Comience con un planeta como la Tierra a partir de hoy (lo que sea que signifique hoy cuando esté leyendo esto). En aras de la simplicidad, ignore la emisión continua de gases de efecto invernadero a la atmósfera por parte de la humanidad; si lo desea, piense en este nuevo planeta como si no tuviera humanos, y tal vez ni siquiera combustibles de carbono fósil como el carbón o el petróleo.
Ahora, supongamos que en lugar de un nivel de CO 2 de alrededor del 0,04 % (400 ppm), que es donde estamos, la atmósfera de este planeta tiene una concentración estable de CO 2 gaseoso de alrededor del cinco por ciento en volumen (50 000 ppmv), junto con una cantidad significativa de oxígeno gaseoso en la atmósfera.
Eso, por supuesto, tendrá enormes ramificaciones en toda la biosfera, pero mi pregunta aquí es simple:
¿Cuál es el cambio más pequeño en el planeta que le permitirá soportar tal nivel de CO 2 atmosférico como un nivel estable, mientras sigue soportando vida que respira oxígeno en términos generales similar a lo que podríamos estar acostumbrados?
Tenga en cuenta que "más pequeño" no significa necesariamente de menor magnitud (algo así como cambiar la geología de un planeta podría ser de gran alcance), sino que requiere la menor cantidad de handwavium para explicar en otro planeta. No necesariamente tiene que existir una forma simple de llegar desde donde está la Tierra hoy hasta donde está este planeta (o al revés), pero tiene que existir una explicación plausible de cómo un planeta ( algún planeta) es similar a la Tierra. podría terminar en la situación en la que se encuentra este planeta.
Mover el planeta más lejos de su sol. Entonces, si los niveles de CO2 caen, hará demasiado frío para la vida vegetal, por lo que los niveles de CO2 aumentarán. El mismo mecanismo mantuvo la cantidad de CO2 en la atmósfera de la Tierra considerablemente más alta que en la actualidad, hace cientos de millones de años cuando nuestro Sol estaba más frío.
Las rocas de piedra caliza y caliza existen porque la vida ha estado extrayendo CO2 de la atmósfera y convirtiéndolo en rocas durante miles de millones de años. Estoy bastante seguro de que la piedra caliza es responsable de más secuestro de CO2 que los combustibles fósiles. Entonces, para tener más CO2, a lo largo del tiempo geológico, debe:
Mientras tanto, trate de garantizar que su planeta tenga casquetes polares permanentes. Entonces, a lo largo del tiempo geológico, varía de interglacial (Tierra moderna) a glacial (Tierra de la edad de hielo), pero nunca, o rara vez, se desliza hacia la Tierra de invernadero sin capas de hielo (por ejemplo, la Tierra del Cretácico, la Tierra del Devónico). Los casquetes polares son el mecanismo de bombeo para llevar oxígeno a las profundidades más profundas de las cuencas oceánicas.
Si hay oxígeno allá abajo, los carroñeros y las bacterias aeróbicas reciclan rápidamente el carbono orgánico (bestias del mar muerto y caca de plancton). El océano está en equilibrio con la atmósfera, por lo que el C termina allí como CO2.
No hay casquetes polares y los océanos profundos se vuelven anóxicos e inhabitables. Las bacterias anaeróbicas no son tan eficientes en el reciclaje, por lo que la mayor parte del carbono orgánico se incorpora al sedimento, y ese sedimento eventualmente se convierte en rocas. Esa es la razón por la que Gales está lleno de rocas grises como esquistos y limolitas: el color gris son motas de carbono orgánico que nunca se digirieron ni se descompusieron.
Considerando a los humanos como un ejemplo de vida que respira oxígeno, el problema para nosotros es el gradiente de CO2. Generamos CO2 y para expulsarlo, la concentración en el aire exhalado debe ser mayor que la concentración en el aire ambiente. No podemos expulsar CO2 en contra de un gradiente. Este autor estima que el nivel tóxico del CO2 atmosférico es del 6%.
De http://principia-scientific.org/at-what-concentration-does-co2-becomes-toxic-to-humans/
Ahora necesitamos hacer una conexión entre la presión parcial de CO2 en el aire y en la sangre, antes de inhalar y después de exhalar. Para que la molécula de gas cruce de los pulmones a la sangre, debe tener una presión parcial más alta en los pulmones que en la sangre y, obviamente, lo contrario es cierto: si la presión parcial de la molécula de gas es más alta en la sangre que en la sangre. en los pulmones, pasará de la sangre a los pulmones. Cuando se trata de CO2, su concentración en la sangre, después de que la sangre ha recogido todo el CO2 generado por el proceso bioquímico que mantiene vivas las células alcanza la presión de 45 mm Hg, mientras que la presión dentro de los pulmones después de que respiramos en el el aire es de 0,3 mm Hg. Por tanto, mientras la presión parcial de CO2 en el aire que respiramos sea inferior a 45 mmHg, el cuerpo humano podrá eliminar el CO2 producido por las células. Por cierto, cuando las personas sufren un daño cerebral grave que afecta la respiración, la función de esas máquinas que mantienen la vida es traer oxígeno y asegurarse de que todo el CO2 se elimine del torrente sanguíneo. El número a tener en cuenta es 45 mm Hg de CO2 en el aire, o 6 % o 60 000 PPM; esa es la concentración de CO2 que debe alcanzarse para que la humanidad se extinga. Si mis matemáticas me están sirviendo bien, si dividimos 60,000 PPM con 400 PPM obtenemos el 'factor de muerte' para CO2: 150. El número a tener en cuenta es 45 mm Hg de CO2 en el aire, o 6 % o 60 000 PPM; esa es la concentración de CO2 que debe alcanzarse para que la humanidad se extinga. Si mis matemáticas me están sirviendo bien, si dividimos 60,000 PPM con 400 PPM obtenemos el 'factor de muerte' para CO2: 150. El número a tener en cuenta es 45 mm Hg de CO2 en el aire, o 6 % o 60 000 PPM; esa es la concentración de CO2 que debe alcanzarse para que la humanidad se extinga. Si mis matemáticas me están sirviendo bien, si dividimos 60,000 PPM con 400 PPM obtenemos el 'factor de muerte' para CO2: 150.
Los humanos toleran niveles elevados de CO2 OK. Las personas con apnea del sueño o enfisema compensan los niveles elevados de CO2 a través de varios medios metabólicos.
Esta parte de la respuesta está destinada a abordar el componente de vida de respiración de oxígeno de su pregunta: la respuesta: lo haremos bien.
En cuanto a por qué el planeta podría tener un nivel establemente alto de CO2 que genera problemas de entrada y salida. ¿De dónde viene el CO2 y adónde va? Es lo mismo para cualquier presupuesto: ingresos vs gastos. La atmósfera solía tener cargas de CO2. Luego, los organismos fotosintéticos la destruyeron durante mil millones de años más o menos. Si quieres más CO2 puedes
Aumentar la adición de CO2 a la atmósfera: de la combustión, del aumento de la degradación de las rocas carbonatadas, de la desgasificación volcánica, de los aportes extraterrestres.
Disminuir el secuestro de CO2. El principal consumidor de CO2 son los organismos fotosintéticos. Podrías paralizar los fijadores fotosintéticos de CO2 de alguna manera; tal vez poca luz? ¿Escasez de nutrientes? ¿Aumento de la radiación ambiental, UV o ionizante? ¿El océano se volvió demasiado caliente o demasiado ácido? Cualquier método en el que las adiciones excedan más de lo que los fotosintetizadores pueden arreglar.
Otro consumidor de CO2 es el agua, es soluble. Los océanos actúan como un amortiguador. Puede hacer un doctorado completo sobre este tema y, por lo tanto, no proporcionará enlaces. La capacidad del agua para solvatar CO2 (o cualquier gas) aumenta a medida que disminuye la temperatura del agua. El agua caliente disuelve menos gas. Si los océanos se calentaran, contendrían menos CO2. En teoría, un océano más cálido y ácido podría paralizar los fotosintetizadores oceánicos a corto o mediano plazo, lo que podría ayudar con ese aspecto de su mundo.
Podría haber aumentado la actividad volcánica, aumentar la emisión de gases de CO2 interno, aumentar la descomposición de las rocas carbonatadas y también calentar bien los océanos desde abajo si el núcleo de la Tierra comenzara a calentarse . Me preguntaba sobre esto en el contexto de una pregunta anterior y, por lo tanto, pregunté en la pila de física:
https://physics.stackexchange.com/questions/351327/is-decay-heat-proportional-to-half-life
La respuesta es un poco embriagadora para mí, pero le quito que sí: si hay un producto de descomposición con una vida media más corta, es posible que el calor total de descomposición aumente temporalmente. El calentamiento de su tierra se calentaría de adentro hacia afuera y podría conducir a los cambios descritos anteriormente que afectan la homeostasis del CO2.
El dióxido de carbono es generado por organismos vivos en la Tierra y luego se convierte en oxígeno a través de la fotosíntesis, si no tenemos en cuenta las emisiones provocadas por el hombre, los incendios forestales y la actividad tectónica, etc. Por lo tanto, cualquier mecanismo que reduzca la cantidad de organismos fotosintéticos en relación con los oxidantes aumentará los niveles de CO2. Alternativamente, una mecánica geológica como el cierre o la desaceleración de la actividad tectónica aumentaría los niveles de CO2 a medida que los océanos absorben menos gas y lo reciclan en el manto por subducción tectónica.
AlexP
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