Dies ist keine Frage, ob schwebende, ballonartige Organismen biomechanisch lebensfähig sind oder nicht - ich kenne die Antwort darauf bereits, nämlich ja. Hier geht es stattdessen um die Plausibilität, dass sich so etwas entwickelt, ein Problem, über das ich schon seit geraumer Zeit nachgedacht habe.
In meiner fremden Welt gibt es also riesige koloniale Wirbellose, ähnlich wie Siphonophore, und sie bilden riesige ballonartige Säcke, die durch den Himmel schweben und Plankton aus der Luft filtern. Sie schweben mithilfe von Wasserstoffgas, das sie durch Elektrolyse erzeugen (unter Verwendung von Bioelektrizität, um Wassermoleküle in der Luft zu spalten).
Ich habe dieses Konzept jedoch kürzlich mit anderen diskutiert, und es scheint, als ob Ballonorganismen ziemlich schwer zu rechtfertigen sind, hauptsächlich wegen der Energie, die für die Herstellung des Wasserstoffgases aufgewendet wird. Ein Freund hat etwas recherchiert, und laut seiner Google-Recherche dauert es etwa 4 Kilowattstunden, um einen Liter Wasser in Wasserstoff- und Sauerstoffgase zu spalten – was Ihnen 1.200 Liter Wasserstoffgas ergibt. Das kann ungefähr 4 Pfund in einer erdähnlichen Atmosphäre heben, was Ihnen die Kapazität gibt, ungefähr 1 Pfund Masse pro Kilowattstunde zu heben. 1 Kilowattstunde, so wurde mir gesagt, kostet in der Herstellung 3.500 Kilokalorien.
Nun, bevor ich fortfahre, lassen Sie mich sagen, dass mein Planet keine Bedingungen hat, die mit der Erde identisch sind. Die Schwerkraft ist etwa 0,85-mal niedriger, während die Atmosphäre dichter ist – vielleicht ein Viertel des Weges oder etwas darunter zwischen Erde und Venus. Weiß jemand, ob es möglich ist, die obigen Berechnungen zu ändern, um sie auf diese Bedingungen anzuwenden?
Selbst an einem Ort mit einer Atmosphäre, die etwa 20-mal dichter ist als die der Erde, und einer 0,85-mal geringeren Schwerkraft, bezweifle ich, dass sich die Umwandlungsrate von 1 kWh = 1 lb drastisch ändern wird. Hält man sich an diese anfängliche Gleichung, selbst wenn die Ballonkolonie so leicht wäre, dass sie nur so viel wie ein Mensch wiege, würde sie immer noch etwa 500.000 Kilokalorien verbrauchen, um ihre Masse zu heben, was, seien wir ehrlich, lächerlich ist – es ist 1 Million Mal am Tag Kalorienverbrauch für ein männliches menschliches Gehirn.
Ich denke, das erste, was ich wissen muss, ist, wie sehr die veränderten Bedingungen die 1 kWh = 1 lb-Gleichung verändern werden. Wenn es sehr viel tut, was ich bezweifle, dann ist es ein Anfang.
Dann stellt sich die Frage, wie kann ich die enormen Energiekosten des Floatens mit Wasserstoff weiter reduzieren? Tatsächlich ist ihr Lebensstil nicht gerade der schlechteste, den man sich vorstellen kann, um den Energieverbrauch zu senken. Hier sind ein paar Dinge, die helfen sollten, die Kalorienaufnahme in anderen Lebensbereichen zu reduzieren:
Hier also meine Hauptfrage , zusammengefasst:
Könnten in einer Atmosphäre, die 20-mal dichter ist als die der Erde und mit einer Schwerkraft, die 0,85-mal so groß ist wie die der Erde, Organismen mit den oben genannten Merkmalen mittels einer riesigen Blase aus Wasserstoffgas schweben und den Wasserstoff durch Elektrolyse erzeugen? Gibt es andere Methoden der biologischen Wasserstoffproduktion, real oder spekulativ, die energieeffizienter sind?
Hinweis: Das Gas muss Wasserstoff sein, und ich würde es vorziehen, wenn in den Antworten keine Wasserstoffproduktionsmethoden verwendet würden, die Photosynthese erfordern.
Ein lebender Organismus würde Wasserstoff nicht durch Elektrolyse erzeugen, sondern durch eine chemische Reaktion (wie Mike Nichols betont). In Peter Dickensons Buch The Flight of Dragons behandelt er mehrere biologische Prozesse, die bereits in Lebewesen existieren und Wasserstoff als Nebenprodukt produzieren.
Zweitens, wenn die Kreatur sehr klein anfangen und über einen Zeitraum von vielen Jahren wachsen kann, ist die Energie, die erforderlich ist, um diesen Wasserstoff zu erzeugen, überhaupt nicht unvernünftig. Ein menschliches Kind verbraucht ungefähr 1,5 Millionen kcal, um zu einem Erwachsenen heranzuwachsen. 0,5 Mio. kcal sind also nicht viel über einen Zeitraum von Jahren.
Ihr größeres Problem besteht darin, diese Tiere davon abzuhalten, Feuer zu fangen oder ihren gesamten Wasserstoff zu verlieren. Auch darüber spricht Dickenson in seinem Buch.
Könnten in einer Atmosphäre, die 20-mal dichter ist als die der Erde und mit einer Schwerkraft, die 0,85-mal so groß ist wie die der Erde, Organismen mit den oben genannten Merkmalen mittels einer riesigen Blase aus Wasserstoffgas schweben und den Wasserstoff durch Elektrolyse erzeugen? Gibt es andere Methoden der biologischen Wasserstoffproduktion, real oder spekulativ, die energieeffizienter sind?
Niemand auf diesem Planeten hat das Fachwissen, um diese Frage zu beantworten. Das Fehlen der Schwerkraft, um eine so dichte Atmosphäre beizubehalten, wenn sie wie unsere komponiert wäre, ist ein großes, bahnbrechendes Problem.
Die (grobe) mittlere Luftdichte auf der Erde beträgt 1,2 g/L, selbst wenn die Atmosphäre reines Argon wäre, würde die Dichte nur 1,78 g/L betragen, also lasst uns dichter werden: Krypton - nicht dicht genug, Xenon - auf keinen Fall - Wäre es meistens Radon, es wäre immer noch nur 9,73 g/L – immer noch nicht annähernd genug, um Ihre 20* atmosphärische Dichte zu liefern. ( Oganesson , das nächste und dichteste Edelgas, soll theoretisch bei STP fest sein.)
Wenn die Frage wissenschaftlich fundiert sein soll, müssen Sie meiner Meinung nach entweder in Bezug auf die atmosphärische Zusammensetzung (ein neues Gas erfinden) oder in Bezug auf eine Art Eindämmungsfeld für die Atmosphäre, das sie auf die von Ihnen benötigte Dichte komprimiert, mit der Hand winken
Andernfalls müssten Sie die Schwerkraft etwas erhöhen.
Das wahrscheinlichste Postulat ist ein massiver, nicht sehr dichter Planet - in der Nähe von Gasriesengröße - dh. irgendwo zwischen der Größe von Erde und Neptun - näher am Neptun (siehe Atmosphärenabschnitt hier plus dies für einige grundlegende Berechnungen .). Im Grunde wissen wir noch nicht genug, um genau zu sein, Sie können genauso gut mit relativer Freiheit spekulieren.
Das Prinzip ist, dass die Schwerkraft in einem umgekehrten quadratischen Gesetz mit der Entfernung vom Mittelpunkt des Planeten abnimmt. Wenn sich also 0,85 G an der Oberfläche befinden, können Sie mit einem größeren Radius des Planeten höher über die Oberfläche steigen, bevor die Schwerkraft ausreichend abnimmt die Atmosphäre nicht festhalten zu können - je dicker die Atmosphäre sein kann und desto dichter wird sie an der Oberfläche sein. TL-DR - ein größerer Planet ist besser.
Suchen Sie in den Kommentaren nach Ideen zu Mitochondrien und der Wasserstoffproduktion .
Oder ein einfaches Aluminium-Ion V ist eine Hydroxyl-Radikal- Reaktion ist gut, wenn Sie möchten - es gibt viele Pflanzen auf der Erde, die Aluminium anreichern und es könnte die Grundlage eines Abwehrsystems bilden, wie die Kieselhaare, die auf Brennesseln gefunden werden - stattdessen Aluminiumoxidhaare.
Die geringere Schwerkraft ist praktisch irrelevant. Auftriebskräfte sind unabhängig von der Schwerkraft. Das einzige, was zählt, ist die Dichte Ihrer Atmosphäre.
Die Menge an Masse, die ein bestimmtes Wasserstoffvolumen anheben kann, ist gleich der Massendifferenz zwischen diesem Wasserstoffvolumen und dem äquivalenten Volumen der umgebenden Luft. Da Wasserstoff bereits ziemlich leicht ist, verdoppelt sich die Tragfähigkeit nicht wirklich, wenn Sie die Dichte der Atmosphäre verdoppeln, ohne den Druck zu erhöhen, aber es kommt ziemlich nahe! Sie würden dies zB tun, indem Sie die Atmosphäre irgendwie mit schwereren Gasen füllen.
Wenn Sie Ihre Atmosphäre CO2-dominiert machen, wie Venus oder Mars, und nicht N2-dominiert, wird die Dichte im Vergleich zur Erde um einen Faktor von etwa 1,5 erhöht und Ihre Tragfähigkeit um einen etwas geringeren Betrag erhöht.
Eine andere Methode zur Erhöhung der Dichte besteht darin, einfach den Druck zu erhöhen. Das erhöht gleichzeitig die Dichte des Wasserstoffs, aber das macht die Mathematik tatsächlich einfacher - alles hebt sich auf, und es stellt sich heraus, dass die Multiplikation der Gasdichte einer genau proportionalen Erhöhung der Tragfähigkeit pro entspricht Volumen . Wenn Sie also mit einer im Grunde erdähnlichen Atmosphäre beginnen und den Druck auf 20 bar erhöhen, ohne die molekulare Zusammensetzung zu ändern, erhalten Sie 20-mal so viel Hebekapazität aus dem gleichen Volumen Wasserstoff. Aber um dieses Volumen zu erreichen, braucht man die 20-fache Massein Wasserstoff ... also ist alles eine Wäsche. Das Erhöhen des Drucks hilft nicht wirklich - außer dass das Reduzieren des erforderlichen Volumens die erforderliche Masse des Behälters verringert, also hilft es tatsächlich ein wenig. Hochdruck bedeutet, dass kleinere, weniger massive und robustere Kreaturen aerostatisch fliegen können.
Eine andere zu berücksichtigende Sache ist, dass Sie Auftriebskapazität gewinnen können, indem Sie den Wasserstoff erhitzen (Reduzierung seiner Anzahldichte und damit seiner absoluten Dichte unter die Anzahldichte der umgebenden Luft). Ein großer Organismus könnte sich effektiv mit der Sonne erwärmen, ohne tatsächlich Photosynthese betreiben zu müssen, indem er tagsüber aufsteigt und nachts abkühlt. Ein kleinerer Organismus, wie er unter 20 Atmosphären Druck existieren könnte, wäre weniger in der Lage, Sonnenwärme zu nutzen (obwohl kaum dazu in der Lage), wäre aber besser gerüstet, um sich gegen Wärmeverluste aus der Hebekammer zu isolieren und möglicherweise Abfall zu pumpen Stoffwechselwärme in sein Auftriebsgas.
Ryan_L
Mike Nichols
JBH
Das Quadratwürfelgesetz