Verschwindender Sauerstoff

Also hier ist die Prämisse:

Wir haben einen erdähnlichen Planeten, mit einer Zivilisation, die ungefähr im gleichen Zustand ist wie unsere heutige. Wissenschaftler haben die Atmosphäre seit Jahrhunderten überwacht, mit Wetterprognosen und der ganzen Debatte über Treibhausgase und all dem. Soweit nichts Ungewöhnliches.

Aber jetzt haben sie plötzlich etwas Seltsames und ziemlich Beängstigendes bemerkt: Der Sauerstoffgehalt in der Atmosphäre sinkt.

Zuerst machen die Wissenschaftler kein Aufhebens darum, versuchen nur herauszufinden, was los ist, aber als die Werte weiter sinken, werden die Nachrichten öffentlich und die Bevölkerung gerät in Panik. Wir sind noch nicht in einem Stadium, in dem alle unter Atembeschwerden leiden, aber wenn es so weitergeht, wird es in etwa einem Jahr ernst.

Niemand weiß, woran das liegt oder wie man es beheben kann. Es ist nur Sauerstoff betroffen, keine anderen Gase. Es gibt keine offensichtlichen Veränderungen in der globalen Pflanzenaktivität, keinen ungewöhnlichen Vulkanismus, kein unerwartetes Schmelzen der Tundren ... was kann los sein?

Also, was verursacht es? Meine bevorzugte Ursache ist, dass der Planet im Weltraum einen Gürtel aus Wasserstoffgas durchläuft. Dieses wird vom Planeten gesammelt, während er sich durch den Weltraum bewegt, und reagiert mit dem Sauerstoff in der Atmosphäre, um Wasser zu bilden.

Ist das plausibel? Wenn ja, wie wird sich die Zivilisation retten?

Ist der Sauerstoff einfach raus oder ersetzt? Und wenn ersetzt, durch was dann? Denn mit 21% erzeugt es einen erheblichen Teil des atmosphärischen Drucks.
@Mołot - mit meiner Weltraum-Wasserstoff-Idee würde es durch Wasser ersetzt werden. Vieles davon würde wahrscheinlich in der Atmosphäre bleiben, aber Sie haben einen guten Punkt.
Ich habe dies als Reality-Check-Frage bearbeitet und die engen Abstimmungen gelöscht. Es sollte jetzt in Ordnung sein.
Bei der Photosynthese zerreißen Pflanzen Wassermoleküle und kombinieren den Wasserstoff mit CO2, wodurch O2 freigesetzt wird. Wenn Sie beginnen, O2 in der Atmosphäre in Wasser umzuwandeln, können Pflanzen mehr produzieren.....
Um es klar zu sagen, dies ist nicht länger ein "Wie kann ich das erreichen?" Frage, sondern eine "Ist meine Idee plausibel"-Frage?
Interstellar viel?

Antworten (4)

Ihre Prämisse mit interstellarem Wasserstoff, der eine Abnahme des Sauerstoffs in der Atmosphäre verursacht, ist NICHT plausibel.

TL;DR: Vergiss interstellaren Wasserstoff. Es gibt viel Wasserstoff im Sonnensystem. Für zusätzliche Sauerstoffbeseitigung können Sie etwas Eisen und Schwefel verbrennen, es ist auch reichlich vorhanden. Alles, was oxidiert, würde tun. Aber Sie müssen riesige Mengen an Material verbrennen, und die Ankunft dieses Materials in der Atmosphäre wird höchstwahrscheinlich sichtbar sein.

Vollständige Antwort:

Aufgrund des Sonnenwinds wird kein interstellarer Wasserstoff die Erdumlaufbahn erreichen können (selbst wenn es im interstellaren Raum eine Wasserstoffwolke geben könnte).

Übrigens ist der interstellare Raum extrem leer, siehe Dichte des interstellaren Mediums . "Dicht" sind 10^6 Moleküle in m3. Die Atmosphäre auf Meereshöhe besteht aus 10^19 Molekülen pro m3. Gutes künstliches Vakuum ist 10^10.

Voyager hat erst jetzt, nach jahrzehntelangem Flug, den äußeren Bereich des Sonnenwindeinflusses verlassen und befindet sich wirklich draußen im interstellaren Raum.

Die Erde ist sicher in der Heliosphäre versteckt , kein interstellares Gas kann uns so leicht erreichen.

Wie TimB errechnet hat, braucht man viel Wasserstoff . Um eine solche Menge Wasserstoff so schnell auf den Planeten zu bringen, ist kein offensichtlicher natürlicher Prozess plausibel. Geologische Veränderungen wirken auf der geologischen Zeitachse (Jahrtausende).

Wenn Sie es so eilig haben, verwenden Sie Aliens. Sie können kleine (schwer zu erkennende) Bälle aus gefrorenem Wasserstoff in die Umlaufbahn des Planeten schleudern, um den für sie giftigen Sauerstoff zu eliminieren. Sie formen diesen Planeten als Aliens nach ihrem Geschmack. Der Kuipergürtel könnte dafür genügend Materialien auf Wasserstoffbasis haben. Bauen Sie eine Fabrik auf Sedna , extrahieren Sie Wasserstoff und schicken Sie ihn an der Gravitationswand der Sonne hinunter zur Erde. Spaß hat es allen Beteiligten bereitet.

Der Kuipergürtel könnte eine Masse von bis zu 10% der Erdmasse haben, wobei der größte Teil Wasserstoff ist. Dann gibt es in der Oortschen Wolke mehr Wasserstoff in der Nähe – mehr als in jeder zufälligen interstellaren Wasserstoffwolke, selbst wenn sie viel weiter und noch weiter verstreut ist.

Wenn Sie diesen Weg gehen (Aliens, die die Erde bilden), haben die Jupitermonde Europa , Ganymed und Callisto auch viel Wasser und sind näher an der Erde. Io hat viel schmackhaften Schwefel, den Aliens dem Sauerstoff vorziehen :-) Aber dann mögen sie vielleicht die Venus so, wie sie jetzt ist.

Natürlich müssten Wasserstoffkugeln von Monden der Schwerkraft des Jupiters entkommen, aber da sie sich auf der Umlaufbahn des Jupiters befinden, sollte es nicht zu schwer sein.

Sie müssten auch die Photosynthese verlangsamen (die Wasser wieder in Sauerstoff umwandelt). Eine Möglichkeit wäre, viel Schwefel in die Atmosphäre zu bringen (wie ich vom Jupitermond IO erwähnt habe), um einen außer Kontrolle geratenen Treibhauseffekt wie auf dem Planeten Venus mit hohen Temperaturen und dichten Wolken (die verhindern, dass Licht die untere Atmosphäre erreicht) und saurem Regen zu starten.

Eine weitere Möglichkeit, viel Sauerstoff zu binden, ist Eisen. Eisen ist auch ziemlich häufig. Kleine Eisenmeteorite. Sie sollten klein sein, damit sie in der Atmosphäre brennen und nicht an die Oberfläche fallen. Tausende Tonnen pro Tag. Dies wird deutlicher - die Oberfläche des Planeten wird von rotem Staub (Rost) bedeckt sein.

Eisen-, Wasserstoff- und Schwefelbeschuss sorgen für eine schöne Nachtansicht: viele Sternschnuppen. Um dies zu vermeiden (um es hinterhältiger zu machen), können Sie Eisen- und Schwefelstaub erzeugen, der für die Lieferung in gefrorenen Wasserstoff gemischt wird.

Okay. das ist dann ein definitiver Deal Breaker für diese Idee. Vielen Dank.
Ich frage mich, ob es einen Weg gibt, dies zu umgehen? Eine Art Gegenkraft, die den Wasserstoff hineindrückt. Wenn wir zB nahe genug an einen Nebel herankommen, während Sternentstehung im Gange ist, würde die Zündung eines neuen Sterns einen ziemlich großen Sternwindstoß auf uns zukommen lassen. Könnte das ausreichen, um unserem eigenen Sonnenwind entgegenzuwirken und einen Teil des Wasserstoffs in unser System zu drücken?
Eine solche Sternentstehung in der Nähe würde Leben mit UV-Strahlung braten.
Das ist ein guter Punkt. Wenn die Wasserstoffwolke dicht genug wäre, würde sie den Planeten immer noch erreichen - aber Sie müssen sie noch dichter haben, als ich bereits berechnet habe.
@Simba, warum muss überhaupt Wasserstoff in das System gepumpt werden? Ihr OP sagte nur, dass nur Sauerstoff betroffen ist. Warum es nicht mit abnehmenden Magnetfeldern und / oder Sonnenwind oder so etwas in Verbindung bringen. Ich denke, ich frage mich nur, warum hier das Thema Wasserstoff vs. Sauerstoff so hartnäckig bleibt.
@Simba, betrachte es auch so, als hättest du Zucker über den ganzen Tisch gegossen. Wenn Sie auf diesen Zucker blasen, ist das wie der Sonnenwind, der Gas aus dem Sonnensystem bläst. Wenn Sie UND ein Freund beide auf den Zucker blasen, ist es unwahrscheinlich, dass sie etwas in Ihr "Sonnensystem" blasen, es sei denn, das war ein WIRKLICH großer Stern. Ich würde denken, dass ein so großer Stern, der sich so nahe bei uns bildet, eine wichtigere Nachricht wäre als der Sauerstoffmangel.
Wenn das Magnetfeld abnimmt, wird der Sonnenwind das leichteste Gas wegfegen - Wasserstoff. Die Erde verliert bereits Wasserstoff und Helium. Sauerstoffatome sind schwerer und daher weniger in hohen Schichten der Atmosphäre.
Wasserstoff könnte aus dem Zentrum des Kometen kommen. Obwohl Sie viele Kometen brauchen würden.
@fractalspawn - Du hast Recht, ich bin offen für andere mögliche Ursachen für das Verschwinden von Sauerstoff. Der Grund, warum ich mich auf eine bestimmte Ursache konzentriere (z. B. Weltraumwasserstoff), ist, dass mir gesagt wurde, dass es zu weit gefasst / nicht zum Thema gehört, wenn ich es für andere Vorschläge offen lasse, also habe ich es auf die beste Idee eingegrenzt, die ich hätte gedacht an. Aber auch alternative Ideen sind willkommen. :)
@PeterMasiar - danke für die Bearbeitung der Antwort und die zusätzlichen Kommentare. Einige gute Sachen, über die ich nachdenken kann. Die Alien-Idee ist ein vernünftiger Vorschlag; Vielleicht möchte ich es ein wenig konkretisieren, um zu sehen, wie es sich entwickelt. Andere Ideen zur Verringerung des Sauerstoffgehalts ohne jegliche Einbeziehung von Wasserstoff wären ebenfalls willkommen. In der Zwischenzeit denke ich, dass ich Ihre Antwort als akzeptiert markieren werde. Vielen Dank.
@Sam - nun, Kometen (und Zwergplaneten wie Pluto, Sedna und Freunde) SIND aus dem Kuipergürtel. Also ja. Und davon gibt es jede Menge, wie der verlinkte Wikipedia-Artikel erklärt.
@PeterMasiar Ich weiß, ich bezweifle nur, dass genug Kometen in kurzer Zeit auf die Erde schlagen würden.
@Sam - es hängt von der Technologie des Außerirdischen ab: wie viele sie erfassen und umleiten können. Sie können verschiedene Flugbahnen für Kometen auswählen, sodass die meisten von ihnen zur gleichen Zeit ankommen, um größere Überraschungen zu verursachen und die Verteidigung der Erdlinge leichter zu überwältigen.
@PeterMasiar Habe diese Frage eine Weile nicht überprüft und nicht bemerkt, dass es sich jetzt um Aliens statt um natürliche handelt.
Wir haben festgestellt, dass es wahrscheinlich keinen natürlichen Weg gibt, das zu tun, was OP in so kurzer Zeit will, also habe ich natürlich Aliens angerufen :-)

Dein Problem ist die Masse. Es gibt viel Sauerstoff in der Atmosphäre.

Wasserstoff benötigt

Für jeden Ö 2 Sie benötigen 4 Wasserstoffatome.

Unsere Atmosphäre hat eine Masse von ungefähr: 5.15 × 10 18 k g

Nach Masse sind 23 % davon Sauerstoff (nach Volumen sind es 21 %, aber wir interessieren uns für die Masse).

Das gibt Sauerstoff: 1.18 ∗ 10 18 k g

Die Kombination von Wasserstoff und Sauerstoff ergibt Wasser. 2 18 th der Masse davon ist Wasserstoff. Das Verhältnis von Wasserstoff zu Sauerstoff ist 2 16 .

So:

1.18 ∗ 2 16 ∗ 10 18 k g = 1.48 × 10 17 k g

Wasserstoff wäre erforderlich, um sich mit dem gesamten Sauerstoff zu verbinden.

Wasserstoff vorhanden

Die dichtesten Nebel (Gaswolken im Weltraum) haben eine Dichte von 10 4 Partikel pro c m 3 . Selbst wenn das reiner Wasserstoff wäre, ist das eine Menge 1,67 ∗ 10 − 23 k g . Pro k m 3 das ist 1,67 ∗ 10 − 8 k g / k m 3

Die Erde hat einen Radius von 6 , 371 k m . Auch wenn wir sagen, es sammelt sich bis zu Wasserstoff an 10 , 000 k m weg, das gibt einen Erfassungsbereich von 3.14 ∗ 10 8 k m 3

Nehmen wir an, dies ist eine interstellare Wolke, unser Sonnensystem bewegt sich mit einer Geschwindigkeit von 220 k m / s relativ zur Galaxie.

In dieser Zeit bedeckt die Erde also ein Volumen von 6.9 ∗ 10 10 k m 3 / s

Das heißt, es sammelt sich

1,67 ∗ 10 − 8 ∗ 6.9 ∗ 10 10 k g / s = 1152 k g / s

Das ist richtig, all diese Bewegung und Dichte liefert uns jede Sekunde etwas mehr als eine Tonne Wasserstoff. Klingt nach viel?

Fazit

Wir brauchen 1.48 × 10 17 k g von Wasserstoff.

1.48 × 10 17 k g 1152 k g / s = 1.28 ∗ 10 14 s e c Ö n d s

Das ist 4   056   162 Jahre

Die Erde, die mit einem sehr unwahrscheinlichen Geschwindigkeitsunterschied durch einen der dichtesten Nebel fliegt, den wir kennen, und der Nebel, der nur aus Wasserstoff besteht, würde 4 Millionen Jahre brauchen, um genug Wasserstoff zu sammeln, um mit dem gesamten Sauerstoff in unserer Atmosphäre zu reagieren.

Mit anderen Worten, Sie brauchen einen Weg, um den Nebel nicht nur ein wenig dichter, sondern millionenfach dichter als jeden bekannten Nebel zu machen, und Sie hätten dann genug Wasserstoff, um 25% unseres Sauerstoffs pro Jahr in Wasser umzuwandeln.

Genial. Danke für die Fakten und Zahlen. Nur um das klarzustellen, ich habe nicht versucht zu sagen, dass der gesamte Sauerstoff in einem Jahr weg sein sollte; nur dass es in einem Jahr ausreichen würde, um Probleme zu verursachen. Wir können also wahrscheinlich ein oder zwei Stellen von Ihrer endgültigen Zahl abziehen, da Sie daran arbeiten, alles zu entfernen. Ich denke, ich muss diese Parameter aber noch ändern - ein Jahr ist eindeutig nicht genug. Aber es muss kurz genug sein, um die Bevölkerung in Panik zu versetzen. Vielleicht ein Jahrzehnt? Von Ihrer Antwort sind jedoch immer noch viele Größenordnungen entfernt.
Ja, im Grunde brauchen Sie einen Weg, um eine wirklich starke Wasserstoffkonzentration herzustellen, in die wir hineinfliegen können. Eine Nova, die nahe genug ist, um immer noch so konzentriert zu sein, hätte den Planeten gebraten, also sind die Möglichkeiten ziemlich begrenzt. Vielleicht kollidieren einige Gasriesen und schleudern eine riesige Menge Gas in den Weltraum oder so etwas.
Die Heliosphäre wird innere Planeten vor interstellarem Wasserstoff schützen, wie ich in meiner Antwort erkläre.

Die Reaktion zwischen Wasserstoff und Sauerstoff ist zwar plausibel, aber etwas heftig, denken Sie an einen Raketenmotor ...

Ich würde mich für einen umgekehrten Cyanobakterienmechanismus entscheiden, aber ich weiß nicht, wie oder ob sich eine Zivilisation (mit einem wirklich großen Wenn) in so kurzer Zeit selbst retten kann. Für die Menschen hatte ein Rückgang von 21 % auf 18 % einige Konsequenzen. Wenn der Sauerstoffgehalt in einem Jahr von 21 % auf etwa 10 % sinkt, sterben Menschen in weniger als einem Jahr. Dies setzt voraus, dass der fehlende Sauerstoff durch ein ungiftiges Gas ersetzt wird.

Hmm okay. Ich hatte nicht erwartet, zu heftig zu sein – Weltraumgas ist ziemlich diffus, umhüllt aber den ganzen Planeten, also dachte ich, es würde einfach mit der Atmosphäre verschmelzen und reagieren, um Wassermolekül für Molekül zu bilden. Möglicherweise ein Wärmenebenprodukt, aber wäre es in diesem Zusammenhang wirklich heftig? Auf jeden Fall danke für die Antwort; Es sieht so aus, als müsste ich hier wahrscheinlich einige Parameter anpassen.
die (beobachtbare) Heftigkeit von HO-Reaktionen hängt von einer Reihe von Faktoren ab. Eine wirklich heftige Verbrennung oder Explosion entsteht erst, wenn sie gut vermischt sind. wenn man dagegen nur oberflächliche verbindungen hat, und zwar zunächst in einer sehr dünnen atmosphäre (stratosphäre), sollte die gewalt kaum wahrnehmbar sein.
Wenn wir in einem Jahr von 21 % auf 10 % freien O2-Gehalt in der Atmosphäre gehen, würde ich vermuten, dass alle Lebensformen (sogar Extremophile) auf der Erde zu kämpfen haben werden.
@MichaelKjörling wahrscheinlich, aber vielleicht können sich einige Bakterien so schnell anpassen. Bärtierchen können sich ziemlich gut anpassen, nehme ich an, während einige andere Lebensformen, die tatsächlich in größerer Höhe leben, in niedrigere Zonen wandern können. Aber am Ende werden auch sie dem Untergang geweiht sein
@burki: Wenn keine ziemlich ernsthafte Vermischung stattfindet, bin ich mir nicht sicher, ob wir Sauerstoff schnell genug aus der Atmosphäre entfernen können, um die Anforderungen des OP zu erfüllen. Ich habe die Nummern aber nicht durchlaufen, also...
Ich bin mir nicht sicher, wie Lebensformen, die normalerweise in höheren Lagen leben, betroffen wären, da Sie den Anteil der Luft ändern, der freies O2 ist. Vermutlich würden an höhere Höhen angepasste Lebensformen für einen ähnlichen O2-Anteil angepasst, aber bei einem niedrigeren Gesamtdruck, was nicht dasselbe ist wie ein geringerer O2-Anteil bei konstantem Druck.
"Umgekehrte Cyanobakterien" wären nur (einige) Bakterien und auch Mitochondrien (die früher frei lebende Bakterien waren). Cyanobakterien wandeln Energie + CO2 + H2O in Glukose und O2 um; Bakterien und Mitochondrien wandeln Glukose und O2 in Energie+CO2+H2O um. Die Frage ist also, woher Ihre "umgekehrten Cyanobakterien" die Glukose bekommen.
@MikeScott offensichtlich muss es etwas völlig anderes sein als das, was wir heute wissen, und es sieht nach einer netten Idee aus. Eine Idee können Bakterien sein, die irgendwie NO als Nebenprodukt produzieren. Das NO reagiert dann mit dem O2 in der Luft (2NO + O2 -> 2NO2). Der menschliche Körper produziert NO, also ist es zumindest theoretisch nicht ganz unmöglich
zu: „umgekehrte Cyanobakterien“ – die meisten Schimmelpilze und Algen sind obligate Aerobier. (Obwohl Algen bei Tageslicht durch Photosynthese Sauerstoff produzieren.) Ich bin mir jedoch nicht sicher, wie viel außer Kontrolle geratener Schimmel erforderlich wäre, um eine signifikante atmosphärische Veränderung zu verursachen.

Ohne irgendeinen intelligenten Eingriff, sei es technologisch fortgeschrittener Mensch, Außerirdischer oder Göttlicher, ist dies einfach nicht möglich. Sauerstoff ist sehr reaktiv, und daher hätte jede Substanz, die auf der Erde verfügbar wäre, um damit zu reagieren und ihn aus der Atmosphäre zu entfernen, dies bereits getan. Und es gibt viel Sauerstoff in der Atmosphäre, also braucht es einen entsprechend großen Effekt, um genug davon in der gewünschten Zeitskala zu entfernen.

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