Estoy tratando de determinar (para una historia de ciencia ficción) si un determinado tipo de planeta podría tener una cantidad significativa de oxígeno disuelto en el agua (p. ej. producido continuamente por algún organismo acuático) si su atmósfera fue hecha sobre todo de hidrógeno. ¿Hay una manera, o a cualquier oxígeno simplemente "pop" fuera del agua en la atmósfera y reaccionan con el hidrógeno? Supongo que la presión de hidrógeno estaría en el orden de 10-100 atm.
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knishka
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Esta pregunta es muy buena, ya que reúne varias disciplinas$-$astronomía, la química, la física de la atmósfera. Lamentablemente, como consecuencia es difícil compentently respuesta por parte de un miembro de un campo. Espero una sana discusión en la sección de comentarios.
De hidrógeno
Una científica de la historia debe ser tal en la mayoría de los aspectos. Específicamente,
- ¿cómo es que el planeta poseen hidrógeno en altas concentraciones?
El hidrógeno es una molécula de pequeña masa molecular. Como tal, es el que ocupa el extremo superior de Maxwell-Boltzmann de la velocidad de distribución:
$$f(v)\begin{align}&=4\pi\sqrt{{\left(\frac M{2\pi RT}\right)}^3}v^2\exp\left(-\frac{M{v^2}}{2RT}\right) \end{align}.$$
$\ce{H2}$ así escapar de la atmósfera a lo largo del tiempo, ya que a menudo alcanzar la velocidad de escape
$$v_e\approx\sqrt{\frac{2GM_{planet}}{r}}.$$
Las posibles explicaciones de por qué esto no hubiera ocurrido incluir:
1. Relativamente joven planeta
Un recién formado cuerpo celeste es muy probable que esté caliente. Como tal, no va a contener agua líquida, definitivamente no a la medida de la formación de los océanos.
Un estudio por Tian et al. 'Un Rico en Hidrógeno Atmósfera primitiva' ( $2005$ ), sugieren la posibilidad de océanos y simultánea de hidrógeno proporción de la mezcla de $30$%. Sin embargo, esta afirmación ha sido impugnada.
Tian et al.'s argumento de que el hidrógeno se escape fue ineficiente en la Tierra primitiva se supone que la parte superior de la atmósfera sería frío como en Venus, debido a que la atmósfera está compuesta en su mayoría de CO2. Su afirmación es controvertida debido a que su modelo depende de otros gases de hidrógeno para proporcionar el enfriamiento radiativo, pero su modelo no incluye otros gases de hidrógeno. En particular, el supuesto clave de que la parte superior de la atmósfera era fría no es evidente y debe ser abordada de forma cuantitativa. [----]
Visconti cálculos del contrastan notoriamente con el frío thermospheres en Tian et al.'s hidrógeno puro de escape de los modelos.
fuente: Zahne et al. De la tierra 'de los Primeros Atmósferas'. (2010) enlace
2. Gran tamaño y un magnetoshpere
Gran tamaño significaría que realmente no ha perdido cualquier ambiente. A menos que esté cerca de una estrella, en cuyo caso la hidrodinámica de escape sería importante. Estos planetas son en su mayoría gigantes de gas. No sabemos realmente lo que está pasando en su centro, pero es casi seguro que no es un océano líquido.
Sin una magnetosfera de la atmósfera del planeta sería arrastrado por el viento solar, de forma similar a la de Marte.
3. El hidrógeno que producen los microorganismos, e.g., un hiperactivo, modificado Chlamydomonas reinhardtii
Esta podría ser su mejor apuesta. Yo no estoy calificado para hablar de la probabilidad de que simultáneamente próspera de hidrógeno productoras y productores de oxígeno de los organismos. En el valor de cara a$-$y esto es especulación$-$probablemente es no viable. Especialmente con altas presiones de hidrógeno (alta solubilidad).
¿Qué pasa si?
Si la reacción entre el $\ce{O2}$ $\ce{H2}$ realidad se lleva a cabo (con una considerable velocidad) depende de numerosas variables. La proporción de estos gases, la temperatura, la presión.
Puede no ser el oxígeno disuelto en el agua en una atmósfera de hidrógeno?
Respuesta corta es sí.
[Es] una cantidad significativa?
Probablemente no. No debe ser cierto equilibrio cantidad, pero insignificante. Incluso dejando a un lado la reacción entre el hidrógeno y el oxígeno, el oxígeno puede ser utilizado para oxidar minerales. Después de estos son, en un sentido, saturado y cuando los organismos acuáticos adaptarse a la más rica en oxígeno que el agua será la concentración de $\ce{O2}$ crecer. Es ahora que el alto contenido de hidrógeno se convierte en un problema.
Extra discusión requiere cálculo real con los parámetros proporcionados, y la definición de lo que constituye una cantidad significativa. Me han proporcionado algunas de las fuentes para la cinética de la $\ce{O2/H2}$ mezcla si esta ruta que desea realizar.
- Marcus Ó Conaire et al.. 'Una Integral de modelos de Estudio de Hidrógeno Oxidación' enlace
- Alekseev et al.. "El efecto de la temperatura sobre la adiabática de la quema de las velocidades de hidrógeno) diluida llamas: Un estudio cinético mediante una actualización del mecanismo de Combustión de la Llama y de, 162, 5, 1884$-$1892. (2015). enlace
- Martin Hersch. "El hidrógeno-Oxígeno Química Cinética de la Reacción en el Motor de Cohete de Combustión'. La NASA Nota Técnica. (1967). enlace
Rogue planetas
En un artículo de David J. Stevenson 'el sustento de la Vida de los planetas en el espacio interestelar' (de la Naturaleza vol. 400, página 32, 1999, link) propone que los planetas que forman lo suficientemente lejos de su estrella o están gravitacionalmente acrecentada podrá ser enviado en un curso fuera de su sistema estelar. Estos planetas podrían conservar sus hidrógeno debido a que la temperatura efectiva sería bastante baja: estimado en cerca de $30 \ \mathrm{K}$. Según Stevenson,
[P]ressure inducida por infrarrojo lejano opacidad de $\ce{H2}$ pueden prevenir estos órganos de eliminación interna radiactivos de calor, excepto por el desarrollo de una extensa adiabática (sin pérdida o ganancia de calor) convectivo de la atmósfera.
Por lo tanto las temperaturas de la superficie puede ser suficiente para que exista agua líquida. Suponiendo que el planeta chocó con suficiente asteroides y cometas en una etapa donde el agua se mantuvo llegamos a las condiciones:
- ricos en hidrógeno de la atmósfera, Stevenson, se estima que la presión podría ser$100$$10000\ \mathrm{atm}$, por lo que su estimación intuitiva era bastante adequeate;
Nota al margen: la Presión en el fondo de los océanos en la Tierra es (en el fondo) acerca de $1000\ \mathrm{atm}$. Así tendríamos la misma cantidad de presión en la superficie del océano.
- el líquido de los océanos.
Una posibilidad sería la vida anaeróbica quimioautótrofos: no necesitan de oxígeno, y sería capaz de ser su propia fuente de moléculas orgánicas. Ellos requieren una energía geotérmica de la fuente. La actividad volcánica en el fondo del mar es suficiente. A través de azar mutación genética de estos organismos podrían transición de ser obligatorio para ser facultativa anaerobs. Recuerde: si $\ce{O2}$ es su producto, $\ce{CO2}$ es probable que la materia prima de que el organismo esté utilizando.
No tengo idea de cómo las cosas podrían proceder de aquí. Podríamos tener un acogedor ecosistema en un océano (especialmente cerca de las rejillas de ventilación) pero, ¿cómo y por qué habría una presión evolutiva hacia oxígeno-rica de la vida en otras profundidades... yo simplemente no lo sé. Única forma es disminuir el contenido de hidrógeno, pero, bueno, tenemos que mantener caliente :-). Tal vez un progresivo enriquecimiento o la sustitución del hidrógeno por otros gases, sin disminuir la temperatura más es posible? (vea la sugerencia más abajo)
Como Stevenson notas,
Si la vida puede desarrollarse y sostenerse sin la luz del sol (pero con otros energysources, plausiblemente, vulcanismo o rayo en esta instancia), estos organismos pueden proporcionar una larga vida, entorno estable para la vida (aunque sea uno donde las temperaturas lentamente disminución en mil millones de años). La complejidad y la biomasa puede ser baja debido a que la fuente de energía será pequeño, pero es de suponer que estos son los sitios más comunes de la vida en el Universo.
Sugerencia
Si desea más información, considere las preguntas de seguimiento en nuestro
- biología,
- la física,la
- mundo de la construcción,
- la astronomía sitio.
Sugiero contra preguntando en todos los sitios a la vez. Considere la posibilidad de tomar un punto concreto (por ejemplo, la transición de la anaeróbico aeróbico en la biología.SE). Leer las pautas para asegurarse de que está en el tema, y buscar posibles duplicados. Enlace a esta pregunta cuando a preguntar de nuevo.
Buena suerte!
