меньше азота в атмосфере

[letbur]

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.

[Telserg]

О.К. Условно принято.

[letbur]

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

[letbur]

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.

[letbur]

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.

[letbur]

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.

[letbur]

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?

Изменено 4 Nov 2015 пользователем letbur

[letbur]

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.

[letbur]

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.

Изменено 4 Nov 2015 пользователем letbur

[letbur]

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...

[Изяслав Кацман]

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?

Изменено 4 Nov 2015 пользователем Изяслав Кацман

[protopope]

Органика при таком содержании кислорода самовоспламеняется. Все.

[prostak_1982]

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.

[Zenitchik]

Органика при таком содержании кислорода самовоспламеняется.

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

[protopope]

ТС читать бессмысленно и беспощадно...

[letbur]

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.

Изменено 4 Nov 2015 пользователем letbur

[letbur]

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.

 

 

 

[letbur]

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.

 

Изменено 6 Nov 2015 пользователем letbur
Исправил опечатку

[Zenitchik]

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.

[Zenitchik]

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.

[letbur]

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.

[Zenitchik]

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.

 

Изменено 5 Nov 2015 пользователем Zenitchik

[letbur]

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.

 

[Telserg]

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.

[Zenitchik]

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