меньше азота в атмосфере


87 posts in this topic

Posted

Допустим, атмосфера земли по какой-то причине содержит гораздо меньше азота (скажем, 90% кислород, 9% азот, все остальное - прочие газы). При этом атмосферное давление составляет 23% от того, что мы имеем в реальности. 

Предлагается обсудить основные последсвия этого. Полностью мир просчитать вряд ли возможно (слишком сложно), поэтому я предлагаю только сравнить его с нашим. Вернее сравнить планету с предполагаемой атмосферой с другими ивсетсными планетами - Марсом, Землей и Венерой.

Примерный план темы

1. Возможна ли жизнь на такой планеты (без обсуждения процесса зарождения жизни). Зарождение жизни предлагаю не обсуждать, так как мы не знаем, как она зародилась в реале.

2. Вода. При какой температуре она будет испарятся, и как на это повлияет низкое давление.  Не закипи ли планета, и сколько водяного пара будет в атмосфере. Влияние водяного пара на парниковый эффект. Влияние ветра и низкого давления на скорость испарения.

3. Немного о климате и скорости ветра. Как будет отлчиаться от земли сила ветра и температурный градиент. Для сравнения взять Марс и Венеру.

4. Жизнь. Для простоты предположим, что там есть те классы живых организмов что и на земле (все равно других мы точно не знаем). Чем они будут отличаться от земных. Размер, дыхание, способность к полету.

5. Разумныя жизнь. Опять же у нас есть только один пример разумных существ - мы сами. Предлагаю рассмотреть только эволюцию их технологий.

6. Металлургия. Как такая атмосфера повлияет на производство и обработку металлов.

7. Судостроение. Как там будет с парусами и волнами? 

8. Тепловые двигатели.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Posted

О.К. Условно принято.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Posted

Разумеется, надо сначала рассмотреть начальные пункты, так как жизнь может и не возникнуть.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Posted

Чтобы была возможна жызнь, для начала нужна вода в жидком состоянии. Может, при заявленном давлении что-то изменится. Например, давление 23% от земной атмосферы окажется ниже тройной точки воды - условиях, при которых вода не имеет жидкого состояния?

Ладно, температура кипения воды в зависимости от давления:

P

tk,°C

кПа.

атм.

0,981

0,01

6,698

1,961

0,02

17,20

3,923

0,05

28,64

9,807

0,1

45,45

19,61

0,2

59,67

29,42

0,3

68,68

39,23

0,4

75,42

49,03

0,5

80,86

58,84

0,6

85,45

68,65

0,7

89,45

78,45

0,8

92,99

88,26

0,9

96,18

98,07

1,0

99,09

101,3

1,033

100,00

147,1

1,5

110,79

196,1

2,0

119,62

245,2

2,5

126,79

294,2

3,0

132,88

392,3

4,0

142,92

490,3

5,0

151,11

588,4

6,0

158,08

686,5

7,0

164,17

784,5

8,0

169,61

882,6

9,0

174,53

980,7

10,0

179,04

1961

20,0

211,38

2452

25,0

222,90

4903

50,0

262,70

9807

100,0

309,53

Видно температура кипения воды - чуть больше 60 град, что почти нигде на планете вода кипеть не будет. По крайней мере, по воде жизнь обеспечена.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Posted

С интервалом в один градус приведено давление (Р) пара воды от температуры плавления до крити¬ческой.. До 100 °С таблица содержит значение Р, выраженное в кПа и мм. рт.ст., выше 100 °С значение Р указано только в кПа.

t, °С

Р

 

 

t, °С

Р

 

t, °С

Р

кПа

мм рт.ст.

кПа

мм рт.ст.

кПа

мм рт.ст.

0

0.61129

4.585

 

34

5.3229

39.93

 

68

28.576

214.3

1

0.65716

4.929

 

35

5.6267

42.20

 

69

29.852

223.9

2

0.70605

5.296

 

36

5.9453

44.59

 

70

31.176

233.8

3

0.75813

5.686

 

37

6.2795

47.10

 

71

32.549

244.1

4

0.81359

6.102

 

38

6.6298

49.73

 

72

33.972

254.8

5

0.87260

6.545

 

39

6.9969

52.48

 

73

35.448

265.9

6

0.93537

7.016

 

40

7.3814

55.37

 

74

36.978

277.4

7

1.0021

7.516

 

41

7.7840

58.38

 

75

38.563

289.2

8

1.0730

8.048

 

42

8.2054

61.55

 

76

40.205

301.6

9

1.1482

8.612

 

43

8.6463

64.85

 

77

41.905

314.3

10

1.2281

9.212

 

44

9.1075

68.31

 

78

43.665

327.5

11

1.3129

9.848

 

45

9.5898

71.93

 

79

45.487

341.2

12

1.4027

10.52

 

46

10.094

75.71

 

80

47.373

355.3

13

1.4979

11.24

 

47

10.620

79.66

 

81

49.324

370.0

14

1.5988

11.99

 

48

11.171

83.79

 

82

51.342

385.1

15

1.7056

12.79

 

49

11.745

88.09

 

83

53.428

400.7

16

1.8185

13.64

 

50

12.344

92.59

 

84

55.585

416.9

17

1.9380

14.54

 

51

12.970

97.28

 

85

57.815

433.6

18

2.0644

15.48

 

52

13.623

102.2

 

86

60.119

450.9

19

2.1978

16.48

 

53

14.303

107.3

 

87

62.499

468.8

20

2.3388

17.54

 

54

15.012

112.6

 

88

64.958

487.2

21

2.4877

18.66

 

55

15.752

118.1

 

89

67.496

506.3

22

2.6447

19.84

 

56

16.522

123.9

 

90

70.117

525.9

23

2.8104

21.08

 

57

17.324

129.9

 

91

72.823

546.2

24

2.9850

22.39

 

58

18.159

136.2

 

92

75.614

567.2

25

3.1690

23.77

 

59

19.028

142.7

 

93

78.494

588.8

26

3.3629

25.22

 

60

19.932

149.5

 

94

81.465

611.0

27

3.5670

26.75

 

61

20.873

156.6

 

95

84.529

634.0

28

3.7818

28.37

 

62

21.851

163.9

 

96

87.688

657.7

29

4.0078

30.06

 

63

22.868

171.5

 

97

90.945

682.1

30

4.2455

31.84

 

64

23.925

179.5

 

98

94.301

707.3

31

4.4953

33.72

 

65

25.022

187.7

 

99

97.759

733.3

32

4.7578

35.69

 

66

26.163

196.2

 

100

101.32

760.0

33

5.0335

37.75

 

67

27.347

205.1

 

 

 

 

Из таблицы видно, что при большой температуре воздуха водянной пар будет составлять значительную его часть. Это обязательно окажет сильное влияние на формирование ветра.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Posted

Как повлияет низкая концентрация азота на скорость фиксации азота растениями? Может они не смогут его зафиксировать и от этого жизнь станет невозможна, по крайней мере на основе белокв?

Вообще, мы знаем, что живые организмы могут вылавливать вещества, концентрация которых в атмосфере на много меньше, чем азота в реале. Например, живые организмы в реале вполне успешно фиксируют йод и углекислый газ. Обоих в атмосфере гораздо меньше, чем 9 %. Можно предположить, что главной проблемой при фиксации газов из атмосферы у растений являются затраты энергии на формирования молекул, а не добыча самих атомов газа.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Posted (edited)

Влияние водяного пара на парниковый эффект. На предложенной планете оно будет точно таким же, как и на земле. Ведь оно зависит от количества молекул воды в атмосфере. А оно зависит от температуры, но не зависит от наличия других газов. Так что в первом приближении парниковый эффект будет таким же, как и на земле. Но есть нюансы. Например, как быстро будет испарятся и конденсироваться вода, что там будет с пылью? Пыль участвует в формировании облаков, и в альтернативной планете пыль будет оседать гораздо быстрее. Не повлияет ли это на облака? С другой стороны, наличие других газов хоть и не влияет на равновесное парциальные давление водяного пара, но влияет на то, насколько быстро наступает равновесие. В альтернативном мире вода будет испарятся гораздо быстрее. Вот по этому вопросу хотелось бы получить помощь от коллег. Будет ли воздух влажнее или суше?

Edited by letbur

Share this post


Link to post
Share on other sites

Posted

Скорось ветра. Если сравнивать марс, землю и венеру, то самые сильные ветра будут на венере. Хотя вопрос, это связано с плотной атмосферой или раным уровнем солнечной радиации? Мы точно знаем, что у поверхности венеры сила ветра незначительна, и слабее, чем на земле. Но мне почему-то кажется, что на альтернативной земле, скорость ветра будет больше чем на нашей. Менее плотная атмосфера хуже переносит тепло, поэтому будут большие температрурные градиенты, и большая скорость ветра, которую они порождают. Но это частично компенсируется водяным паром.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Posted (edited)

4. Жизнь. Для простоты предположим, что там есть те классы живых организмов что и на земле (все равно других мы точно не знаем). Чем они будут отличаться от земных. Размер, дыхание, способность к полету.

А будут ли насекомые на той планете больше? Хотя конецентрация кислорода возрасла, количество его атомов не изменилось. С другой стороны, атомы азота уже не мешают кислороду проникать в организм насекомого. Для сравнеия можно взять лампы накаливания. Они наполняются азотом, чтобы замедлить испарение металла с накаливания. Хотя полностью испарение это не останавливает (лампа перегораяет, но не так быстро). Что то подобное можно ожидать и у насекомых. Но количественную оценку я дать не решусь. Нужна помощь коллег.

Что касается способности к полету, то все будет хуже чем в реале. Хотя в теории леть можно в сколь угодно разряженном газе, на практике есть ограничения. Животным нужны будут в 5 раз большая площадь крыльев для полета. Опять же, что там с аэродинамикой и механикой крыльев, я считать не решусь. На дыхании позвоночных снижение концентрации азота никак не скажется.

Edited by letbur

Share this post


Link to post
Share on other sites

Posted

Теперь о местных разумниках (по мере необходимости можно обсудить и другие вопросы). Будем считать (для простоты) что эволюция людей там шла так же, как и в реале. Различия начинаются, когда местные начнут использовать огонь. Первое отличие от реала - вода закипает уже при 60 градусах - яйца в крутую в том мире сварить не получится. Вообще, вся наша кулинария, основанная на денатурации белка там перестает работать - температура недостаточна. Но есть и другие способы обработки еды. Еду можно жарить в масле или просто обжигать высушенную. А потом вываривать в воде, чтобы она стала мягкой. Видимо, это будет основным методом приготовления пищи у аборигенов. В нашем мире это тоже применяется, например, многие продукты приобретают свой характерный вкус именно при сухой термообработке.

Но еда это так, мелочи жизни с евреями и меркавами.

 

Совсем другой вопрос - другие варианты использования огня. И тут та появляется главная заковыка темы - Огонь в том мире гораздо жарче, и гореть начинают даже те вещества, которые в нашем мире считаются негорючими. Прикол в том, что в реале большая часть энергии племени тратится на разогрев азота, который в горении не участвует. В альтернативном мира азота мало, поэтому потерь тепла меньше, температура - больше. Где бы можно было использовать такой горячий огонь...

Share this post


Link to post
Share on other sites

Posted (edited)

1. Испарение воды при низком давлении должно быть выше - следовательно концентрация водяных паров будет выше - причём как бы не в разы по сравнению с реалом. 

2. При менее плотной атмосфере мощность ветров будет вроде бы будет ниже.

3. На фиксацию азота микроорганизмами будет больше влияния оказывать его относительная химическая инертность, нежели его концентрация. Углекислого газа в реальной земной атмосфере куда меньше, чем в заявленной атмосфере азота.но это не мешает растениям его усваивать.

Так что можно считать, что нитрификация будет зависеть от свойств связывающих азот организмов.

4. Денатурация белков начинается при температурах выше 45-50 С - другой вопрос, насколько глубокой она будет.

5. При такой атмосфере использование кислородного дутья будет давать достаточно малый эффект  по сравнению с реалом - из-за небольшой разницы в между воздухом и чистым кислородом.

6. И что будет с КПД паровых двигателей - выше или ниже реала они будут?

Edited by Изяслав Кацман

Share this post


Link to post
Share on other sites

Posted

Органика при таком содержании кислорода самовоспламеняется. Все.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Posted

Вот была где-то тема, где поднимался вопрос о повышенном содержании кислорода в воздухе. Никак найти не могу. Там еще шутка была, что людей, замеченных в курении, расстреляли из арбалетов.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Posted

Органика при таком содержании кислорода самовоспламеняется.

С чего бы вдруг? Перечитайте заглавный пост темы. Содержание кислорода даже поменьше, чем в реальной атмосфере.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Posted

ТС читать бессмысленно и беспощадно...

Share this post


Link to post
Share on other sites

Posted (edited)

Органика при таком содержании кислорода самовоспламеняется. Все.

На апполонах использовалась атмосфера с еще большим содержанием кислорода. Да, пожароопасность возрастала, но жить и летать на них все равно было можно.

Содержание кислорода даже поменьше, чем в реальной атмосфере.

Парциальное давление кислорода (количество молекул в атмосфере) будет точно таким же как на земле. Если я правильно посчитал.

Испарение воды при низком давлении должно быть выше - следовательно концентрация водяных паров будет выше - причём как бы не в разы по сравнению с реалом.

Если мерить относительно других газов, то да, выше. Если по парциальному давлению - то более сложный вопрос. С одной стороны, равновесное давление будет таким же, как и в реале. Но наступать это равновесие будет быстрее. Да и осадки будут выпадать по другому из за меньшей концентрации пыли в атмосфере. (пыль быстрее падает).

При менее плотной атмосфере мощность ветров будет вроде бы будет ниже.

Мощность то ниже, а вот скорость? При больших температурных градиентах (из за менее эффективного переноса тепла разряженной атмосферой) скорость ветра должна стать больше. Но опять на все влияет вода, вернее её пары. Они будут выравнивать температуру.

4. Денатурация белков начинается при температурах выше 45-50 С - другой вопрос, насколько глубокой она будет.

Так в унылом реале в горах невозможно сварить яйцо, потому что вода закипает раньше. Очевидно, что местным не хватит температуры варки для полноценной обработки пищи. Поэтому кулинария на основе цикла Сушка->прокаливание->варка. Последний этап нужен для того, чтобы можно было разгрызть прокаленную еду.

 

С металлургией вообще весело. Появится возможность плавить сталь как в фэнтезийных фильмах - просто на костре. ( в реале расплавлять сталь научились только в 19 веке). Кроме того, железо изобретут раньше - еще до появления первых государств. Как только кто-нибудь догадается прокалить на костре смесь угля и железной руды (чтобы получить краску нужного оттенка, например). В нашем мире для восстановления железа нужна как минимум сыродутная печь, которая является слишком сложным устройством, чтобы его мог изобрести древний человек. Другой прикол - газовая сварка будет доступна как только появится железо (опять же до появления древних государств). В нашем мире возможна газовая сварка на основе пропана - пропан в кислороде сгорает с достаточной температуре, чтобы расплавить сталь. И с такой же температурой будут гореть многие органические вещества. Нефть и животный жир, например.

Edited by letbur

Share this post


Link to post
Share on other sites

Posted

Вообще, пожароопасность в том мире была больше чем в нашем. Возможно, там будет меньше лесов из за этого (леса выгорают от естественных пожаров). Так  что дерево будет для аборигенов дефицитом.

 

Пока предполагается, что местные люди, дикие животные и растения не имеют радикальных отлчий от того, что есть в нашем мире (я просто не вижу смысла придумывать что-то другое, ведь тема не об этом).

Когда первые государства все же появятся, то они уже будут иметь железное оружие и инструменты. Железо появляется как только люди переходят к оседлому образу жизни, одновременно с появлением земледелия и животноводства. Дальнейший технический прогресс будет довольно быстрым, из за того, что многие вещи, недоступные древним в нашем мире станут доступны в том. Значительным ограничением будет то, что окультуренные сорта растений и животных будут появляться и улучшаться не быстрее, чем в реале. Из за этого, скажем, люди в том мире дойдут до уровня нашего 20 века так и не создав за это время эффективную кавалерию.

 

 

 

Share this post


Link to post
Share on other sites

Posted (edited)

Теперь еще некоторые технологии, которые стали доступны древним благодаря такой атмосфере.

*Выплавка стали и чугуна. Теперь это становится очень простым делом - сталь в больших количествах доступна древним цивилизациям. Причем такого качества, что у нас смогли получить только в 18 веке.

*Газовая сварка. Сам аппарат будет выглядеть совсем не так, как в реале (у древних не было гибких шлангов). Скорее будет неподвижная горелка, на которую заносят обрабатываемый объект. Значит есть сварные трубы и балки. Правда плющить сталь по прежнему будут кузнечными методами, делать это будет проще, так как не надо очищать железо от шлаков.

*Друммондов свет. Берем обычную лучину (хотя лучше воспользоваться маслянной лампой) и нагреваем на ней кусочек негашеной извести. Тот начинает издавать очень яркое свечение. В нашем мире этот метод не работает, так как недостаточна температур пламени - нужен чистый кислород. Для чего древние могут применить яркие светильники?

Еще особенности жизни и быта.

*Интерьер будут по мере возможности делать из негорючих материалов. Керамическая и железная мебель, только керамическая посуда. Возможна даже кровати из неорганических материалов, хотя вряд ли.

*Применять меры пожарной безопасности при земледелии. Например, делать противопожарные борозды на полях.

*Еще один важный метод приготовления пищи - ферментация.

Теперь особенности военного дела допороховой эпохи.

*Баллиситика стрел. В пять раз меншее сопротивление воздуха значительно повысит дальность стрельбы луков и арбалетов.

*зажигательные смеси. Из за того, что все вещества горят гораздо легче, огненное оружие активно применяется на войне.

*Полные рыцарские доспехи появляются одновременно намного раньше. Как только возникнет необходимость в какой-то армии. При изготовлении доспехов и кольчуг используется газовая сварка.

*Отсутствие кавалерии.

 

Edited by letbur
Исправил опечатку

Share this post


Link to post
Share on other sites

Posted

Появится возможность плавить сталь как в фэнтезийных фильмах - просто на костре.

Сомнительно. Парциальное давление кислорода такое же, значит скорость его подачи тоже особо возрасти не должна. Значит, чтобы расплавить железо нужно дутьё.
А проблема получения стали - она совсем другая. Надо не просто получить сталь, а получить её качественную во всём объёме отливки. А единичные образцы небольшого размера могли получать уже в средние века.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Posted

Теперь еще некоторые технологии, которые стали доступны древним благодаря такой атмосфере.

Опишите конкретнее. А то мне, по гражданскому образованию - инженеру-технологу сварочного производства, тема металлургии стали и её сварки представляется надуманной.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Posted

Сомнительно. Парциальное давление кислорода такое же, значит скорость его подачи тоже особо возрасти не должна.

Да, вы правы, без дутья ничего не получится. Но в нашем мире расплавить сталь не получится и с дутьем - тупо не хватит температуры - азот выносит большую часть тепла.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Posted (edited)

азот выносит большую часть тепла

Вот теперь идею понял. За счёт лёгкой добычи чистого кислорода некоторые технологии получаются проще. Скажем, конвертер мог бы быть сразу с верхним дутьём, исключая потребность в сменном днище.

так как не надо очищать железо от шлаков

А вот это - непонятно. Шлак - это смесь оксидов металлов. В вопросе образования их на нагретой поверхности металла различий не вижу.

 

Edited by Zenitchik

Share this post


Link to post
Share on other sites

Posted

А проблема получения стали - она совсем другая. Надо не просто получить сталь, а получить её качественную во всём объёме отливки.

Честно говоря, я не свосем разобрался в матчасти, и за конструктивную критику буду благодарен.

Насколько я знаю, одна из проблем средневековой металлургии  - сталь получали минуя жидкое состояние. Единственным способом расплавить железо была тигельная технология - железная руда перемешивалась с углем и нагревалась. Уголь сгорал в кислороде который уже содержался в руде, да был к тому же, подогретым. Но этот метод очень ненадежен, чувствителен к концентрации обоих компонентов (руды и угля) и т.п. Другой способ получения стали - сыродутный печи и их потомки, штуковены и блауфены (отличаются дург от друга преждве всего размерам). И те и другие получали железо и сталь минуя жидкое состояние. Конечный продукт - крица, содержала шлаки, которые долго извлекали путем многократной проковки. Процесс требует огромных трудозатрат, результат каждый раз получается разным, и велика опастонть брака - достаточно перегреть заготовку, чтобы она стала ни на что негодной.

В наши дни железо и сталь получают совсем другими методами. Сначала в доменной печи железо переплавляется в чугун. Шлак просто выплывает на поверхность. Затем часть кислорода в чугуне выжигается и получается сталь.

 

Share this post


Link to post
Share on other sites

Posted

Это все хорошо, но насколько помню кислород в атмосфере - результат работы фотосинтеза, т.е. гипотетическая атмосфера 90% кислород, 9% азот сама по себе возникнуть не может. Хотелось бы услышать объяснения автора как он представляет себе образование придуманной им атмосферы.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Posted

Уголь сгорал в кислороде который уже содержался в руде, да был к тому же, подогретым.

ЕМНИП, это основа получения чугуна. Уголь отбирает кислород у железа, эта реакция является экзотермической.
По остальному, мне надо покопаться в своих лекциях. Металлургия была на втором курсе, уже многое забыл

Share this post


Link to post
Share on other sites

Create an account or sign in to comment

You need to be a member in order to leave a comment

Create an account

Sign up for a new account in our community. It's easy!


Register a new account

Sign in

Already have an account? Sign in here.


Sign In Now