Ещё о терраформировании Марса - где взять азот и аргон

[vitus_wagner]

Атмосфера Марса состоит из

углекислого газа 95.3%
азота 2.7%
аргона 1.6%
кислорода 0.13%
угарного газа 0.07%
водяного пара 0.03%

Если 95% имеющейся углекслоты куда-то деть (например, перевести в жидкую/твердую фазу. Это несложно - просто поднять давление до атмосферного, закачав марсианский воздух в какую нибудь емкость, и марсианской ночью само выпадет, даже детандер не нужен) то останется 50% углекислоты, 28% азота 17% аргона и чуть меньше полутора процентов кислорода. 0.7% угарного газа штука, конечно, неприятная, придется каталитически доокислить.
Водяной пар выпадет в жидкуюфазу еще раньше, в процессе сжижения углекислоты. Надо организовать процесс так, чтобы они выпадали раздельно.

Вода нам пригодится. Для фотосинтеза. Потому что при фотосинтезе на каждую молекулу CO₂ нужна в среднем молекула H₂O (исходя из брутто-формулы моносахаридов C₆H₁₂O₆). Так что той воды ещё мало будет, чтобы связать весь углерод из оставшегося углеислого газа.

Образовавшася газовая смесь пригодна для фотосинтезирующих водорослей. После того, как они свяжут почти весь углерод из углекислого газа, у нас получится примерно 45% кислорода 33% азота и 20% аргона (можно посчитать точнее, но смысл?). Это немножко отличается от той смеси 40% кислорода 20 азота и 40 аргона, обсуждавшейся в предыдущем посте. Молекулярная масса такого воздуха всего 32, а не 35, но всё же лучше чем земные 29.

Из килограмма марсианской атмосферы получается несколько меньше 100 граммов такой смеси. При этом давление смеси, которой мы заполняем каньоны должно быть в 25 раз больше, чем давление на поверхности Марса.
Учитывая что плотность атмосферы Марса падает вдвое на высоте 10-12 км, а глубина каньона у нас как раз примерно столько, на один квадратый километр каньона нам нужен воздух с 125 квадрадных киломтетров Марса. Марс, впрочем, без воздуха не останется. Углекислый газ, который мы на первом этапе осаждали, мы на место вернем. Нам он не нужен.

Площадь Марса у нас составляет 144 миллиона квадратных километров. Площадь каньона Офир я как-то пока точно не мерял, но глаз - первые тысячи квадратных километров, Так что для заполнения первой очереди терраформированаия нам понадобится примерно десятые доли процента азота и аргона, содержащихся в атмосфере Марса. Если перекрыть все долины Маринера, то потребуются уже единцы процентов. Но этот процесс явно затянется на десятилетия.

Upd Если предположить что весь формальдегид, содержащийся в марсианской атмосфере, при всех вышеописанных манипуляциях останется в газовой фазе (что правдоподобно, потому что не так его там много, чтобы конденсироваться вместе с углекислотой), то в результирующем воздухе с давлением в четверть атмосферы, ПДК формальдегида будет превышен в 1000 раз. Поэтому при каталитическом доокислении CO, скорее всего, придется подбирать такой катализатор, чтобы и формальдегид окислил.

Comments

MRDS

[alien3]

Спасибо за расчёты.
А мы первую российскую команду на MRDS Марсианского общества собрали.
http://alien3.livejournal.com/1110318.html
http://trv-science.ru/2012/11/20/zhizn-na-marse/
Попытаемся привлечь интерес к Марсу.

Re: MRDS

[vitus_wagner]

Не за что, для себя ведь стараюсь. Мне нужно описать в "Детях пространства" марсианскую колонию, как она выглядит через 170 лет после начала колонизации. Вот и просчитываю немножко предысторию.

[alien3]

Желаю успешной работы над книгой.

[kot_kam]

А можно два вопроса от гуманитария, из чистого любопытства?
1) Чем молекулярная масса 32 "все же лучше", чем земные 29? Я думал, что чем ближе к земным, тем лучше?
2) Зачем нужен аргон в таких количествах?

[vitus_wagner]

Чем больше молекулярнная масса, тем быстрее падает давление воздуха с высотой. А чем быстрее падает давление с высотой, тем меньший перепад давлений должна держать крыша, которой мы будем перекрывать каньон, и тем меньше будут утечки воздуха, если эту крышу пробъет каким-нибудь метеоритом.


На Марсе и так ускорение свободного падения в 2,5 раза меньше, чем на Земле, и соответственно барометрическая ступень во столько же раз больше. "Утяжеление" воздуха позволяет это хотя бы частично компенсировать.

Аргон нужен ровно потому что он тяжелее азота с кислородом, а также потому что он химически инертен.

Еще лучше бы подошёл криптон или ксенон - они ещё тяжелее. Но их - мало. А аргона - много. Его и в земоной атмосфере почти целый процент, а на Марсе так ещё больше.

Поэтому в данном посте рассматривается вариант, при котором мы берем азот и аргон в том соотношении, в котором их "дают" в естественной марсианской атмосфере, а регулируем содержание только кислорода, углекислого и угарного газа, и возможно ещё всякой гадости вроде формальдегида. Впрочем, формальдегида там не так много. Если даже он не выпадет в жидкую фазу при экстракции лишней углекислоты, он, скорее всего, окислится вместе с угарным газом.

[dennis-chikin.livejournal.com]

Тяжелые "инертные" газы не так уж и инертны. Во всяком случае - биологически.
В принципе, даже и аргон может быть неприятен.

[vitus_wagner]

Вопрос в количестве. Человек привык к парциальному давленю аргона порядка килопаскаля (в земной атмосфере аргона около процента и 100кПа).

При рассмотренном в данном посте составе атмосферы, парциальное давление аргона будет порядка пяти килопаскалей. (20% и 25кПа).
Так что это не настолько страшная разница.

[dennis-chikin.livejournal.com]

Надо лезть довольно глубоко в сильно специальную литературу.
Причем с ходу не соображу даже - в анестезиологию или в ОТиТБ.

Во всяком случае, ксенону - точно отказать.

[os80.livejournal.com]

>Еще лучше бы подошёл криптон или ксенон - они ещё тяжелее.
Данунафиг - будут вытеснять кислород под купол.

Вообще я правильно понимаю, что давление Вам нужно, чтобы вода кипела хотя бы при 45-50 градусах? Потому что иначе выгоднее дышать чистым кислородом, а растения выращивать в отдельных "парниках", куда подкачивать марсианский воздух без особой доработки - больше углекислоты - значит меньше устьиц, меньше испарение воды. Принципиальная задница в освоении Марса, если я правильно понимаю, только в воде и энергии - остального в принципе достаточно.

[vitus_wagner]

Воды тоже достаточно. Но вообще вся эта конструкция задумана для того, чтобы растения не приходилось выращивать в специальных парниках. Потому что иначе дешевле было бы обойтись куполами максимум километрового диаметра.

При четверти атмосферы температура кипения, кстати, 65° Даже чай уже почти заварится.

[os80.livejournal.com]

>Воды тоже достаточно.
??? Где?

[vitus_wagner]

В мерзлоте.

[os80.livejournal.com]

Там вроде как не вода, а следы воды...

[kouzdra [lj.rossia.org]]

Подумалось, кстати, что небось и процесс заполнения купола можно на суточном ходе температуры сделать.

[vitus_wagner]

Второго-так точно. Поскольку потребуются здоровенные аккумуляторы либо тепла, либо холода, либо и того и другого, в процессе строительства первого купола это может оказаться невыгодным. А вот когда мы там немного обживемся и будем строить следующую очередь, дармовая альтернативная энергия может очень даже приогодиться.

[prividen.livejournal.com]

А у марсианских колонистов в связи с повышеной молекулярной массой воздуха будут низкие мужественные голоса? При этом тусклые и невыразительные из-за пониженного давления.

А не проводили ли всяких биомедицинских исследований о длительном дыхании аргоновой атмосферой? Например, у него весьма нехилая растворимость. Не будет ли кесонной болезни при вылезании из каньона?

[vitus_wagner]

При вылезании из каньона без скафандра у колониста будут куда более серьезные проблемы с гипоксией, чем с кессонной болезнью.

[os80.livejournal.com]

При вылезании из каньона кессонная болезнь будет из-за кипения воды в кровяном русле.

[vitus_wagner]

Это бред. Потому что давление в кровяном русле будет в любом случае не меньше диастолического давления крови. А его уже достаточно, чтобы кровь не закипела при температуре человеческого тела.

[os80.livejournal.com]

>давление в кровяном русле будет в любом случае не меньше диастолического давления крови.

Не в кровяном русле, а в артериях. А в капиллярах оно 35 мм.рт.ст. в лучшем случае - а при таком давлении температура кипения воды уже ниже 30 по Цельсию.

Ну то есть я согласен, что надо проверять, но уж скорее с водой проблемы будут, чем с аргоном.

[dmitrmax.livejournal.com]

Где-то читал исследования NASA на схожую тему. Утверждается, что даже если человек выйдет без скафандра в открытый космос, то никакого закипания крови и мгновенной смерти не произойдет. Главное выдохнуть, чтобы не получить баротравму. Где-то около 30 секунд можно оставаться в сознании.

Таким образом, переход из зонда в космический корабль через открытый космос, осуществленный Дейвом Боуменом в Космической Одиссее - похож на правду )

[sappa.livejournal.com]

Интересно, что же такого нашел ровер на Марсе, что оно несомненно войдет в учебники истории?
http://www.foxnews.com/science/2012/11/21/mars-mystery-curiosity-rover-big-discovery/
Молчат заразы, несколько недель не перепроверку хотят.

[vitus_wagner]

Главное они уже нарыли. Что какая ни есть, а марсианская атмосфера защищает от радиации не хуже, чем радиационные пояса Земли.
http://www.space.com/18504-mars-rover-curiosity-astronaut-radiation.html

А есть на Марсе собственная активная микрофлора или нет, это мелочи.

[prividen.livejournal.com]

Свежеуточненные данные по атмосфере:
http://cs315331.userapi.com/v315331574/1c4d/KAifbPP0fUA.jpg

[vitus_wagner]

Принципиальной картины это не меняет, ну вместо 33 азота + 20 аргона будет по 25 того и другого.

Поправка

[apximhd]

Площадь Марса составляет 144 млн кв. км.

Re: Поправка

[vitus_wagner]

Да, это я как-то промахнулся при подсчете десятичных знаков.

[astarsan.livejournal.com]

Как химик хочу заметить что формальдегид при достаточном уровне кислорода сам окислится раньше или позже.
Причем учтывая уровень ультрафиолета на марсе скорее раньше (я бы дал от 1 до 5 лет как максимум) да и присутствие водяных паров поможет этому процессу.

Для земли официальные данные такие:
"Средняя продолжительность жизни формальдегида в атмосфере составляет примерно три часа. Она существенно зависит от погодных условий и может быть более длительной при солнечной и ясной погоде и меньше - при пасмурной и облачной."

Учитывая что на Марсе температура будет пониже и атмосфера пожиже - так шоколадно не будет но всеравно я не вижу в этом (в формальдегиде) проблемы.

[vitus_wagner]

Вопрос в том, как к формальдегиду отнесутся те растительные сообщества, задачей которых будет сформировать этот самый "достаточный уровень кислорода". Если пофигистично, то ладно. Всё равно будет довольно продолжительный период когда по-нормальному заселять эти каньоны нельзя, а сотрудники службы озеленения и ландшафтного дизайна могут и в масках поработать.

[lqp [lj.rossia.org]]

Мне кажется неправильным, расчитывая параметры марсианской атмосферы игнорировать тот факт, что большая часть той атмосверы сейчас лежит в замерзшем виде на поверхности.

[vitus_wagner]

Почему неправильным?

Мы расчитали, что того, что не лежит, нам хватит. А с тем что лежит, пусть потом разбираются естественные физические процессы равновесия между газовой и твердой фазами.

Мы тут решаем весьма ограниченную задачу - терраформировать долины Маринера, чтобы там жить было можно. Для этого нам более чем достаточно тех газов, которые можно тупо накачать компрессором из имеющейся атмосферы.

[lqp [lj.rossia.org]]

Ну потому, например, что не будете же вы там жить при температуре -70С. А стоит как-то поднять температуру до совместимой с белковой жизнью, как с земли подымется столько всего, что тем количеством атмосферы, которое там было на момент начала процесса совершенно спокойно можно пренебречь.

В основном это конечно будет углекислота и вода. Сторанно выпаривать микроколичества воды из атмосферы, когда там льда дофига.

[vitus_wagner]

Прочитай предыдущий пост на эту тему.
Мы не собираемся заселять (и терраформироват) весь Марс.

Есть несколько очень удобных долин вблизи марсианского экватора. Вот их мы перекрываем и создаем там пригодную для дыхания атмосферу.

На самом деле её парниковые свойства уже сделают что до -70° температура по ночам опускаться не будет. Добавляем ещё предложенное apximhd зеркала по склонам каньонов, предназначенные для концентрации солнечной энергии на их дне, и получаем замечаетльный климат.

На нескольких маленьких пятачках, погруженных на 12 км ниже среднего уровня окружающих плато.

То что на поверхности плато -70° нас волнует не больше, чем жителей Фолклендских островов волнует то, что в Центральной Антарктиде -88°.

[lqp [lj.rossia.org]]

Нет, все правильно, я как раз об этом.

Если ты берешь одну из глубоких долин - так нужно понимать, что это как раз такое место, куда на протяжении миллионов лет стекало/конденсировалось все что только можно. Соответственно, при повышении температуры там до плюсовой, ты для начала получаешь на месте долины озеро глубиной этак в километр-полтора. И еще полкилометра жидкой грязи.

Соответственно, вопрос у нас теперь стоит не о том,как получить воду из атмосферы, а о том, как от нее избавиться. А учитывая, что почва Марса богата соединениями фтора и железа и вода их конечно из почвы вымоет, атмосфера там будет весьма нездоровая.

И, IMHO, на первых порах кислород проще получать электролизом, углекислоту просто вытесняя.

[vitus_wagner]

Что касается соединений железа, я как-то не могу себе представить чтобы они как-то способсововали нездоровости атмосферы. У железа и на Земле-то кларк 4. См также такие почвы, как красноземы, и такое геологическое явление как красноцветные коры выветривания,

С фтором сложнее.

Вода нам нужна. При связывании углерода из углекислоты фотосинтезом на 12 грамм углерода будет связано 18 грамм воды. На связывание углерода в карбонаты я не очень надеюсь, хотя, если удастя организовать дешевым способом отложение избытков углекислоты в виде сидерита или лимонита, это будет очень классно.

В виде лимонита мы и избыток воды свяжем, и избыток железа. А потом когда-нибудь, когда среда уже утрсясется, мы его потихоньку переработаем на металлургических заводах.