¿Los cohetes agotan el oxígeno en la tierra?

Cuando usamos nuestros cohetes en el espacio, ¿estamos usando una fracción del oxígeno finito aquí en la tierra?

Supongo que es una cantidad insignificante a nuestra tasa actual de viajes espaciales, pero ¿podría esto convertirse en un problema a largo plazo, suponiendo que aumentemos nuestra frecuencia de viajes espaciales?

Tienes que leer el cuento de Isaac Asimov The Martian Way .
¿De qué manera "usarlo"? ¿Gastar propulsor en el espacio, para nunca volver a la Tierra, o quemarlo para producir dióxido de carbono y/o agua? Quemar no es "agotar" un recurso finito; existen procesos naturales y/o artificiales para realizar la química recíproca, requiriendo sólo el aporte de energía. La mayor parte de lo que quema un cohete para despegar y alcanzar incluso una órbita terrestre baja se gasta directamente en la atmósfera o termina en una trayectoria inferior a la orbital, para volver a caer en la atmósfera de todos modos. Por cierto, el oxígeno es el elemento más abundante en la Tierra, si incluyes toda la roca.
ese oxígeno se libera del dióxido de carbono atmosférico @RonJohn, no se crea. entonces sí, es un recurso finito (aunque vasto).
SÍ. de la misma manera y en la misma medida en que las personas que visitan una playa erosionan un continente al alejarse con granos de arena en los zapatos.
PD Solo un recordatorio... La Tierra tiene una cantidad ridícula de oxígeno. ¡En masa, el 32% de todo el planeta es solo oxígeno! En la corteza, esa cifra es del 47%

Respuestas (4)

Comencemos con una estimación de Fermi:

La atmósfera tiene una masa de alrededor de 5,15 × 10 18 kg , el 20% de eso es oxígeno. El lanzamiento de un cohete utiliza del orden de 10 6 kg de oxígeno. Para usar todo el oxígeno (y suponiendo que las plantas no reponen oxígeno) se requieren 10 12 lanzamientos de cohetes.

Por supuesto, los cohetes son solo una pequeña parte de todo el consumo de oxígeno. Cada año quemamos 4×10 12 kg de petróleo y 7×10 12 kg de carbón . Esto requiere del orden de 10 13 kg de oxígeno.

La quema de petróleo/gas/carbón/madera tiene un efecto medible en nuestra atmósfera. La concentración de CO 2 se mantuvo estable en 280 ppm hasta el año 1800, luego comenzó a subir hasta las 400 ppm que tenemos hoy. La masa total de plantas en la Tierra ya no puede convertir todo el CO 2 que creamos de nuevo en oxígeno. Esto también significa que tenemos que considerar el uso total de oxígeno por parte del cohete, no solo la fracción que se usa fuera de la atmósfera.

Suponiendo que todo el oxígeno se convierte en CO 2 , el contenido de oxígeno ha cambiado en la misma cantidad, de 209 580 ppm en 1800 a 209 460 ppm ahora.

Para que la industria de los cohetes tuviera un efecto similar en nuestra atmósfera, se necesitarían 10 6 lanzamientos de cohetes por año.

La historia de nuestra atmósfera da algunos indicios de lo que podría suceder cuando disminuye el contenido de oxígeno. La fracción de O 2 se mantuvo al 10 % hasta que el suelo y los océanos se saturaron. Sospecho que esto significa que el oxígeno atrapado en el suelo y los océanos comenzará a liberarse una vez que la fracción de O 2 caiga por debajo del 10 %.

¿No deberíamos contar solo la etapa superior?
@Antzi: Depende. Si estamos construyendo y almacenando todos esos hipotéticos 10 12 cohetes para un solo esfuerzo de lanzamiento masivo, entonces la mayor parte del oxígeno terminará en los tanques de la primera etapa. Por supuesto, la falta de oxígeno será el menor de nuestros problemas ambientales en ese momento. Por otro lado, si asumimos que el 10 12 los lanzamientos se extienden a lo largo de un largo tiempo. entonces, cualquier oxígeno consumido por las etapas inferiores permanecerá en la atmósfera como agua y CO2, y eventualmente será reciclado por las plantas. En realidad, también lo hará la mayor parte del escape de la etapa superior, al menos para los lanzamientos LEO.
Para poner esto en perspectiva (dado que 10^12 es "solo" un número): a los 100 lanzamientos/año que tenemos aproximadamente actualmente, necesitarías 10^10 años, que es aproximadamente el doble de la edad de la Tierra.
Estaba pensando más en la línea de los planes eventuales de SpaceX para la colonización de Marte, no en un lanzamiento desde la Tierra. Dado que eso implicará que se queme mucho más combustible en el espacio en lugar de la atmósfera, mi pregunta es básicamente si la Tierra tiene una forma de reponer ese oxígeno o si realmente estaremos agotando un recurso finito.
@Sid: Debido a la tiranía de la ecuación de los cohetes, solo una pequeña fracción de la masa de los propulsores de lanzamiento se consume sobre la atmósfera. Mientras tanto, la Tierra pierde mucho más debido al viento solar que arrasa los confines de la atmósfera, y gana una cantidad similar, como varios óxidos de meteoritos que se queman en la atmósfera.
IANAchemist, pero me imagino que a medida que la presión parcial de oxígeno en la atmósfera cae debido a su gasto en los lanzamientos de cohetes, ¿algún material oxidado cederá O2?
@RussellBorogove La producción mundial anual de mineral de hierro es de alrededor de 2e9 kg, y eso es probablemente un 10-20% de oxígeno de manera conservadora. Las operaciones ordinarias de fundición probablemente puedan liberar el oxígeno utilizado por 100 cohetes al año.
@chepner: La producción de hierro a partir de mineral de hierro no libera oxígeno. El mineral de hierro se reduce con carbono (precisamente monóxido de carbono) y se libera dióxido de carbono. No es posible liberar el oxígeno por fundición solamente. Calentar el mineral de hierro quemando carbón requiere oxígeno adicional del aire. Recomiendo no respirar los gases de escape de un horno de hierro, hay muy poco oxígeno en él. Deberías leer en.wikipedia.org/wiki/… y eliminar tu comentario incorrecto después de eso.
@@RussellBorogove Si metales como el hierro, el cobre o el aluminio entran en contacto con el oxígeno de la atmósfera, se producen óxidos metálicos. Pero el proceso inverso requiere energía adicional para dividir los óxidos metálicos en metal y oxígeno. No es una cuestión de menor presión parcial de oxígeno. El óxido de plata rápido puede liberar oxígeno cuando se calienta, pero no el hierro, el cobre o el aluminio.
@Uwe El dióxido de carbono es fácilmente procesado por las plantas (eventualmente). Sin embargo, mi punto principal es que la atmósfera no es la única fuente de oxígeno en el planeta, ni siquiera la más grande (hay mucho oxígeno encerrado en el suministro de agua del mundo). No quise dar a entender que la fundición como reacción química producía oxígeno puro.
La atmósfera representa sólo una pequeña fracción del oxígeno de la Tierra. La corteza terrestre es casi un 50% de oxígeno. Es casi el doble de la abundancia del segundo elemento más abundante, el silicio.
Se abordaron algunos de los comentarios en mi respuesta.
@chepner: Sería bueno si todo el dióxido de carbono liberado a la atmósfera fuera fácilmente procesado por las plantas, el contenido de dióxido de carbono del aire hubiera sido constante en el último siglo. Pero el contenido está aumentando desde hace décadas, las plantas no son capaces de procesar todo el dióxido de carbono liberado por la humanidad. Si las plantas muertas se descomponen, el dióxido de carbono se libera nuevamente.
No había oído hablar de Estimaciones Fermi antes de tu publicación. Gracias por la hora extremadamente entretenida de googlear que siguió a la lectura de su respuesta :).

respuesta 1

Una persona convierte aproximadamente 1 kg de oxígeno por día ( 1 , 2 ) en dióxido de carbono.

Un Falcon 9 por día convierte quizás 600.000 kg de oxígeno por día.

Un F9 por día es como medio millón de personas.

La población de la Tierra es de 7.700 millones, con un crecimiento de alrededor del 1,2% por año o 92 millones por año o alrededor de 3 Hz.

Entonces, lanzar un Falcon 9 por día usa tanto oxígeno como la cantidad de humanos nacidos en los próximos dos días.

¿Preocupado? No lo soy, pero si lo eres, la Fundación Bill y Melinda Gates, así como otras organizaciones y expertos, nos recuerdan que la mejor manera de reducir el crecimiento de la población es mejorar los graves problemas de las enfermedades y la desnutrición infantil. Lleve al mundo a un nivel mínimo de existencia, y el crecimiento de la población se ralentizará sustancialmente, nuestra conciencia colectiva descansará más tranquila y podremos lanzar más cohetes sin preocuparnos por el oxígeno.

respuesta 2

La biosfera es un sistema dinámico y receptivo. Agregue más CO2 (como lo estamos haciendo ahora, mucho más rápido de lo que estamos quemando combustible para cohetes) y crecerán más árboles y vegetación en el ambiente más cálido y rico en CO2. Eso a su vez produce más oxígeno.

Pero si usamos algo de oxígeno, ¿cómo responderá la biosfera?

Esa es una muy buena pregunta sobre la biosfera , y definitivamente se puede hacer en Earth Science SE (o posiblemente en Biology SE si se escribe cuidadosamente para adaptarse a la actualidad allí).

Mientras tanto, la respuesta de @Hobbes aborda esto un poco, y los océanos funcionan hasta cierto punto como reservorio y regulador atmosférico.

Todos los comentaristas, no mezclen las reacciones químicas del oxígeno con la producción y el agotamiento del oxígeno. La fotosíntesis no produce átomos de oxígeno, tampoco la respiración y la quema de combustibles fósiles lo consumen. Es solo una transición porque las reacciones del oxígeno convierten la energía química en la siguiente ecuación de ejemplo:

CH 4 + O 2 ↽ − − ⇀ CO 2 + 2 H 2 O + energía

ya que el sistema verde de la Tierra hace el balance de eso. Los átomos de oxígeno no pueden crearse químicamente, sino solo mediante nucleosíntesis estelar. Sin embargo, los átomos de oxígeno son fácilmente desperdiciados en el espacio por los cohetes. No hay forma de devolverlos CO 2 y H 2 O producido por los motores de los cohetes. Por supuesto, una cierta cantidad de gases quemados por cohetes caen a la Tierra antes de que haya llegado al espacio, pero otra cantidad es arrojada al espacio. Y no es el punto de agotamiento del 100% lo que hará que las cosas en la Tierra se vean muy mal. Tal vez, si solo se arroja el 0,1% del agua al espacio, habrá grandes problemas aquí. Así que la respuesta es "SÍ".

La mayoría de las otras respuestas se refieren a la química del equilibrio, ya que suponen que la mayoría del oxígeno cargado en un cohete regresa a la atmósfera durante el ascenso, y señalan que ese empuje a la órbita generalmente deja el escape en una trayectoria suborbital. Posiblemente amplíe la respuesta para cuantificar la cantidad no devuelta y compárela con en.wikipedia.org/wiki/Atmospheric_escape
El oxígeno no se produce en la fotosíntesis ni se consume en las reacciones de combustión, pero las reacciones de combustión en los motores de los cohetes supuestamente producen CO 2 y H 2 O . Lo que tú digas, hermano.

No.

  1. El combustible LOX-LH2 (líquido oxígeno-hidrógeno líquido) se utiliza principalmente para salir de la órbita terrestre. Su razón principal es que el hidrógeno líquido hierve a 40K, y no hay una forma sencilla de mantener esta temperatura por mucho tiempo, ni siquiera en el espacio.

  2. El hidrógeno se crea principalmente por dos vías para ello:

    • quema de metano con reacciones catalíticas
    • o por electrolisis del agua

    A medida que se quema el H2, esencialmente estas reacciones van solo en la dirección opuesta.

Por cierto, "LOX (líquido oxígeno-hidrógeno)" es incorrecto, LOX significa Liquid OXygen y LH2 para hidrógeno líquido. Combustible criogénico es el término para LOX y LH2. Cuando se quema H2 con LOX, no se genera metano, solo agua.
Combustible criogénico es el término para cualquier combinación de propulsores que tiene temperaturas de ebullición por debajo de 0 ºC. Esto incluye LOX/LH2, pero también, por ejemplo, LOX/metano.
@Hobbes No mencioné LOX/metano. Escribí cómo se produce h2 para el LH2. Tiene dos vías principales: 1) combustión catalítica del metano 2) electrólisis del agua. No escribí nada sobre los combustibles de metano. Traté de dejar esto más claro en la publicación.
@OrganicMarble La esencia de la respuesta, que el H2 quemado agota exactamente el mismo O2 que se creó a partir del agua mediante la electrólisis . Por lo tanto, no afecta el contenido de O2 de la atmósfera. Si electrolizas agua (mientras creas LOX/LH2) y luego la quemas (mientras disparas el cohete), el contenido de O2 de la atmósfera seguirá siendo el mismo. Exactamente. Hasta el último átomo. Honestamente, estoy sorprendido, cómo puede ser tan poco claro, creo que es muy claro.
@OrganicMarble Si el H2 se creó mediante la quema catalítica de metano, entonces el caso no es tan simple, porque también se produce una gran cantidad de CO2. Pero simplemente no puedo entender qué es tan problemático en cosas tan triviales. No puedo entender el puntaje de la votación. No puedo entender toda esta reacción et al.
¿Los cohetes agotan el oxígeno en la tierra?
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