Wie würde ein auf Chemotrophen basierendes Ökosystem Sauerstoff produzieren?

Umriss

Ein Planet, der von seinem Braunen Zwergelternteil geheizt wird und dauerhaft dunkel ist, muss einheimisches außerirdisches Leben haben, das [etwas ähnliche Biochemie wie die Erde] hat und auch [permanent bewohnbar] von Menschen ohne [umfassende Lebenserhaltung] und / oder [ausgiebig genetisch sein konstruierte] Körper.

Dieser Planet hat eine sehr aktive Tektonik und Vulkanismus, ein Ergebnis dieser Gezeitenerwärmung, eine Kombination aus diesem Vulkanismus und der biochemischen Natur des Ökosystems dieses Planeten sollte in der Lage sein, eine Atmosphäre zu erzeugen, die aus 22 % Sauerstoff, 50-70 % Stickstoff, 0,02 % besteht -5 % CO2, ~7 % Wasserdampf, + [Reste] + Spuren.

Wenn diese Atmosphäre nicht erreichbar ist, muss die Atmosphäre für Menschen anderweitig [dauerhaft bewohnbar] sein, diese Menschen könnten physiologische Anpassungen haben, um sich durch nicht [umfangreiche Gentechnik] an diese Atmosphäre anzupassen .

Der Vulkanismus auf diesem Planeten produziert ähnliche Gase und Partikel in ähnlichen Konzentrationen wie auf der Erde (verwenden Sie einfach Erdzahlen);

Die Hauptbestandteile vulkanischer Gase sind Wasserdampf (H2O), Kohlendioxid (CO2), Schwefel entweder als Schwefeldioxid (SO2) (Hochtemperatur-Vulkangase) oder als Schwefelwasserstoff (H2S) (Niedertemperatur-Vulkangase), Stickstoff, Argon, Helium, Neon, Methan, Kohlenmonoxid und Wasserstoff. Andere in vulkanischen Gasen nachgewiesene Verbindungen sind Sauerstoff (meteorisch), Chlorwasserstoff, Fluorwasserstoff, Bromwasserstoff, Stickoxide (NOx), Schwefelhexafluorid, Carbonylsulfid und organische Verbindungen. Exotische Spurenverbindungen umfassen Quecksilber, Halogenkohlenwasserstoffe (einschließlich FCKW) und Halogenoxidradikale. (Aus Wikipedia: Vulkangas )

Die meisten Mitglieder der Trophiestufe 0 (Produzenten) auf diesem Planeten produzieren Energie durch die chemische Gleichung:

12H 2 S + 6CO 2 → C 6 H 12 Ö 6 + 6 Std 2 O + 12S

Es gibt jedoch andere Methoden; wie jene, die sich auf elementaren Schwefel, Eisen usw. beziehen (siehe Chemotroph ) Photosynthese ist kein praktikabler Weg zur Energieerzeugung auf diesem Planeten.

Durch ein [vernünftiges] System (entweder andere Prozesse, an denen diese Lebensformen der trophischen Stufe 0 beteiligt sind, oder durch verwandte verwandte Lebensformen usw.) muss diese Kombination aus Geologie und Ökosystem die oben skizzierte Atmosphäre oder zumindest eine für Menschen bewohnbare Atmosphäre erzeugen .

Beachten Sie, dass das Hauptziel davon wirklich darin besteht, ein Ökosystem zu schaffen, das Sauerstoff durch einen chemischen Prozess produzieren kann, an dem Leben beteiligt ist, so dass dieser Planet erdähnliche Mengen an Sauerstoff in seiner Atmosphäre haben kann

Beachten Sie, dass CO2 in seinem Anteil an der Atmosphäre sehr unterschiedlich sein kann. Der Erwärmung durch Treibhausgase kann einfach entgegengewirkt werden, indem der Planet weiter vom Braunen Zwerg entfernt wird, obwohl dies nur funktioniert, während der Planet noch durch Gezeiten erhitzt wird (CO2 würde wahrscheinlich nicht nicht so viel aus vulkanischen Gasen produziert werden, weil weniger Gezeitenerwärmung weniger aktive Vulkane bedeutet); Aus diesem Grund habe ich den Bereich der zulässigen CO2-Konzentrationen zwischen 0,02 % und 5 % liegen lassen.

Definitionen

etwas ähnliche Biochemie wie die Erde:

Menschen können Energie durch Kohlenhydrate aus fremder Flora und Fauna gewinnen, und außerirdischem Leben fehlen Substanzen, die für Menschen besonders gefährlich sind. Beachten Sie, dass dies nicht Dinge wie Nährstoffe, Proteine ​​​​und Lipide erfordert, die für das menschliche Leben notwendig sind.

dauerhaft bewohnbar:

Menschen können mehr als 15.000 Jahre auf dieser Welt leben

Umfangreiche Lebenshilfe:

Lebenserhaltende Geräte, die entweder enthalten

ganz andere Atmosphären innerhalb des Apparates als draußen , oder

sind so konstruiert, dass gefährliche Gase und Partikel nicht mit allen Teilen des menschlichen Körpers in Kontakt kommen

(zB schließt dies keine Dinge wie Gasmasken ein)

weitgehend gentechnisch verändert:

In gewissem Maße anders als Erdenmenschen

verändert das menschliche Erscheinungsbild radikal in einem Ausmaß, in dem wir sie nicht als menschlich erkennen würden ,

die Physiologie des Menschen umfassend verändert (Hinzufügen von Organen oder Systemen, Veränderung der Grundfunktion von Organen oder Systemen, wesentliche Veränderung der menschlichen Skelettstruktur)

Beachten Sie, dass dies nicht Dinge wie das Hinzufügen einer Art Filter zum menschlichen Atmungssystem beinhaltet, der gefährliche Gase oder Partikel beseitigt, die Anpassung der menschlichen Haut, um sie widerstandsfähig gegen korrosive atmosphärische Gase oder Partikel zu machen usw.

Angemessen

Das System muss einen Existenzgrund haben; Beispielsweise ist die Wasserelektrolyse ein naheliegender Weg, um Sauerstoff aus den Produkten von H zu erzeugen 2 Chemosynthese, aber die Lebensformen auf diesem Planeten müssen einen Grund (und eine Möglichkeit) haben, sich mit der Wasserelektrolyse zu beschäftigen.

Menschen

Wann immer ich das Wort „Mensch“ erwähne, ist damit nicht „Erdmensch“ gemeint, sondern jede Art von genetisch veränderten Anpassungen, die notwendig sind, um sich an diese Umgebung anzupassen

Übrig bleiben

Dies bedeutet nur alle anderen notwendigen Nebenprodukte

Mein einziges Problem mit diesem Setup ist folgendes: H 2 S ist sehr giftig. Wenn Ihre Umgebung über genügend freien Schwefelwasserstoff verfügt, um die primäre „Nahrung“ von Chemotrophen zu sein, dann scheint es, als würde es genug freien Schwefelwasserstoff in der Atmosphäre geben, um alle Menschen zu töten. Dies scheint gegen Ihr „keine extensive Gentechnik“-Mandat zu verstoßen.
Das war eine meiner Sorgen, ich dachte, dass es eine Möglichkeit gibt, Haut und Augen so anzupassen, dass sie weniger oder nicht von H2S betroffen sind, und dem Atmungssystem eine Art Filter hinzuzufügen (oder einen nicht umfassenden lebenserhaltenden Filter)? Solche Änderungen stellen keine Änderung der Grundfunktion eines der beiden Systeme dar (z. B. Haut schützt, Atmungssystem atmet), obwohl ich mir natürlich nicht sicher bin, um welche Art von Änderungen es sich handelt - daher die Frage. Falls es eine gibt Auf keinen Fall, ich könnte versuchen, einige Teile der Gentechnik-Einschränkung leicht aufzuheben?
Meine Antwort hier könnte Sie interessieren: worldbuilding.stackexchange.com/questions/96261/…
Das ist ein tiefer Kaninchenbau, sieht so aus, als gäbe es keine einfache chemosynthetische Reaktion, die direkt Sauerstoff produziert ... Ich nehme an, ich könnte immer zur Thermosynthese übergehen, wie Sie in Ihrem Beitrag skizziert haben. Thermosynthese würde nicht unbedingt eine Wärmedifferenz benötigen, oder? Es bräuchte nur eine bestimmte Temperatur (z. B. 20 ° C) und dann würde es anfangen, sein Ding zu machen, nicht wahr? Ich denke, so etwas würde funktionieren, besonders in einer gezeitengeheizten Welt, wie ich sie erwähnt habe.
@PrimarySecondary Es müsste nicht unbedingt lokal einen Unterschied geben (dh über die Ausdehnung des Organismus), aber Sie brauchen irgendwo einen - sonst kann keine Arbeit (nützliche Energie) extrahiert werden. Und wenn der Gradient anderswo ist , besteht ein Teil des Umwandlungsprozesses darin, Atome in Moleküle zu binden, die bei der anderen Temperatur stabiler sind als bei der Betriebstemperatur des Organismus, gefolgt vom physischen Transport dieser Moleküle zum Organismus ... was ist genau das, was Chemosynthese ist. Wenn Sie also wollen, dass Thermosynthese irgendetwas bedeutet , brauchen Sie einen Gradienten.
Beachten Sie jedoch, dass sich der lokale Temperaturgradient über die Zeit erstrecken kann, nicht nur über den Raum. Ein Vulkanschlot, dessen Temperatur sich im Laufe der Zeit ändert (wenn auch unregelmäßig), würde also eine Gelegenheit für Thermosynthesizer bieten (die Energie erzeugen würden, während sie ihre Innentemperatur mit dem Schlot ins Gleichgewicht bringen) oder eine Kreatur, die sich regelmäßig von warm zu bewegt kalten Bereichen und umgekehrt.

Antworten (1)

Stratosphärische Elektrodissoziation von Wasser.

Wasser kann durch nichtbiologische Methoden in Wasserstoff und Sauerstoff gespalten werden. Auf der Erde ist dies meistens Photodissoziation , weil wir einen Stern haben, der strahlende Energie ausstrahlt.

Wenn ich mich richtig erinnere, ist dies der Schurkenplanet, nach dem Sie hier in Bezug auf eine Lichtquelle gefragt haben. Leben auf einem Schurkenplaneten

Dieser Planet ist analog zu Jupityers Mond Io. Wechselwirkungen zwischen dem Mond und seinem Planeten könnten energetische Polarlichter erzeugen.

https://en.wikipedia.org/wiki/Aurora

Polarlichter werden erzeugt, wenn die Magnetosphäre durch den Sonnenwind ausreichend gestört wird, dass die Flugbahnen geladener Teilchen sowohl im Sonnenwind als auch im magnetosphärischen Plasma, hauptsächlich in Form von Elektronen und Protonen, sie aufgrund der Erdatmosphäre in die obere Atmosphäre (Thermosphäre/Exosphäre) abwerfen Magnetfeld, wo ihre Energie verloren geht.

Wenn genügend Energie vorhanden ist, um Licht zu erzeugen, ist auch genügend Energie vorhanden, um eine abiotische Wasserhydrolyse durchzuführen. Elektrochemie findet auch in unserer oberen Atmosphäre statt, aber die Diskussion darüber wird von der Sauerstoff- und Ozonchemie dominiert. Ich stelle mir vor, dass es schwierig sein muss, Sauerstoff, der durch Elektrodissoziation von stratosphärischem Wasser verursacht wird, von Sauerstoff zu unterscheiden, der von der Oberfläche auftaucht.

Auf jeden Fall: Eine plausible Methode für Sauerstoff auf eurem Planeten ist, dass die energetischen Polarlichter einen doppelten Zweck erfüllen. Wasser, das von der warmen Meeresoberfläche aufsteigt (und Wasservulkane! vergiss sie nicht!), würde Wasser in die Stratosphäre befördern, wo es enorme elektrische Ladungen gibt. Sauerstoff und Ozon regnen von der Oberfläche herab.

Die Photodissoziation arbeitet mit dem UV-Teil des Spektrums. Derselbe Prozess erzeugt dann Ozon aus Sauerstoff, das UV blockiert ... Also kann es nicht wirklich eine signifikante Sauerstoffkonzentration auf der Oberfläche erzeugen, denke ich, nur eine Ozonschicht, die Menschen vor ionisierender Strahlung schützt.
Soweit ich weiß, wäre dies eher eine langfristige Sauerstoffproduktionsmethode - langsamer Aufbau über vielleicht ein paar Milliarden Jahre - aber sobald Sauerstoff vorhanden ist, stelle ich mir vor, dass das Leben auf dieser Welt begonnen hat, ihn bis zu einem gewissen Grad zu nutzen . Ich erinnere mich zum Beispiel an eine Reaktion, die H2S, O2 und etwas verwendet hat, um H2 und etwas anderes zu produzieren; H2 wäre für solche Organismen vielleicht als Traggas nützlich; Höher in der Atmosphäre zu sein bedeutet wahrscheinlich mehr H2S. Darüber hinaus verwenden einige chemosynthetische Kreaturen O2; Hydrothermalquellenbakterien verwenden CO2 + 4H2S + O2 -> CH20 + 4S + 3H2O
Ich denke, Sie müssen möglicherweise das H2 an den Weltraum verlieren, damit dies funktioniert, oder es wird sich mit dem O2 rekombinieren, um Wasser zu reformieren. Sie möchten Dinge minimieren, die auf natürliche Weise das O2 wegreagieren - die frühe Erde hatte eine Menge solcher Dinge (reduzierter Stickstoff, Eisen, Kohlenstoff), weshalb die Photodissoziation keine O2-Atmosphäre erzeugte und wir auf die Photosynthese warten mussten, um dies zu tun . Aber wenn Ihr Mond nicht viel oxidierbares Material hat, kann sich das Rinnsal von O2 aus der Elektrodissoziation aufbauen.
Wie würde ein auf Chemotrophen basierendes Ökosystem Sauerstoff produzieren?
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