Posted: 28.01.05 04:17. Post subject: Немного космохимии

В свете недавних исследований Европейским космическим агентством спутника Сатурна Титана (http://www.esa.int), решил также высказаться на космическую, вернее, на космохимическую тему.



Речь пойдёт об изменении климата планеты Венера.

Как известно, Венера чем-то похожа на Землю – диаметр 12104 км (95% диаметра Земли), масса 4.87*1024 кг (81,5 % массы Земли), ускорение силы тяжести 0,9 g. Непохожесть Венеры на Землю состоит в том, что Венера вращается в обратную сторону по сравнению с Землей и другими планетами Солнечной системы, и наклон оси вращения к плоскости орбиты составляет почти 900. Из-за такого необычного сочетания направлений и периодов вращения и обращения вокруг Солнца смена дня и ночи на Венере происходит за 117 земных суток, поэтому день и ночь продолжаются по 58,5 сут.
Однако самое главное и наиболее известное обстоятельство, делающее Венеру непригодной для жизни, состоит в том, что:
1) Средняя температура на поверхности Венеры 485 0С.
2) Давление на поверхности – около 90 атмосфер;
3) Атмосфера Венеры состоит на 97% из CO2;

Предлагаю проект, который позволит изменить венерианский климат в значительно более благоприятную (для земной колонизации) сторону.
Известно, что в окрестностях планет-гигантов (Юпитер, Сатурн) много аммиака, в т. ч. замерзшего. Если удастся каким-то образом отколоть от этих планет огромную глыбу – астероид из твердого NH3 и «выстрелить» им в сторону Венеры, то можно вывести такой спутник на околовенерианскую орбиту, причём на этом этапе за счёт вращения астероида можно даже скорректировать вращение Венеры – например, сократить венерианские сутки.
Далее, такой астероид должен по ходу вращения постепенно падать на Венеру и одновременно испаряться с выделением газообразного аммиака, который захватывается атмосферой планеты. В конце концов, такой «спутник» должен полностью испариться и весть аммиак, из которого он состоял, попадает в атмосферу Венеры. Реакция испарения твёрдого NH3 сопровождается поглощением теплоты, поэтому на этом этапе Венера несколько остывает.
При высокой венерианской температуре и давлении аммиак реагирует с углекислым газом – основным компонентом атмосферы планеты. При этом образуются мочевина, меламин, циануровая кислота и другие аналогичные соединения, причём этот процесс в венерианских условиях будет проходить примерно в тех же условиях, какие используются для промышленного синтеза этих соединений:

2 NH3 + CO2 =› NH2COONH4 + 125,6 кДж/моль
NH2COONH4 =› (NH2)2CO + H2O – 15,5 кДж/моль
3 (NH2)2CO =› (HNCO)3 + 3NH3
3 NH3 + 3 CO2 =› (HNCO)3 + 3 H2O

Таким образом, в результате данной реакции выделяется вода и происходит поглощение теплоты – атмосфера Венеры снова остывает. Если температура опустится ниже 100 0C, то выделяющаяся в этой реакции вода должна выпасть в виде дождя – на Венере появляются океаны! Одновременно атмосфера Венеры освобождается от углекислоты – давление значительно падает.

Кроме того, аммиак нейтрализует серную кислоту и хлороводород, которые, как было установлено, входят в состав венерианских облаков.

Второй продукт реакции – циануровая кислота – представляет собой твёрдое вещество, которое также выпадает на поверхность и частично растворяется в образующейся воде. Этим самым венерианская почва подготавливается для будущей растительности, т. к. циануровая кислота является органическим азотным удобрением.

Если всё правильно рассчитать, то можно подобрать такие условия, при которых после такой предварительной обработки на Венере уже смогут развиваться земные микроорганизмы и растения, которые могут фотосинтетически преобразовать оставшуюся венерианскую углекислоту в органику. Одновременно в венерианскую атмосферу выделяется кислород:

6 CO2 + 6 H2O =› C6H12O6 + 6 O2

Поскольку света и углекислоты на Венере много, то процесс фотосинтеза, раз начавшись, может распространяться лавинообразными темпами.

Дело за малым – осталось придумать, как отколоть от планет-гигантов аммиачную глыбу и где взять энергию, необходимую для её транспортировки на Венеру! Надеюсь, что в будущем эта проблема будет решена.

Venus1
Venus2



Что касается расчётов, то мне думается, что их можно сделать уже сейчас.
К сожалению, я не очень силён в термодинамических расчётах, не говоря уже о баллистических.
Если Вы можете помочь в этом деле, напишите об этом!

Как говорят в таких случаях, общество Вас не забудет...

 Posted: 28.01.05 08:07. Post subject: Re: Немного космохимии

Первоначальный проект состоял в том, чтобы поселить кислотоустойчивые фотосинтезирующием микрооргазизмы на аэрозольной основе в верхних слоях атмосферы.
Все проекты заселения других планет являются пока умозрительными, так как даже Луна, до которой значительно ближе, еще даже не начинала осваиватся людьми.

Теперь деготь к вашему проекту:
В окресностях планет-гигантов почти нет аммиака. Он есть только на достаточно крупных небесных телах (сами планеты и крупнейшие спутники), которые в состоянии удержать своей гравитацией довольно подвижные молекулы аммиака. Астероиды аммиака не содержат по тем же причинам.
Если удастся добыть кусок твердого аммиака, то следует его удержать от разлета по межзвездного пространству еще в начале транспортировки. Далее, по мере приближения к Солнцу этот кусок станет терять аммиака очень много за счет солнечного излучения и превратится в комету.
Если удалось доставить кусок (или каплю) аммиака до Венеры, то на орбите его оставлять нельзя - причины выше. Уронив же его на поверхность мы почти не получим изменений в составе Венеры (достаточно сравнить вес атмосферы Венеры и того куска, который будет доставлен).
Реакция между углекислым газом и аммиаком будет осложнена следующими обстоятельствами: 1. аммиак легче углекислого газа и будет находится в верхних слоях атмосферы, 2. Стоит почитать справочные температуры пиролиза образующихся в результате реакции веществ и сравнить их с 500 С на поверхности.

Воды на Венере вполне хватает, просто она в атмосфере в виде облаков. Температура на Венере все равно будет заметно выше чем земная. Если весь углекислый газ превратить в кислород то получим атмосферу из 97% кислорода в которой 1. человек жить не сможет 2. будет проблема с пожарами (кислород же почти чистый). Пункт (2) приведет в возникновению своеобразного круговорота: микроорганизмы вырабатывают кислород, живут и размножаются; отмершие микроорганизмы сгорают в выделившемся кислорода не долетая до поверхности возвращая углекислый газ.

Короче, не все так просто как кажется.

 Posted: 28.01.05 17:14. Post subject: Re: Немного космохимии

chemister пишет:

quote:

Короче, не все так просто как кажется.

Да никто и не спорит!

quote:

Стоит почитать справочные температуры пиролиза образующихся в результате реакции веществ и сравнить их с 500 С на поверхности.

Мочевина в промышленности синтезируется из NH3 и CO2 при 180-230 0С и давлении 12-25 МПа (=120-250 атм). Начинает разлагаться уже при температурах выше 150 0С, по мере повышения температуры последовательно превращается в продукты с меньшим содержанием азота - NH4NCO, биурет, меламин и др.
Например, меламин (т. пл. 364 0С) образуется при пиролизе мочевины при 350-500 0С и давлении 50-400 атм. (промышленный способ получения):

6 (NH2)2CO =› C3H3N6 + 6NH3 + 3 CO2

При нагревании выше 354 0С меламин разлагается с образованием мелема C6C10H6, выше 450 0С мелем также разлагается с выделением аммиака и образованием термостойкого полимера (формула приближается к C3N4).

Таким образом, при нагревании мочевина разлагается с продукты с меньшим содержанием азота. Поэтому, скорее всего, твердый C3N4 (а даже не циануровую кислоту) можно условно считать конечным продуктом реакции NH3 и CO2 в условиях Венеры (500 0С, 92 атм.):

4NH3 + 3CO2 =› C3N4 + 6 H2O

В результате этой реакции 3 молекулы углекислоты превращаются в 6 молекул воды, давление сильно падает.

quote:

Если весь углекислый газ превратить в кислород то получим атмосферу из 97% кислорода в которой 1. человек жить не сможет 2. будет проблема с пожарами (кислород же почти чистый)

Во первых, весь CO2 превращать не обязательно (и причём речь шла о превращении в воду, а не в кислород).

quote:

Пункт (2) приведет в возникновению своеобразного круговорота: микроорганизмы вырабатывают кислород, живут и размножаются; отмершие микроорганизмы сгорают в выделившемся кислорода не долетая до поверхности возвращая углекислый газ.

Примерно то же самое происходит и в атмосфере Земли. Если всю органику Земли (микро- и макроорганизмы, растения, залежи каменного угля и др.) сжечь в имеющимся кислороде, то мы получим атмосферу из CO2, т.е. кислорода как раз хватит на окисление всей имеющейся органики. В земной атмосфере кислород накопился за счёт того, что часть органики вышла из этого круговорота.

 Posted: 31.01.05 07:44. Post subject: Re: Немного космохимии

На земле как-то не привыкли вкладывать деньги в проекты продолжительностью в миллионы лет.

Накопительной формой углерода значит ожидается его нитрид. Свойства нитрида углерода что-то плоховато описаны. Кажется он тоже подвергается пиролизу.

При содержании углекислого газа более 1% человек тоже жить не может. Требуется разбавить атмосферу инертным газом (напр. азотом, но азот у нас входит в накопительную форму).

 Posted: 01.02.05 03:28. Post subject: Re: Немного космохимии

chemister пишет:

quote:

На земле как-то не привыкли вкладывать деньги в проекты продолжительностью в миллионы лет.

chemister
Да это понятно.
Это пока всего лишь идея, изучение имеющихся возможностей. Никто же не предлагает вкладывать в это деньги, по крайней мере сейчас. Во-вторых, этот проект когда-нибудь может стать актуальным, и причём не через миллионы лет, а лет через 200.
chemister пишет:

quote:

Накопительной формой углерода значит ожидается его нитрид. Свойства нитрида углерода что-то плоховато описаны. Кажется он тоже подвергается пиролизу.

Это было всего лишь условное обозначение твёрдого продукта конденсации, на самом деле образуется смесь продуктов. Кстати, чистый нитрид углерода, скорее всего, действительно подвергается пиролизу (до дициана и азота), но, на мой взгляд, этот процесс начинается только при температурах значительно больших, чем 500 C.

quote:

аммиак легче углекислого газа и будет находится в верхних слоях атмосферы

Да, согласен. Но в верхних слоях атмосферы должна постепенно происходить реакция:
NH3 + CO2 =› NH2COONH4
Твёрдый карбамат аммония, очевидно, уже тяжелее углекислого газа, - т.е. он будет «выпадать» в более низкие слои атмосферы Венеры, где будет подвергаться дальнейшему пиролизу с выделением воды и твёрдых продуктов конденсации, и т. д. Таким образом, будет обеспечен перенос этого привнесённого аммиака из верхних слоёв атмосферы планеты в нижние слои.
Во-вторых, образовавшийся «туман» из карбамата аммония и твёрдых продуктов его превращений на время ограничит поток солнечного света, достигающий поверхности Венеры, т.е. Венера дополнительно остывает.

quote:

При содержании углекислого газа более 1% человек тоже жить не может. Требуется разбавить атмосферу инертным газом (напр. азотом, но азот у нас входит в накопительную форму).

Источником газообразного N2 может послужить тот же аммиак, который разлагается до азота под действием солнечного УФ-излучения, - и в результате деятельности земных микроорганизмов. Если бы это было не так, весь азот земной атмосферы давно был бы связан азотфиксирующими бактериями; поскольку этого не происходит, значит, наряду с азотфиксацией, в биосфере Земли имеет место и обратный процесс.

quote:

Уронив же его на поверхность мы почти не получим изменений в составе Венеры (достаточно сравнить вес атмосферы Венеры и того куска, который будет доставлен).

Ну конечно же, речь идёт не просто об аммиачной глыбе - это должен быть огромный астероид, сравнимый по массе с атмосферой Венеры (т.е. диаметром в десятки или даже сотни км). Кстати, справочных данных о массе венерианской атмосферы я почему-то нигде найти не смог.

Конечно же, данный проект - это пока всего лишь чистая фантастика.
Основная проблема в том, что непонятно, как собрать, упаковать и отправить твёрдый аммиак с поверхности планет-гигантов (напр., того же Юпитера, на котором вторая космическая скорость =58 км/с) в неизменном виде на Венеру - и это через 700 млн км пространства!
В то же время, совсем сбрасывать такую возможность не следует - не исключено, что этот проект станет актуальным тогда, когда человечество овладеет соответствующей энергией, а это, скорее всего произойдёт в ближайшие 200-300 лет, а может быть даже раньше.
chemister пишет:

quote:

Первоначальный проект состоял в том, чтобы поселить кислотоустойчивые фотосинтезирующием микрооргазизмы на аэрозольной основе в верхних слоях атмосферы.

Да, я про этот проект читал.
На мой взгляд, этот проект вполне реален, и его можно осуществить в ближайшие годы - если методами генной инженерии будут созданы искусственные фотосинтезирующие микроорганизмы, устойчивые в венерианских условиях. Имеются в виду, конечно же, пока только верхние слои атмосферы Венеры.

В общем, время покажет!

 Posted: 01.02.05 05:03. Post subject: Re: Немного космохимии

Да, кстати, вот интересная ссылка по теме "Тераформирование"

После введения аммиака в атмосферу Венеры реакции будут происходить в следующей последовательности:
1) Синтез карбамата аммония, мочевины и органических продуктов её пиролиза с выделением воды;
2) Фотосинтез (из CO2 и H2O) с образованием углеводов (например, целлюлозы) и выделением кислорода;
3) Распад оставшейся азотсодержащей органики микроорганизмами в выделением N2.

Суммарное уравнение реакции может быть, например, таким:

42 CO2 + 48 NH3 =› [ (1) =› (2) =› (3) ] =› 7 C6H12O6 + 30 H2O + 24 N2 + 6 O2

Видно, что при таком соотношении NH3:CO2 конечная газовая смесь содержит 80% N2 и 20% O2, т.е. именно то соотношение, которое необходимо для нормального существования высших организмов.
Из уравнения реакции можно рассчитать необходимую массу аммиачной глыбы - она должна составлять 44% от массы имеющегося CO2, т.е. примерно 45% массы венерианской атмосферы.

 Posted: 05.02.05 01:54. Post subject: Re: Немного космохимии

Некоторые цифры из - «Химической энциклопедии:

Мочевина (карбамид) NH2CONH2. В промышленности получают при температуре 180-230 С и давлении 12-25 МПа (120-250 атм.) по реакции Базарова:
2 NH3 + CO2 =› NH2COONH4
NH2COONH4 =› NH2CONH2 + H2O
Т. пл. 133 С. При нагревании до 150 С и выше мочевина последовательно превращается в NH4NCO, NH3, CO2, биурет, циануровую кислоту и др. продукты.

Биурет NH2CONHCONH2 - в промышленности получают разложением мочевины при 150-170 С:
2 NH2CONH3 =› NH2CONHCONH2 + NH3
Т.пл. 193 С (с разл.). При нагревании до 160 С разлагается на циануровую кислоту и NH3, при более высокой температуре образует меламин.

Циануровая кислота (2,4,6-тригидрокси-1,3,5-триазин). В промышленности получают гл. обр. пиролизом мочевины.
Т.пл. ›360 C (с разл.).

Меламин (2,4,6-триамино-1,3,5-триазин, триамид циануровой кислоты) C3H6N6, в промышленности получают при пиролизе мочевины при 350-500 С и 5-40 МПа (50-400 атм) или в присутствии катализаторов (Al2O3) при той же температуре и давлении 0,1-1,0 МПа (1-10 атм):
6 NH2CONH2 =› C3H6N6 + 6 NH3 + 3 CO2
Т. пл. 364 С (с разл.). При нагревании выше 354 С меламин [C3N4*2 NH3] разлагается с отщеплением NH3 и образованием мелема.

Мелем (2,6,10-триамино-симм-гептазин, триамид циамеллуровой кислоты), C6H6N10 - аморфное вещество серого цвета.
В промышленности получают в осн. нагреванием дициандиамида или меламина до 450 С при атмосферном давлении. Он м.б. также получен из циануровой кислоты при нагревании под давлением до 10 МПа (100 атм.).
Мелем [2 C3N4*2 NH3] термически стоек до 450 С, выше этой температуры конденсируется с выделением NH3 в термостойкий полимер.

Можно видеть, что венерианские условия (450-500 С, 90-100 атм.) как нельзя лучше подходят для образования продуктов конденсации - с выделением воды и понижением давления. Такие условия вполне можно воспроизвести на специальной установке, моделирующей климат Венеры.
Другой возможный вариант - рассчёт на мощном компьютере (вроде тех, которые рассчитывают погоду или последствия ядерной войны).

 Posted: 17.03.05 01:26. Post subject: Re: Немного космохимии

Я рискну заговорить о таком факторе как время. Честно говоря, вы дали слишком считая, что человество овладеет такой энергией через 200-300 лет. Я считаю, что здесь максимум 150 лет. Почему? Мы практически овладели термоядерной энергией, это уже само по себе огромное достяжение. Следующей ступенью будет, как мне кажется, созданием реакторов на базе антиматерии. Вот только проблем с ней просто громадьё. Сосуды нужны специальные, энергии выделяется чрезмерно много, да и сам синтез весьма затратенн. Вот попробуйте подсчитать сколько даст энергии 1 кг этой самой антиматерии, учитывая то, что в знаменитую формулу Энштейна надо подставлять 2 кг. И скажите, что может сделать эта энергия.

 Posted: 28.04.06 01:54. Post subject: Re:

Я давно размышлял над возможностью обживания Венеры. Причем варианты, основанные на аммиаке и микроорганизмах, были сразу же отброшены в силу их глупости.
Продукты конденсации NH3 и CO2, родственные недавно полученному чистому "триазиноподобному" или "мелемоподобному" C3N4, при тамошних температурах, в силу своей метастабильности, за сроки не более нескольких месяцев нацело разложатся до сажи и азота, который будет прибавляться к уже имеющимся 3 бар парциального давления. А связать потом этот азот, даже на остуженной Венере - на порядок сложнее, чем CO2, так только можно испохабить планету окончательно.

Поселение микроорганизмов создаст аналогичную, хотя и меньшую проблему утилизации избыточного кислорода. Я сразу же сделал вывод, что Венеру неизбежно придется засыпать оксидом кальция, добываемым на Луне на автоматических заводах из местных силикатов, дополнительно к кремнию для солнечных батарей и гелию-3 для земной термоядерной промышленности. При этом будет облагораживаться и Луна, вокруг которой может быть создана динамическая кислородная атмосфера (с возмещением утечки в космос местным производством). Срок засыпки потребуется воистину астрономический, поскольку слой кальцита должен достичь средней толщины порядка двух километров!

Оставшаяся атмосфера 3 атм. азота и аргона уже не представит значительных препятствий освоению планеты, которое можно будет начать с полярных высокогорий (часть азота придется связать). Но это, конечно, не отменяет проблемы мощной солнечной радиации из-за отсутствия местного магнитного поля (на Земле такая проблема возникнет лет через 250 000 000), а также необходимости перебраться к какой-нибудь другой звезде до катастрофы Солнца через 4 500 000 000 лет.

 Posted: 29.04.06 02:23. Post subject: Re:

perdudenkate пишет:

quote:

Причем варианты, основанные на аммиаке и микроорганизмах, были сразу же отброшены в силу их глупости.

Вы знаете, после обсуждения данной темы на Форуме "НК" я также в конце концов отказался от данной идеи. Там эта тема обсуждалась вдоль и поперёк (на 34 страницах), и выяснилось следующее:

- азота в атмосфере Венеры примерно столько же, что и на Земле, поэтому вносить туда лишний азот в таких количествах вряд ли целесообразно;

- в солнечной системе просто нет аммиачных астероидов, кроме того, в атмосферах планет-гигантов аммиака также значительно меньше, чем предполагалось ранее - т.е. аммиак отпадает;

- значительно легче будет сбросить на Венеру ледяные астероиды - например, некоторые спутники Юпитера и Сатурна, которые почти целиком состоят из замёрзшего льда (обычного, а не аммиачного).

Засыпать Венеру окисью кальция не обязательно, т.к. CaO на Венере более чем достаточно, но он находится там в связанном виде - в виде силикатов (а не карбонатов, как на Земле).

Для того, чтобы перевести весь венерианский CaSiO3 в CaCO3 необходимо доставить на Венеру большое количество воды, которой там просто НЕТ (нет ни в атмосфере, ни вообще нигде).

Вода необходима для выщелачивания силикатов; затем необходимо будет понизить температуру - например, с помощью специальных солнечных экранов. Эти 2 пункта и являются основной проблемой тераформирования Венеры.

После понижения температуры океаны начнут быстро поглощать CO2 за счёт образования кальциевых солей (CaCO3, Ca(HCO3)2), давление резко упадёт... а там уже можно и бактерии запускать.

 Posted: 29.04.06 07:24. Post subject: Re:

ChemNavigator wrote:

quote:

Таким образом, в результате данной реакции выделяется вода и происходит поглощение теплоты – атмосфера Венеры снова остывает. Если температура опустится ниже 100 0C, то выделяющаяся в этой реакции вода должна выпасть в виде дождя – на Венере появляются океаны! Одновременно атмосфера Венеры освобождается от углекислоты – давление значительно падает.

Все перелечисленное конечно хорошо , и можно было бы осушествить, НО стоит ли, так как незбывайте что Венера ближе находится к Солнцу чем Земля, и врядли в ее атмосфере удержутся на долгое время вода и тем более аммиак. Ну охлодим планету на лет 100- 200 а дальше??? Надо сново охлаждать или все на смарку получается?
Не лучше ли уже нам освоить Марс?

 Posted: 04.05.06 22:34. Post subject: Re:

C2H5OH пишет:

quote:

Не лучше ли уже нам освоить Марс?

C2H5OH, см. ссылку чуть выше, там это тоже обсуждалось.

 Posted: 03.03.07 11:00. Post subject: Re:

не стоит думать о венере. даже если туда запустить кусок чего-угодно и он туда долетит и создаст атмосферу как-нибудь похожую на земную (что очень мало вероятно), жить там будет нельзя ведь температура там будет те же 500 С, как и сейчас ну или НЕМНОГО ниже, солнце же не остудишь. просто может быть стоит подумать о земле и не гадить здесь, чтобы не пришлось лететь на другие планеты, что бы гадить там!

 Posted: 18.03.07 00:19. Post subject: Re:

Тема про углеводороды из CO2 и др. источников выделена в отдельную ветку - см. тему Альтернативное топливо

Что касается озеленения планет - интересная и очень содержательная статья на эту тему есть в Википедии

 Posted: 15.11.07 22:43. Post subject: Венера - запасная планета

В 2005 году тиражом 1000 экз. была издана книга "Запасная планета". Ее содержание представляет собой проект преобразования планеты Венера для жизни. Пока проект разрабатывают школьники.

 Posted: 13.06.10 21:30. Post subject: :sm36: :sm36: ..