einzubeziehen? Und Kohle braucht viel Zeit und organische Materie, um sich zu bilden, also könnte es sein nicht vorhanden sein, wenn lebende Organismen erst kürzlich auf den Planeten eingeführt wurden).

Sie könnten Ihren Planeten nach dem Vorbild des „Zwergplaneten“ Ceres modellieren .

Ceres ist den terrestrischen Planeten (Merkur, Venus, Erde und Mars) ähnlicher als seine asteroiden Nachbarn, aber viel weniger dicht. Eine der Ähnlichkeiten ist ein geschichtetes Inneres, aber die Schichten von Ceres sind nicht so klar definiert. Ceres hat wahrscheinlich einen festen Kern und einen Mantel aus Wassereis. Tatsächlich könnte Ceres aus bis zu 25 Prozent Wasser bestehen. Wenn das stimmt, hat Ceres mehr Wasser als die Erde. Die Kruste von Ceres ist felsig und staubig mit großen Salzablagerungen. Die Salze auf Ceres sind nicht wie Kochsalz (Natriumchlorid), sondern bestehen aus verschiedenen Mineralien wie Magnesiumsulfat.

Die geringe Dichte von Ceres liegt daran, dass er, wenn er einen metallischen Kern hat (wie Mars oder Erde), viel kleiner ist als die der großen Ligaplaneten. Ceres könnte im Kern Gestein (silikatische Materialien wie die Erdkruste) sein. Wie im Auszug angemerkt, gibt es verhältnismäßig mehr Wasser und Mineralsalze als auf der Erde. Ich sehe in einigen Artikeln auch die Erwähnung von Graphit auf der Oberfläche.

Sie könnten einen Ceres-ähnlichen Körper (vielleicht aus einer Ansammlung von Cereses gebildet?) vergrößern, um eine Welt mit der Größe und Schwerkraft zu schaffen, die Sie sich für Ihre Geschichte wünschen. Eine Ansammlung von zusammengesetzten Asteroiden würde auch zu der Möglichkeit führen, dass ein Teil eures Planeten eine ganz andere Zusammensetzung als der Rest hat.

Sicher, es gibt keine Garantien für die Krustenzusammensetzung von Planeten.

Eine Möglichkeit, die Zusammensetzung zu reduzieren, besteht jedoch darin, einfach zu sagen, dass es vor Jahrtausenden von einer anderen Rasse abgebaut wurde, wodurch ihm verschiedene nützliche Mineralien entzogen wurden.

Es stellt sich heraus, dass die Erde im Vergleich zum Rest des Sonnensystems tatsächlich arm an Gold und Silber ist. Die Art von Magnesium, die auf der Erde gefunden wird, unterscheidet sich auch (neigt dazu, schwerer zu sein) als Magnesium, das im Rest des Sonnensystems gefunden wird.

Wir wissen also, dass sich ein Planet mit weniger Metallen bilden kann, als er haben sollte, und dass der resultierende Planet (unter bestimmten Umständen) für uns bewohnbar sein kann.

Die Frage ist dann, wie das passiert ... Die kurze Antwort lautet: Wissenschaftler glauben, dass Gold, Silber und leichteres Magnesium verdampft sind ^{1 , 2} .