Was würde passieren, wenn sich die Luftmasse um die Erde verdoppeln würde?

1 + 1 = 700 (etwas)

Annahmen und Näherungen:

1. Die Erde hat einen mittleren Radius von 6371 km. Die Kármán-Linie für die bestehende, unveränderte Erdatmosphäre liegt 100 km höher. Selbst wenn sich die Masse der Atmosphäre durch Verdoppelung auf 200 km verdoppeln würde (was nicht der Fall wäre), würde sich die effektive atmosphärische Oberfläche, die Energie zurück in den Weltraum abstrahlen kann, um einen unbedeutenden Betrag ändern und wird vernachlässigt.

2. Die von der Erde abgefangene Sonnenstrahlung bleibt auf dem aktuellen Niveau.

3. Menschliche Versuche, das Hinzufügen der zusätzlichen Atmosphäre zu verhindern oder nachträglich irgendetwas Relevantes zu tun, können angesichts einer derart überwältigenden Technologie ignoriert werden.

4. Alle kurzfristigen Auswirkungen der hinzugefügten zusätzlichen Atmosphäre wie Temperaturschwankungen, Hyperschall-Schockwellen, die die Oberfläche abscheuern usw., sind auf der Makroebene trivial.

Energiehaushalt: Die Erde hat einen Strahlungshaushalt (schön illustriert in einem NASA-Poster hier ). Um eine konstante Temperatur auf planetarer Ebene aufrechtzuerhalten, muss die gleiche Menge an Energie aus der Sonnenstrahlung, die die Erde abfängt, zurück in den Weltraum abgestrahlt oder reflektiert werden. Wenn die Erde ihre Eigenschaften ändert, sodass sie nicht mehr dieselbe Energiemenge in den Weltraum abstrahlt oder reflektiert, ändert sich ihre Temperatur, bis ein neues Gleichgewicht erreicht ist.

Stellen Sie sich vor, Sie legen sich hin und versuchen, bei eisigen Temperaturen in einem Sommergewichtsschlafsack zu schlafen – Ihnen wird einfach nicht warm. Stellen Sie sich nun vor, Sie stecken in einem doppelt so dicken Schlafsack, der für diese Bedingungen ausgelegt ist – jetzt ist Ihnen warm. Ihr Körper erzeugt immer noch die gleiche Wärmemenge und der Schlafsack strahlt über einen langen Zeitraum immer noch die gleiche Wärmemenge an die eisigen Außentemperaturen ab, aber im Inneren des Schlafsacks kann eine angenehme Temperatur aufrechterhalten werden.

Eine Verdoppelung der Masse der Erdatmosphäre hätte den gleichen Effekt wie das Einsteigen in einen dickeren Schlafsack, nur dass die Bedingungen auf der Erde von „normal“ zu „tödlich heiß“ werden würden. Die Erde würde plötzlich aufhören, so viel Nettoenergie in den Weltraum abzustrahlen, während sie immer noch die gleiche Menge abfängt, was bedeutet, dass die Temperatur steigt. Der Temperaturanstieg allein durch das Hinzufügen von mehr Atmosphäre würde sich verstärken mit:

• schmelzende polare Eiskappen, was die Oberflächenreflexion verringern und die Oberflächenabsorption erhöhen würde; Und
• verstärkter Treibhauseffekt , da der Atmosphäre mehr Wasserdampf zugeführt wird.

Angesichts der drastischen Veränderungen, die von Klimawissenschaftlern auf der Grundlage relativ winziger Veränderungen der Erdatmosphäre als Folge menschlicher Aktivitäten modelliert werden, ist es sehr wahrscheinlich, dass das Hinzufügen einer ganzen zusätzlichen Atmosphäre voller Gas einen außer Kontrolle geratenen Treibhauseffekt auslösen würde, mit steigenden Oberflächen- und Atmosphärentemperaturen über dem Siedepunkt von Wasser. Dies würde dann die Hydrosphäre der Erde von geschätzten 1,4 x 10^21 kg zu einem Teil der Atmosphäre machen, was bedeutet, dass die Atmosphäre, die ursprünglich eine Masse von 5 x 10^18 kg hatte, nicht doppelt so viel wie ursprünglich, sondern etwa 700 wiegen würde malebenso viel, wobei Wasserdampf anfangs die große Mehrheit darstellt. (In der Hochtemperaturumgebung werden chemische Reaktionen auftreten, um zumindest einen Teil des Wassers in andere Verbindungen umzuwandeln, aber das ist eine ganz andere Frage.) Der nächste Vergleichspunkt wäre die Atmosphäre der Venus , aber die massiv veränderte Erdatmosphäre wäre einen noch höheren Druck in Bodennähe haben.

Zeitrahmen: Wilde Vermutungen hier, aber vorsichtig angenommen, dass das Hinzufügen einer zweiten Atmosphäre zur Erde zu einer durchschnittlichen Nettoabsorption von Sonnenlicht von 1% pro Jahr für mindestens ein paar Jahrhunderte führen wird:

• Es wird zwischen einigen Jahrzehnten und einem Jahrhundert dauern, um die atmosphärische Temperatur auf 100 ° C zu erhöhen (je nachdem, wie effektiv die Kruste als Wärmesenke fungiert). Während dieser Zeit nimmt die Masse der Atmosphäre nur allmählich zu (da die Wasserdampfmasse zunimmt), aber die Temperatur steigt ständig. Betrachtet man, wie dies dem idealen Gasgesetz entspricht, wird der Druck auf „Meereshöhe“ nur sehr allmählich über den Anfangsdruck von 2 atm ansteigen, aber die „Blase“ der Atmosphäre um die Erde wird sich ausdehnen.
• Sobald die Atmosphäre den Siedepunkt von Wasser erreicht hat, würde es etwa ein weiteres Jahrhundert dauern, bis die Hydrosphäre vollständig zum Sieden gebracht ist. Während dieser Zeit würde die atmosphärische Temperatur relativ konstant bei etwa 100 °C bleiben, aber der Druck auf dem ehemaligen Meeresspiegel würde mit zunehmender Masse der Atmosphäre kontinuierlich zunehmen.
• Nachdem die Hydrosphäre das Sieden beendet hat, bleibt der Druck auf dem ehemaligen Meeresspiegel konstant, während die atmosphärische Temperatur weiter ansteigt, bis ein Gleichgewicht erreicht ist. Da die Erde weiter von der Sonne entfernt ist als die Venus, ist die Gleichgewichtstemperatur wahrscheinlich niedriger als die 462 ° C der Venus. Während dieser Zeit dehnt sich die Atmosphäre mit steigender Temperatur wieder nach außen aus.

Welche Wettersysteme in jeder Phase dieses Fortschritts existieren werden, liegt außerhalb meines Fachgebiets. Angesichts der Tatsache, dass die erhöhte Energieabsorption über die Erdoberfläche hinweg ungleichmäßig sein und sich im Laufe der Zeit ändern wird (z. B. wenn Eiskappen schmelzen und schließlich die Ozeane kochen), würde ich zuversichtlich eine Zunahme von Ereignissen mit hoher Energie vorhersagen. Auf der positiven Seite wird es nach den ersten paar Jahrzehnten nur noch wenige Lebensformen auf der Erde geben, die von ihnen belästigt werden können, und innerhalb eines Jahrhunderts werden sie niemanden stören.

Der Druck würde um einiges steigen.

Nach der idealen Gasgleichung (nRT=PV) würde eine Verdoppelung der Gasmenge (n = Anzahl der Moleküle * eine Konstante) den Druck verdoppeln, wenn man ein konstantes Volumen annimmt. Es ist unwahrscheinlich, dass das Volumen der Atmosphäre konstant bleibt, daher vermute ich, dass der Anstieg viel weniger als das Doppelte betragen würde, aber der Druckanstieg würde zwischen 1-2 Atmosphären liegen und wahrscheinlich viel näher an 2 als an 1 liegen.

Die Zusammensetzung der Atmosphäre wäre ungefähr die gleiche mit doppelt so viel Kohlendioxid, um zumindest anfänglich Wärme einzufangen. Aber es würde viel mehr Wärme einfangen und die Temperatur erhöhen, wodurch mehr Wasserdampf in die Atmosphäre gelangen könnte. Da Wasserdampf ein Treibhausgas ist, würde dies die Temperaturen noch weiter erhöhen und könnte leicht einen außer Kontrolle geratenen Treibhauseffekt verursachen, bei dem die durchschnittlichen globalen Temperaturen möglicherweise um viele zehn Grad oder mehr ansteigen.

Als Nebenbemerkung würde das Hinzufügen all dieser Atmosphäre innerhalb einer Woche einen ziemlich ausgefallenen Prozess erfordern, um es gelinde auszudrücken. Das erforderliche Luftvolumen könnte leicht Hyperschall-Stoßwellen erzeugen und die Temperaturen um Hunderte von Grad erhöhen, wenn es nicht sehr gut gehandhabt wird (zweifellos haben Sie das in der Hand ...)

Potenziell riesige Wettereffekte, hängt davon ab, wie Sie Atmosphäre usw. hinzufügen.

Ein Effekt wäre, dass alle niedrig umlaufenden Satelliten Reibung erfahren und in die Umlaufbahn angehoben werden müssten, der Rest würde abstürzen. Sie würden alle bemannten Raumflüge erden, bis die Raumfahrzeuge umgestaltet sind; Sie würden (wahrscheinlich) mehr als das Doppelte ihrer derzeitigen Schubkapazität benötigen (längere Zeit, um durch mehr Atmosphäre mit mehr Kraftstoff zu gelangen - mehr als 90% des gesamten Kraftstoffs werden verwendet, um den benötigten Kraftstoff auf die Höhe und Geschwindigkeit zu bringen, mit der er verwendet werden muss ).

Sie könnten auch alle umkreisenden Astronauten stranden (oder sie beim Wiedereintritt töten), da beim Wiedereintritt jetzt doppelt so viel Luft durchkommt (und vielleicht hält die Reibungswärme viel länger an?).

Masse der Erde 5,972 x 10^24 kg
Masse der Atmosphäre 5,1480 x 10^18 kg
Masse der Erde nach 5,97200515 x 10^24 kg (vernachlässigbare Zunahme)

Hätte einen unbedeutenden Einfluss auf die Schwerkraft, da die Gesamtmasse kaum anstößt.

Abhängig davon, was Sie hinzufügen (Ozon?), Und wenn Sie alles auf Meereshöhe hinzufügen, könnte dies zu einem höheren Prozentsatz von Dingen führen, die in der oberen Atmosphäre (derzeit) stärker geschichtet sind. Dies sind Spurenmengen des Großteils der Atmosphäre, würden aber wahrscheinlich als Schadstoffe angesehen werden. Dies würde einige detaillierte Wissenschaft erfordern, um es herauszufinden. Als einziges Beispiel ist das aktuelle Ozon so dünn gestreckt, dass wir ein Ozonloch haben. Wenn Sie die Atmosphäre verdoppeln, verdoppelt sich die Menge, die Sie benötigen, um die Kugel bei dieser Dichte zu bedecken, mehr als. Sie würden also das Ozonloch enorm vergrößern - selbst wenn Sie das Ozon in die entsprechende Schicht der Atmosphäre injizieren würden. Wenn Sie alles auf Meereshöhe bei einer durchschnittlichen Temperatur injizieren, wird es einige Zeit dauern, und Temperaturänderungen haben, um dorthin zu gelangen, wo es hin muss - aber die Notwendigkeit, dass es dort ist, wo es sein muss, wird sofort sein. Und AFAIK Ozon ist nicht in Oort-Wolkenmaterial verfügbar, also stellt Ihre Raumstation dies her?

Außerdem ist dies eine riesige Raumstation, um so viel Material so schnell zu verarbeiten. Ich nehme an, es hat Antigrav, da es aus einem LEO gut herauskommen müsste, aber einige Mittel braucht, um sein Produkt zu transportieren?

Es gibt viele mögliche Antworten, die alle davon abhängen, wie Sie die Gase und Partikel hinzufügen.