Sauerstoff produzieren ohne Pflanzen

Eine einfache Elektrolyse von Wasser wäre der erste Schritt, da das einfache Hinzufügen von elektrischem Strom zu Wasser beginnt, das Wasser in freien Wasserstoff und Sauerstoff zu zerlegen.

Freier Wasserstoff ist natürlich sehr gefährlich. Ohne richtige Pflege ein Funke und Ihre Elektrolyseanlage geht in Flammen auf. Durch das Einfangen von Kohlendioxid aus der Atmosphäre könnten Sie noch mehr Sauerstoff freisetzen und sowohl den Kohlenstoff als auch den Wasserstoff sicher speichern, um sie später als Brennstoff wiederzuverwenden.

Diese chemischen Reaktionen erfordern zusätzliche Energie. Wasser und Kohlendioxid sind die niedrigsten Energieformen, die Moleküle annehmen können, die aus Sauerstoff, Wasserstoff und Kohlenstoff bestehen. Da das menschliche Leben jetzt von zusätzlichem Sauerstoff in der Luft abhängt, wird das Verbrennen von allem streng reguliert, sodass unsere Energie aus erneuerbaren Quellen wie Erdwärme, Staudämmen, Wind und Sonne stammen muss.

Offensichtlich sollte der aktuelle Sauerstoffgehalt uns Jahre halten ...

Ja. Ein paar hundert Millionen mehr oder weniger, wenn man annimmt, dass sich die Umlaufbahn der Erde im Laufe der Äonen nicht wesentlich ändert. Aber ich berücksichtige keine Schaltsekunden.

Die Atmosphäre hat eine Masse von etwa 5,15 x 10 ¹⁸ kg . Das ist eine explosive Menge. ~21 % sind O ₂ , etwa 10 ¹⁸ kg.

Laut NASA:

Ein Mann benötigt 0,63 kg Sauerstoff pro Tag.

Für 7 Milliarden menschliche Lungenpaare sollten wir also etwa 4,2 × 10 ⁹ kg Sauerstoff pro Tag benötigen.

Wenn wir alle anderen sauerstoffatmenden Kreaturen ausschalten, aufhören, Zeug zu verbrennen und die Bevölkerungszahl konstant halten, könnten wir vielleicht fünfhundert Millionen Jahre lang atmen. Selbst wenn es uns egal wäre und wir nichts anderes ändern würden, könnten wir immer noch lange genug leben, um die Galaxie zu kolonisieren und funktionierende, außerirdische Pflanzen von einem anderen Planeten zu importieren.

Sehen Sie, wir nehmen Sauerstoff aus der Atmosphäre und die Pflanzen und Bakterien geben Sauerstoff zurück, aber beide Seiten handhaben immer nur einen sehr kleinen Bruchteil des darin enthaltenen O ₂ . Wenn die Pflanzen streiken würden, hätten wir mehr als genug Zeit, um eine andere kostenlose, grüne Quelle zu finden. In der Zwischenzeit könnten wir den Prozess aus Ghedipunks Antwort verwenden - Wasser elektrolysieren, um etwas Sauerstoff herzustellen und nebenbei einen schönen Raketentreibstoff zu bekommen.

Wir könnten auch einen Weg finden, Siliziumdioxid in metallisches Silizium und freien Sauerstoff umzuwandeln – effektiv unter Verwendung von Sand und Quarzkristallen als zusätzliche Quellen. Die Erdkruste besteht zu 46 Massenprozent aus Sauerstoff – genug, um uns selbst auszuschalten und die Atmosphäre in den Weltraum zu blasen, sollten wir jemals müde werden, hier zu leben. Möglicherweise benötigen wir jedoch viel Säure (dies ist mit einer Frage in chemistry.stackexhange.com verknüpft , und die Methode in der akzeptierten Antwort kann Sauerstoff auch von anderen Materialien als Eisen trennen).

Es scheint zwei Themen in den Antworten zu geben.

Erstens würden die aktuellen Sauerstoffwerte sehr lange anhalten.

Zweitens das Problem, was mit dem Sauerstoff aus der Photosynthese zu tun ist, wenn er nicht als Sauerstoff freigesetzt wird.

Ich behaupte, dass es für beide Probleme einen Workaround-Plot-Mechanismus gibt.

Anstatt O2 freizusetzen, entwickeln die Pflanzen einen Mechanismus zur Produktion von Ozon, O3. Konzeptionell würde ich vorschlagen, ein neues Enzym zu verwenden, das von einem Virus verbreitet wird und alle Pflanzen infiziert. Es gelangt in die Organellen, die die Photosynthese ermöglichen. Dieses Enzym verändert die Photosynthesegleichung so weit, dass O3 gebildet werden kann.

Fragen Sie nicht nach den Einzelheiten des Wie, aber angesichts der Tatsache, dass Biologen auf Quantentunneln zurückgreifen mussten, um die Photosynthese zu erklären , schlage ich vor, dass Quantentunneln ein guter Mechanismus wäre, um die kleinen Details von Hand wegzuwinken. Es könnte plausibel erklären, wie die Elektronen von ihrem Platz in O2 zu ihrem Platz in O3 gelangen.

Sobald Pflanzen beginnen, O3 statt O2 abzugeben, haben wir Menschen ein sehr großes Problem.

Sehen Sie, O3 ist giftig für uns. Unsere Lungen können es nicht verwenden. Wenn wir reines O3 einatmen, ersticken wir .

Abgesehen davon, dass wir für die Zwecke der Handlung die beiden Probleme gelöst haben.

Pflanzen entziehen den Sauerstoff und die Atmosphäre wird für Menschen nicht mehr atembar.

In diesem Fall besteht die Lösung darin, O3 wieder in O2 umzuwandeln. Dieser Prozess findet natürlicherweise in der oberen Atmosphäre statt. Die Menschen müssen es nur beschleunigen, vielleicht kommerziell.

„In diesem hypothetischen Szenario haben Pflanzen aufgehört, Sauerstoff freizusetzen, aber sie haben nicht aufgehört, organische Stoffe zu produzieren“ – okay, also fixieren sie jetzt Kohlendioxid.

Das große Problem ist, dass dadurch zusätzlicher Sauerstoff produziert wird, und es gibt nicht viele Orte, an die er gelangen kann, wenn wir ihn nicht in die Atmosphäre entlüften: - Übersauerstoffreiche Kohlenhydrate würden den Stoffwechsel der Pflanze ruinieren und sind giftig. Außerdem sind sie brennbar, explosiv oder beides. - komprimierter Sauerstoff kann in Ligninblasen gespeichert werden, aber nicht sehr lange - dann tritt ein Gleichgewicht ein und nichts hat sich wirklich verändert - der Boden enthält Phyllosilikate und hydratisierte Silikate, und beide sind sehr nahe an der maximal möglichen Sauerstoffsättigung.

Der offensichtlichste Weg, mit der Sauerstoffknappheit umzugehen, wäre jedoch

• Versuchen Sie, alle nicht entlüftenden Anlagen abzutöten und ersetzen Sie sie durch die alten Versionen.
• Gehen Sie in Arcologien live und liefern Sie Sauerstoff aus der Photosynthese mit geschlossenem Kreislauf, ergänzt durch chemische Manipulation des Materials, in dem der Sauerstoff von außen gespeichert wird
• Sauerstoff aus Silikaten extrahieren (einfache Entwässerung plus Elektrolyse würde ausreichen).

Der Sauerstoff verschwindet also einfach, das ist die Grundlage dieser Antwort. Keine seltsame Biochemie, die dafür verantwortlich wäre, einfach weg. Pflanzen verbrauchen immer noch Sauerstoff für ihre eigene Atmung und binden wie gewohnt CO2, wodurch sie auch gedeihen und Früchte tragen, damit das Ökosystem normal weitermachen kann.

Derzeit besteht etwa 21 % der Atmosphäre aus Sauerstoff. 19,5 % gelten als der niedrigste akzeptable Gehalt, also sagen wir, dass dies mit einer kleinen Sicherheitsmarge ist, und sagen wir, es sind 18 %. Also könnten 3%-Punkte oder etwa 15% des aktuellen Sauerstoffs verbraucht werden, bevor schlimme Dinge passieren (dies schließt die Ökosystem-zerstörenden (und durch die Kraft des zerfallenden Materials den Sauerstoffabbau beschleunigenden) Nebenwirkungen eines Tropfens aus O2-Gehalt). 1,16x10E18 kg Sauerstoff in der Atmosphäre ergeben insgesamt etwa 1,6x10E17 kg abbaubaren Sauerstoff. Benutzer AlexP gab 3x10E14kg globalen biologischen Sauerstoffverbrauch pro Jahr an, und ich gehe mit dieser Zahl, da sie ungefähr zum geisteswissenschaftlichen Teil der gesamten globalen Biomasse (1x10E-4) und des menschlichen Verbrauchs passt, wie von Shadowzee angegeben. Die Biosphäre würde den nutzbaren Sauerstoff in etwa 5000 Jahren verbrauchen.

Wie bereits erwähnt, macht das Obige "The Martian"-ähnliche naive Berechnungen. Kein positives oder negatives Feedback wurde berücksichtigt, kein Buffering, nichts. 5000 Jahre sind immer noch eine so große Zeitspanne im Vergleich zur menschlichen Lebenserwartung, dass ich zu behaupten wage, dass es der Menschheit genug Zeit geben würde, um aus eigenem Antrieb zu sterben ...

Um den magisch verschwindenden Sauerstoff zu beheben, müssten wir selbst etwas produzieren, um die 3x10E14kg O2 auszugleichen, die das Leben auf der Erde jährlich benötigt. Normalerweise würde man an die Aufspaltung von H2O denken, aber wenn das resultierende H2 nicht in denselben magischen Wirbel geschickt werden kann, in den das Pflanzen-O2 gegangen ist, wäre dies ein Nullsummenspiel. Holen Sie das O2 besser irgendwo ab, wo das reduzierte Produkt gelagert werden kann, ohne sofort wieder mit Sauerstoff zu beginnen. Sand? Das entstehende Si als Schlacke lagern? Sie benötigen etwa 8x10E3Wh, um 1kg O2 aus Sand zu produzieren, also 2,4x10E18Wh jährlich, um die fehlende Anlagenleistung auszugleichen. Das ist ungefähr das 20-fache des weltweiten menschlichen Energieverbrauchs ... Es könnte eine Weile dauern, bis diese Werte erreicht werden, obwohl der Umstand, dass der andere Teil der Gleichung, reines Si, auch zur Energieerzeugung durch Solarzellen verwendet werden kann, hilfreich sein könnte ein bisschen. Und wir haben 5 Jahrtausende, um auf den neuesten Stand zu kommen. - Die ~10 000 Quadratkilometer bebaubaren Grundstücke konnten gefunden werden.

Wir würden alle sterben, es gibt für uns als Spezies keine Möglichkeit, Sauerstoff so schnell zu ersetzen, wie wir ihn verbrauchen, ohne den aktuellen Stand der Technik und die Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen.

Stellen Sie sich das so vor ... wir haben etwa 80 % der Energie der Welt als fossile Brennstoffe und durch Verbrennung erzeugt. Kohle, Gas und Öl machen praktisch die gesamten 80 % aus. Erneuerbare Energien machen nur etwa 10 % aus, wobei die große Mehrheit Wasserkraft ist ... nicht Sonne oder Wind ... WASSER. Der Rest der Erneuerbaren liegt bei etwa 2 %. ( https://en.wikipedia.org/wiki/World_energy_consumption ) (Ich lasse die Kernenergie weg, weil sie wie immer durch Angstmacherei im Grunde genommen in den Mülleimer geworfen wurde und der Bau der Anlagen viel zu lange dauert).

Wir müssen also nicht nur unsere derzeitige erneuerbare Produktion im Grunde erhöhen, wir müssen es in einem einzigen Jahr um 5000 % tun, weil uns der Sauerstoff ausgeht. (Wir brauchen diese Energieproduktion, weil wir ohne sie nicht die Kraft haben, Kohlendioxid in Sauerstoff oder Wasser in Sauerstoff umzuwandeln.) (Ich ignoriere auch Wasserkraft, weil das sehr vom Gelände und der Wasserverfügbarkeit abhängt und den Bau riesiger Dämme erfordert richtig einspannen)

Das Problem mit erneuerbaren Energien und der derzeitigen Produktion und Platzierung erneuerbarer Energien besteht darin, dass wir in einem so kurzen Zeitrahmen keine Möglichkeit haben, etwas Bedeutendes zu tun. Wir fahren gerade die Produktion hoch, aber wenn dieses 1 Jahr vorüber ist, beginnt der Sauerstoffgehalt zu sinken, alles, was auf Strom angewiesen ist, hört auf zu funktionieren, weil alle unsere Energieerzeugungsmethoden auf Sauerstoff angewiesen sind. Was auch immer wir für Sauerstoffproduktionsanlagen tun, sie sind schnell überfüllt und die Menschen verhungern, weil es für sie keine Möglichkeit gibt, Nahrung zu bekommen (Autos fahren mit Verbrennung, Sie machen sich etwas vor, wenn Sie glauben, wir könnten ALLE aktuellen Erneuerbaren um 5000% steigern, während alle Autos in Elektrofahrzeuge umwandeln und Sauerstoff-Umrüstzentren in einem einzigen Jahr bauen). Es geht nicht darum, dass erneuerbare Energien fossile Brennstoffe nicht ersetzen können, wir können es einfach.

Bearbeiten: Ich habe gerade festgestellt, dass Sie Jahre gesetzt haben. Ich bezweifle, dass wir auch nach 10 Jahren genügend Produktionskapazitäten haben würden. Nicht mit unserer immer noch wachsenden Bevölkerung und der Zeit, die es braucht, bis die Regierungen die Konsequenzen verstehen, die uns Wissenschaftler seit über einem Jahrzehnt und einem klaren Mangel an Finanzierung und Schubkraft erklären. Verdammt, wir werden wahrscheinlich erst ein Jahr später erkennen, dass Pflanzen aufhören, Sauerstoff zu produzieren.

Edit2: Ich weiß, dass 10 Jahre kurz sind, und ich könnte unseren Vorrat unterschätzen (aber im Ernst, es werden nicht Millionen von Jahren sein, Mathematik unten). Das größere Problem wäre nicht der Sauerstoff, den wir atmen, sondern der Mangel an CO2-Absorption durch Pflanzen (da Sie CO2 aufnehmen und Glukose und O2 erzeugen). Das zusammen mit all den Algen auf der Welt, die plötzlich keinen Sauerstoff mehr produzieren, würde das Leben im Meer töten.

Okay und hier ist die Mathematik, die ich mit den Nicht-Google-Quellen gemacht habe (ich wurde faul, okay).

Wikipedia sagt also, dass die Atmosphäre 5,15 * 10 ^ 18 ist und 20,95% Sauerstoff sind, was 10 ^ 18 kg Sauerstoff entspricht. (eine Menge)

Die NASA sagt, wir brauchen 0,84 kg pro Person, und bei 7 Milliarden Menschen kommt es nicht einmal annähernd in die Nähe der Sorge (eine andere Antwort hat dies getan). https://www.nasa.gov/pdf/146558main_RecyclingEDA%28final%29%204_10_06.pdf

Dieser Artikel https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S209592731830375X ist etwas besser und geht auf den Sauerstoffverbrauch in verschiedenen Branchen ein. Grundsätzlich schätzen sie einen Rückgang von 0,1 % bis 2100, also gehe ich von 0,1 % pro 100 Jahre aus. Noch viel Zeit

Das Problem ist, dass wir nicht auf 0 % Sauerstoff gehen können. Wir atmen 20 % ein, atmen 15 % aus, also brauchen wir 5 %. Amerika OSHA https://www.osha.gov/pls/oshaweb/owadisp.show_document?p_id=25743&p_table=INTERPRETATIONS sagt, dass eine Umgebung bei 19,5 % Sauerstoffmangel aufweist

Anstatt also Hunderttausende von Jahren zu haben, bis der Sauerstoff auf 0 abfällt, können wir nur ein einziges 1% abfallen lassen, bevor wir davon betroffen sind. Im Grunde 1000 Jahre. (16 % und Sie sind beim Sitzen außer Atem, wir können, wenn Sie es treiben wollen, die 5 %-Drop machen). Trotzdem ist das viel Sauerstoff, aber nicht annähernd die Zahl, die ihr gesagt habt. (Um fortzufahren, 10 % Sauerstoff verursachen Erbrechen und 6 % verursachen Windungen, also sind 16 % wahrscheinlich die letzte Grenze, die wir erreichen können, bevor wir uns erholen müssen).

Das letzte dringende Problem ist, dass es keine Sauerstofferneuerung gibt. Jede einzelne Pflanze stellt die Photosynthese ein. Ich nehme an, sie wachsen magisch weiter, aber es kommt kein Sauerstoff heraus (und nachts geht kein Sauerstoff hinein). Laut Google produziert ein Baum 260 Pfund Sauerstoff pro Jahr oder 120 kg. Das sind 120 kg pro Baum und Jahr, die nicht mehr produziert werden. Google gibt auch eine Schätzung von 3 Billionen Bäumen an, und das endet mit ungefähr 2 * 10 ^ 14 kg Sauerstoff, der nicht pro Jahr erneuert und aus dem Kreislauf entfernt wird (ich bin mir nicht sicher, ob der Wissenschaftsartikel darauf verweist oder nicht). Wir verlieren also effektiv 2 * 10 ^ 14 kg Sauerstoff sowie das, was wir verbrauchen (ich könnte mich irren, wenn ich diese hinzufüge ... Ich habe den Artikel nicht ausführlich gelesen, sondern nur durchgeblättert).

Und der letzte Nagel im Sarg ist, dass Algen, die 50%-85% des gesamten Sauerstoffs produzieren (wieder googlen), aufhören. Wir verlieren also bestenfalls 4*10^14 kg Sauerstoff oder 10^15 kg Sauerstoff pro Jahr (was 25 bis 10 Jahre aufgrund der 1%igen Abfallanforderung entspricht). Algen füllen auch viel Sauerstoff im Meer auf, was zu einem starken Abfall des Sauerstoffgehalts und einem enormen Anstieg des CO2-Gehalts führen wird, was dieses Ökosystem töten wird (Algen werden dieses CO2 aus dem gleichen Grund nicht verwenden Pflanzen nicht t. Sie können etwas absorbieren, um zu wachsen, aber ich nehme an, dass die genaue Reaktion zur Herstellung von Sauerstoff nicht mehr stattfindet).