Beginnen Sie ab heute mit einem Planeten wie der Erde (was auch immer heute bedeutet, wenn Sie dies lesen). Vernachlässigen Sie der Einfachheit halber den kontinuierlichen Ausstoß von Treibhausgasen durch die Menschheit in die Atmosphäre; Wenn Sie möchten, stellen Sie sich vor, dieser neue Planet hätte keine Menschen und vielleicht nicht einmal fossile Kohlenstoffbrennstoffe wie Kohle oder Öl.
Angenommen, statt eines CO 2 -Niveaus von etwa 0,04 % (400 ppm), wo wir uns befinden, hat die Atmosphäre dieses Planeten eine stabile Konzentration von gasförmigem CO 2 von etwa fünf Volumenprozent (50.000 ppmv), zusammen mit a erhebliche Menge an gasförmigem Sauerstoff in der Atmosphäre.
Das wird natürlich enorme Auswirkungen auf die gesamte Biosphäre haben, aber meine Frage hier ist einfach:
Was ist die kleinste Veränderung auf dem Planeten, die es ihm ermöglichen wird, ein solches Niveau an atmosphärischem CO 2 als stabiles Niveau zu halten, während es immer noch ein sauerstoffatmendes Leben unterstützt, das im Großen und Ganzen dem ähnelt, was wir gewohnt sind?
Beachten Sie, dass "am kleinsten" nicht unbedingt die geringste Größe bedeutet (so etwas wie die Änderung der Geologie eines Planeten könnte weitreichend sein), sondern eher die geringste Menge an Handwavium erfordert, um einen anderen Planeten zu erklären. Es muss nicht unbedingt einen einfachen Weg geben, um von der heutigen Erde zu diesem Planeten zu gelangen (oder umgekehrt), aber es muss eine plausible Erklärung dafür geben, wie ein Planet ( irgendein Planet) ansonsten der Erde ähnlich ist könnte in die Situation geraten, in der sich dieser Planet befindet.
Bewege den Planeten weiter von seiner Sonne weg. Wenn dann der CO2-Gehalt sinkt, wird es für viele Pflanzen zu kalt, sodass der CO2-Gehalt steigt. Derselbe Mechanismus hielt die CO2-Menge in der Erdatmosphäre erheblich höher als heute, vor Hunderten von Millionen Jahren, als unsere Sonne kühler war.
Kalk- und Kreidefelsen existieren, weil das Leben seit Milliarden von Jahren CO2 aus der Atmosphäre holt und daraus Gestein macht. Ich bin mir ziemlich sicher, dass Kalkstein für mehr CO2-Bindung verantwortlich ist als fossile Brennstoffe. Um also im Laufe der geologischen Zeit mehr CO2 zu haben, sollten Sie:
Versuchen Sie in der Zwischenzeit sicherzustellen, dass Ihr Planet dauerhafte Eiskappen an den Polen hat. Im Laufe der geologischen Zeit variiert es also von interglazial (moderne Erde) bis glazial (Eiszeiterde), schlüpft aber nie – oder selten – in die Treibhauserde ohne Eiskappen (z. B. Kreideerde, Devonerde). Eiskappen sind der Pumpmechanismus, um Sauerstoff in die tiefsten Tiefen der Ozeanbecken zu bringen.
Wenn dort unten Sauerstoff vorhanden ist, wird organischer Kohlenstoff (Tierwesen aus dem Toten Meer und Planktonkot) von Aasfressern und aeroben Bakterien schnell wieder in den Ozean zurückgeführt. Der Ozean befindet sich im Gleichgewicht mit der Atmosphäre, also landet das C dort als CO2 zurück.
Keine Eiskappen und die tiefen Ozeane werden anoxisch und unbewohnbar. Anaerobe Bakterien sind beim Recycling nicht so effizient, daher wird der organische Kohlenstoff hauptsächlich in Sedimente eingebaut, und dieses Sediment verwandelt sich schließlich in Gestein. Das ist der Grund, warum Wales voller grauer Felsen wie Schiefer und Schlicksteine ist – die graue Farbe sind Flecken aus organischem Kohlenstoff, die nie verdaut oder zerfallen sind.
Betrachtet man den Menschen als beispielhaftes sauerstoffatmendes Leben, ist das Problem für uns der Gradient von CO2. Wir erzeugen CO2 und um es auszustoßen, muss die Konzentration in der ausgeatmeten Luft größer sein als die Konzentration in der Umgebungsluft. Wir können CO2 nicht gegen ein Gefälle ausstoßen. Dieser Autor schätzt den toxischen Gehalt an atmosphärischem CO2 auf 6 %.
Von http://principia-scientific.org/at-what-concentration-does-co2-becomes-toxic-to-humans/
Jetzt müssen wir eine Verbindung zwischen dem CO2-Partialdruck in der Luft und im Blut vor dem Einatmen und nach dem Ausatmen herstellen. Damit das Gasmolekül von der Lunge ins Blut gelangt, muss es in der Lunge einen höheren Partialdruck haben als im Blut, und natürlich ist das Gegenteil der Fall – wenn der Partialdruck des Gasmoleküls im Blut höher ist als in der Lunge gelangt es vom Blut in die Lunge. Wenn es um CO2 geht, erreicht seine Konzentration im Blut, nachdem das Blut das gesamte durch den biochemischen Prozess, der die Zellen am Leben erhält, erzeugte CO2 gesammelt hat, einen Druck von 45 mm Hg, während der Druck in der Lunge nach dem Einatmen der Luft beträgt 0,3 mmHg. Solange der CO2-Partialdruck in der Luft, die wir einatmen, weniger als 45 mmHg beträgt, der menschliche Körper wird in der Lage sein, das von den Zellen produzierte CO2 auszuscheiden. Übrigens, wenn Menschen schwere Gehirnschäden erleiden, die die Atmung beeinträchtigen, besteht die Funktion dieser Maschinen, die das Leben erhalten, darin, den Sauerstoff einzubringen und sicherzustellen, dass das gesamte CO2 aus dem Blutstrom entfernt wird. Die Zahl, auf die man achten muss, ist 45 mm Hg CO2 in der Luft oder 6 % oder 60.000 PPM – das ist die CO2-Konzentration, die erreicht werden muss, damit die Menschheit aussterben kann. Wenn meine Mathematik mir recht gibt, wenn wir 60.000 PPM durch 400 PPM dividieren, erhalten wir den „Killfaktor“ für CO2: 150. Die Zahl, auf die man achten muss, ist 45 mm Hg CO2 in der Luft oder 6 % oder 60.000 PPM – das ist die CO2-Konzentration, die erreicht werden muss, damit die Menschheit aussterben kann. Wenn meine Mathematik mir recht gibt, wenn wir 60.000 PPM durch 400 PPM dividieren, erhalten wir den „Killfaktor“ für CO2: 150. Die Zahl, auf die man achten muss, ist 45 mm Hg CO2 in der Luft oder 6 % oder 60.000 PPM – das ist die CO2-Konzentration, die erreicht werden muss, damit die Menschheit aussterben kann. Wenn meine Mathematik mir recht gibt, wenn wir 60.000 PPM durch 400 PPM dividieren, erhalten wir den „Killfaktor“ für CO2: 150.
Der Mensch toleriert erhöhte CO2-Werte OK. Menschen mit Schlafapnoe oder Emphysem kompensieren erhöhte CO2-Werte über verschiedene Stoffwechselwege.
Dieser Teil der Antwort soll die Sauerstoffatmungslebenskomponente Ihrer Frage ansprechen - die Antwort: Wir werden es gut machen.
Die Frage, warum der Planet einen stabil hohen CO2-Gehalt haben könnte, dreht sich um Fragen des Inputs und Outputs. Woher kommt das CO2 und wohin geht es? Es ist für jedes Budget dasselbe: Einnahmen vs. Ausgaben. Früher war die Atmosphäre voller CO2. Dann haben photosynthetische Organismen ungefähr eine Milliarde Jahre lang daran herumgebastelt. Wenn Sie mehr CO2 wollen, könnten Sie das tun
Erhöhen Sie die CO2-Zugabe in die Atmosphäre - durch Verbrennung, durch erhöhten Abbau von Karbonatgestein, durch vulkanische Ausgasung, durch außerirdische Einträge.
Verringern Sie die CO2-Sequestrierung. Hauptverbraucher von CO2 sind photosynthetische Organismen. Sie könnten photosynthetische CO2-Fixierer irgendwie lahmlegen; vielleicht wenig licht? Nährstoffmangel? Erhöhte Umgebungsstrahlung, UV oder ionisierend? Ozean zu heiß oder zu sauer geworden? Alle Methoden, bei denen Zusätze mehr überschreiten, als die Photosynthesegeräte korrigieren können.
Ein weiterer Verbraucher von CO2 ist Wasser – es ist löslich. Die Ozeane wirken als Puffer. Sie können zu diesem Thema eine vollständige Doktorarbeit schreiben und werden daher keine Links bereitstellen. Die Fähigkeit von Wasser, CO2 (oder jedes andere Gas) zu solvatisieren, steigt mit sinkender Wassertemperatur. Heißes Wasser löst weniger Gas. Wenn sich die Ozeane erwärmen, würden sie weniger CO2 enthalten. Ein wärmerer und saurerer Ozean könnte theoretisch ozeanische Photosynthesegeräte kurz- bis mittelfristig lahmlegen, was bei diesem Aspekt eurer Welt helfen könnte.
Sie hätten die vulkanische Aktivität erhöhen, das Ausgasen von internem CO2 erhöhen, den Abbau von Karbonatgestein erhöhen und auch die Ozeane von unten schön aufheizen können, wenn Sie den Erdkern anfangen würden, sich zu erwärmen . Ich habe mich im Zusammenhang mit einer vorherigen Frage darüber gewundert und auf dem Physikstapel gefragt:
https://physics.stackexchange.com/questions/351327/is-decay-heat-proportional-to-half-life
Die Antwort ist für mich etwas berauschend, aber ich nehme Ja mit - wenn es ein Zerfallsprodukt mit einer kürzeren Halbwertszeit gibt, kann die Gesamtzerfallswärme vorübergehend ansteigen. Ihre sich erwärmende Erde würde sich von innen heraus erwärmen und könnte zu den oben beschriebenen Veränderungen führen, die die CO2-Homöostase betreffen.
Kohlendioxid wird von lebenden Organismen auf der Erde erzeugt und dann durch Photosynthese in Sauerstoff umgewandelt, wenn wir von Menschen verursachte Emissionen und Waldbrände und tektonische Aktivitäten usw. außer Acht lassen. Daher wird jede Mechanik, die die Menge an photosynthetischen Organismen im Verhältnis zu Oxidationsmitteln reduziert, den CO2-Gehalt erhöhen. Alternativ würde eine geologische Mechanik wie das Abschalten oder Verlangsamen der tektonischen Aktivität die CO2-Konzentration erhöhen, da weniger Gas von den Ozeanen absorbiert und durch tektonische Subduktion in den Mantel zurückgeführt wird.
AlexP
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