¿Cómo cambia la composición si extiendes una atmósfera similar a la de la Tierra 50 km por debajo del nivel del mar?

Estoy trabajando para diseñar la atmósfera de un planeta ficticio inspirado en Venus (llamémoslo Cael).

La atmósfera de Cael a una altitud de 50 km es esencialmente idéntica a la atmósfera de la Tierra al nivel del mar , y es paralela a la atmósfera de la Tierra a medida que la altitud aumenta más allá de eso. Quiero averiguar qué debe suceder en los 50 kilómetros inferiores para mantener la atmósfera similar a la de la Tierra donde está. Mi problema es que no puedo encontrar recursos sobre lo que sucede cuando una atmósfera similar a la de la Tierra se extiende hacia abajo en una distancia significativa.

Las atmósferas de Venus , Júpiter y Saturno contienen distintas capas de composición variable causadas por los cambios de temperatura y presión a medida que aumenta la profundidad. Si bien ninguno de ellos tiene una capa de composición similar a la de la Tierra para usar como referencia conveniente, parece lógico que esto también sea cierto en el caso de Cael. Entonces mi pregunta es,

¿Qué tipo de capas se formarían debajo de una atmósfera completa similar a la de la Tierra?

A los efectos de esta pregunta, la atmósfera similar a la de la Tierra comienza en la superficie imaginaria donde la temperatura y la presión de la atmósfera de Cael son funcionalmente idénticas a las de la atmósfera de la Tierra al nivel del mar, 50 km por encima de la verdadera superficie rocosa. Llamaré a esto la altitud equivalente al nivel del mar, o SLE.

Al igual que en la Tierra, Cael tiene una tropopausa de aproximadamente 10 a 20 km por encima del SLE que marca el comienzo de la estratosfera. Por encima de eso está la mesosfera, la termosfera y la exosfera. Al igual que en la Tierra, la composición atmosférica es efectivamente constante hasta la parte más baja de la termosfera debido a la mezcla turbulenta que domina sus interacciones moleculares.

Una estimación muy aproximada de la presión del aire en la superficie de Cael es de 50 atm, según esta "Calculadora de presión de aire en altitud" de Mide Technology Corp. Esa presión está muy por encima de la presión crítica para el nitrógeno (33,5 atm) y justo alrededor de la presión crítica. para oxígeno (49.8).

Basado en mi investigación en otros planetas, creo que es probable que la temperatura aumente con la profundidad hasta un punto entre 100°C y 500°C. Incluso si asumimos que la temperatura permanece constante en lugar de aumentar a medida que desciende por debajo del SLE de temperatura terrestre, las temperaturas críticas de ambos gases están por debajo de -100°C, una temperatura que nunca se ha registrado en la superficie de la Tierra.

Por lo tanto, esperaría encontrar un volumen muy alto de nitrógeno supercrítico, así como un poco de oxígeno supercrítico en la superficie rocosa de Cael. El argón, el neón y el metano también serían supercríticos en esas condiciones.

También espero un poco océanos de agua líquida, porque Cael necesita tener suficiente agua para experimentar nubes de agua y precipitaciones por encima del SLE, y mis estimaciones de temperatura y presión están dentro de la sección líquida del diagrama de fase del agua.

Es casi seguro que la verdadera superficie de Cael está desprovista de cualquier tipo de vida orgánica, a excepción de los extremófilos más resistentes. A menos que otro gas o proceso mantenga el oxígeno limitado a más de 40 km, la presión extrema y (supuestamente) la alta temperatura deberían hacer que incluso los porcentajes bajos de oxígeno sean bastante peligrosos.

La biosfera de Cael está formada por formas de vida flotantes y voladoras que viven en altitudes similares a las de la Tierra. Estos organismos mantienen la alta concentración de oxígeno.

Más información sobre Cael (los elementos en negrita son fijos, otros pueden modificarse):

  • Masa: 6 × 10²⁴ kg
  • Radio medio de la superficie del planeta: 6.450 km
  • Gravedad media en la superficie del planeta: 9,65 m/s²
  • Altitud media de SLE: 50 km
  • Gravedad media en SLE: 9,5 m/s²
  • La intensidad solar y la composición espectral en SLE son las mismas que en la Tierra
La atmósfera más profunda podría ser casi cualquier cosa. Venus tiene una temperatura/presión similar a la de la Tierra en torno a, IIRC, 70 km (justo por encima de la parte superior de las nubes, en cualquier caso), pero las nubes son ácido sulfúrico en lugar de agua.
Sí, la atmósfera de Venus fue lo primero que investigué. Cualquiera que sea la composición de la atmósfera profunda, no puede ser nada que interfiera con tener un clima de manga de camisa en la altitud SLE. Las nubes de ácido sulfúrico, si están presentes, tienen prohibido elevarse por encima de los 45 km. 😁
Tenga en cuenta que no habría límite de fase entre cualquier capa supercrítica cerca de la superficie y la capa de gas de alta presión sobre ella, una simplemente se fusionaría con la otra.
@Slarty Sí, pero puede haber capas atmosféricas claramente definidas de la misma manera que la Tierra tiene capas atmosféricas (troposfera, mesosfera, etc.). O puede que no haya cambios en el comportamiento hasta la superficie. Eso es lo que quiero averiguar.
@Lawton, cierto. Pensando en voz alta, tal vez una alta concentración de algo como el xeon en la atmósfera podría ayudar, ya que la mayoría del xeon, que es mucho más pesado, se mantendría más cerca de la superficie, mientras que la mayoría del oxígeno estaría en la atmósfera superior... pero entonces nuevamente xeon es un anestésico narcótico en cualquier concentración significativa... tendrá que pensarlo un poco más.
La atmósfera inferior puede ser cualquier cosa, siempre que haga la transición a la atmósfera similar a la de la Tierra a 50 km. La presión por sí sola lo haría letal para un humano desprotegido mucho antes de llegar a la superficie; el aire podría estar lleno de ácido, carcinógenos y neurotoxinas mientras permanezcan en el fondo de la atmósfera. 😁
Algo relacionado con lo que quieres: To'ul'hian Worlds from Orion Arm
@TheDyingOfLight Eso es muy relevante, ¡gracias! No estoy familiarizado con ese sitio, ¿sabe si tiene fuentes o datos en los que pueda profundizar?
No conozco ninguna fuente. De hecho, Orion Arm puede haber inventado el concepto. Sin embargo, su descripción de cómo tales mundos evitan convertirse en Venusian Hellscapes suena plausible. Creo que deberías preguntarle a alguien con un doctorado en astronomía para obtener una mejor respuesta. Incluso entonces probablemente será un tal vez sí/no.

Respuestas (2)

Sugeriría que el resultado sería algo como Venus. Puede comenzar con un planeta con una atmósfera similar a la Tierra de 1 atm a 50 km de altitud y una composición similar hasta la superficie, pero eso no sería estable.

Una atmósfera mucho más profunda absorbería más calor y, a una presión y concentración de oxígeno tan altas, el material orgánico en la superficie se quemaría generando una gran cantidad de dióxido de carbono, lo que también aumentaría la temperatura y calentaría la superficie. Esto conduciría a una mayor evaporación del agua de los océanos y una mayor liberación de dióxido de carbono de los océanos aumentando el efecto invernadero.

La temperatura aumentaría dramáticamente, si alcanzara alrededor de 270-300 grados C, comenzaría a hervir los océanos, pero es posible que no llegue tan alto, pero dejaría un mundo hervido con la concentración de oxígeno disminuyendo a medida que los materiales de la superficie se evaporan. oxidado y el oxígeno no fue reemplazado.

Quiero una configuración estable con la atmósfera similar a la de la Tierra en la parte superior, y lo que sea necesario para soportar eso debajo. La única materia viva que estaría en la superficie de Cael sería la vida que evolucionó bajo cualquier condición que exista allí, si eso es posible; y dado que este es un entorno estable en lugar de uno que tuvo un aumento repentino de la presión, no debería haber ningún incendio.
Bueno, se necesita una concentración de oxígeno mucho más baja en la superficie para evitar incendios y, de manera sensata, no se puede tener un gradiente de oxígeno que aumente hacia la atmósfera superior. Me temo que lo que buscas no es posible, pero a alguien se le podría ocurrir algo. La gente aquí es bastante inventiva...
Estoy perfectamente bien si la concentración de oxígeno en la superficie incinera instantáneamente cualquier cosa que caiga allí, siempre que tenga una atmósfera similar a la de la Tierra a 50 km de altura.
Si, eso es un problema. Necesitaría algo que produzca cantidades prodigiosas de oxígeno en la superficie, que pueda resistir la oxidación en un entorno de alta presión de oxígeno a alta temperatura. ¿Quizás algún artefacto alienígena o máquina de geoingeniería salió mal? ¿O es demasiado extravagante? Dicho dispositivo bien podría producir suficiente oxígeno para quemar y oxidar todo lo que podría quemarse u oxidarse, lo que eventualmente conduciría a un entorno de oxígeno a alta temperatura y alta presión que quemaría todo lo que cayera en él.
Hay una extensa biosfera en el aire con plantas análogas que producen el oxígeno, que se mantiene en el aire gracias a la flotabilidad y el viento.

Si hay un bioma flotante en lo alto de la atmósfera que podría producir una gran cantidad de oxígeno y si hubiera un número limitado o ninguna especie de animales, el oxígeno podría acumularse. Al principio, cualquier cosa que pudiera oxidarse en la superficie lo sería, pero eventualmente quedaría poco para quemar y se acumularía oxígeno a alta presión.

Cualquier materia que caiga descendería al suelo y se quemaría liberando CO2. Los niveles de CO2 serían un poco más altos más cerca de la superficie, ya que el CO2 es más pesado que el O2, pero una gran cantidad se desactivaría de regreso al bioma y sería reabsorbido por la (s) capa (s) de la planta, dejando una atmósfera como la Tierra con alto O2 y baja presión de CO2 a 1 bar. 50 km. La mayor parte del carbono accesible del planeta estaría encerrado bajo tierra en rocas carbonatadas o en el bioma flotante.

¿Cómo cambia la composición si extiendes una atmósfera similar a la de la Tierra 50 km por debajo del nivel del mar?
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