¿Qué pasaría si la masa de aire alrededor de la tierra se duplicara?

1 + 1 = 700 (más o menos)

Suposiciones y aproximaciones:

1. La Tierra tiene un radio medio de 6371 km. La línea de Kármán para la atmósfera terrestre no modificada existente está 100 km hacia arriba. Incluso si duplicar la masa de la atmósfera duplicara esto a 200 km (no lo haría), el área de superficie atmosférica efectiva que puede irradiar energía de regreso al espacio cambiaría en una cantidad trivial y no se tomaría en cuenta.

2. La radiación solar interceptada por la Tierra se mantiene en los niveles actuales.

3. Los intentos humanos de detener la adición de la atmósfera adicional o hacer algo relevante posteriormente pueden ignorarse frente a una tecnología tan abrumadora.

4. Cualquier efecto a corto plazo de la atmósfera adicional que se agrega, como las fluctuaciones de temperatura, las ondas de choque hipersónicas que recorren la superficie, etc., son triviales a nivel macro.

Presupuesto de energía: La Tierra tiene un presupuesto de radiación (bien ilustrado en un póster de la NASA aquí ). Para mantener una temperatura constante a nivel planetario, la misma cantidad de energía de la radiación solar que la Tierra intercepta debe ser irradiada o reflejada de regreso al espacio. Si la Tierra cambia sus características para que ya no esté irradiando o reflejando la misma cantidad de energía hacia el espacio, entonces su temperatura cambiará hasta que se alcance un nuevo equilibrio.

Imagínese que está acostado tratando de dormir en un saco de dormir de peso de verano en condiciones de congelación, simplemente no puede calentarse. Ahora imagine que está en un saco de dormir el doble de grueso diseñado para esas condiciones: ahora está abrigado. Su cuerpo sigue generando la misma cantidad de calor y, durante un largo período de tiempo, el saco de dormir sigue irradiando la misma cantidad de calor a las heladas condiciones exteriores, pero se puede mantener una temperatura agradable dentro del saco de dormir.

Duplicar la masa de la atmósfera terrestre tendría el mismo efecto que meterse en un saco de dormir más grueso, excepto que las condiciones en la Tierra pasarían de "normales" a "letalmente calientes". La Tierra dejaría repentinamente de irradiar tanta energía neta al espacio mientras intercepta la misma cantidad, lo que significa que la temperatura sube. El aumento de la temperatura como resultado de agregar más atmósfera se agravaría con:

• el derretimiento de los casquetes polares, lo que disminuiría la cantidad de reflexión superficial y aumentaría la absorción superficial; y
• mayor efecto invernadero a medida que se agrega más vapor de agua a la atmósfera.

Dados los cambios drásticos que están modelando los científicos del clima basados ​​en cambios relativamente pequeños en la atmósfera de la Tierra como resultado de las actividades humanas, es muy probable que agregar toda una atmósfera adicional de gas desencadene un efecto invernadero descontrolado, con un aumento de las temperaturas atmosféricas y de la superficie. por encima del punto de ebullición del agua. Esto convertiría la hidrosfera de la Tierra de aproximadamente 1,4 x 10 ^ 21 kg en parte de la atmósfera, lo que significa que la atmósfera que originalmente tenía una masa de 5 x 10 ^ 18 kg no tendría el doble de masa que originalmente, pero alrededor de 700 vecestanto, siendo el vapor de agua la gran mayoría inicialmente. (Las reacciones químicas comenzarán a ocurrir en el entorno de alta temperatura para cambiar al menos parte del agua en otros compuestos, pero esa es una cuestión completamente diferente). El punto de comparación más cercano sería la atmósfera de Venus , pero la atmósfera de la Tierra cambia masivamente. tienen una presión aún mayor a nivel del suelo.

Plazos: Suposiciones salvajes aquí, pero suponiendo de manera conservadora que agregar una segunda atmósfera a la Tierra dará como resultado una absorción neta promedio del 1% de la luz solar por año durante al menos un par de siglos:

• Tomará entre unas pocas décadas y un siglo elevar la temperatura atmosférica a 100 ° C (dependiendo de la eficacia con la que la corteza actúe como disipador de calor). Durante este período, la masa de la atmósfera solo aumentará gradualmente (a medida que aumenta la masa de vapor de agua), pero la temperatura aumentará constantemente. Mirando cómo esto corresponde a la ley de los gases ideales , la presión del "nivel del mar" solo aumentará muy gradualmente por encima de la presión inicial de 2 atm, pero la "burbuja" de la atmósfera alrededor de la Tierra se expandirá.
• Una vez que la atmósfera alcanza el punto de ebullición del agua, se necesitaría aproximadamente otro siglo para hervir la hidrosfera por completo. Durante este período, la temperatura atmosférica permanecería relativamente constante en torno a los 100 °C, pero la presión al nivel del mar anterior aumentaría continuamente a medida que aumenta la masa de la atmósfera.
• Una vez que la hidrosfera ha terminado de hervir, la presión al nivel del mar anterior permanecerá constante mientras que la temperatura atmosférica continuará aumentando hasta alcanzar un equilibrio. Dado que la Tierra está más lejos del sol que Venus, es probable que la temperatura de equilibrio sea inferior a los 462 °C de Venus. Durante este período, la atmósfera se expandirá hacia el exterior nuevamente a medida que aumenta la temperatura.

Los sistemas meteorológicos que existirán en cada etapa a lo largo de esta progresión están fuera de mi área de especialización. Sin embargo, dado que el aumento de la absorción de energía será desigual en la superficie de la Tierra y cambiará con el tiempo (p. ej., a medida que se derritan los casquetes polares y eventualmente hiervan los océanos), prediría con confianza un aumento en los eventos de alta energía. En el lado positivo, después de las primeras décadas quedarán pocas formas de vida en la Tierra a las que puedan molestar y dentro de un siglo no molestarán a nadie.

La presión aumentaría mucho.

A partir de la ecuación del gas ideal (nRT=PV), duplicar la cantidad de gas (n = número de moléculas * una constante) duplicaría la presión asumiendo un volumen constante. Es poco probable que el volumen de la atmósfera se mantuviera constante, por lo que sospecho que el aumento sería mucho menos del doble, pero el aumento de la presión estaría entre 1 y 2 atmósferas y probablemente mucho más cerca de 2 que de 1.

La composición de la atmósfera sería aproximadamente la misma con el doble de dióxido de carbono para atrapar el calor al menos inicialmente. Pero atraparía mucho más calor aumentando la temperatura lo que permitiría que más vapor de agua ingrese a la atmósfera. Como el vapor de agua es un gas de efecto invernadero, esto aumentaría aún más las temperaturas y fácilmente podría causar un efecto invernadero desbocado con temperaturas globales promedio que posiblemente se eleven muchas decenas de grados o más.

Como nota al margen, agregar toda esa atmósfera en una semana requeriría un proceso bastante sofisticado, por decir lo menos. El volumen de aire requerido podría crear fácilmente ondas de choque hipersónicas y aumentar las temperaturas en cientos de grados a menos que se maneje muy bien (sin duda lo tiene a mano...)

Efectos climáticos potencialmente enormes, depende de cómo esté agregando atmósfera, etc., etc.

Un efecto sería que a cualquier satélite en órbita baja le gustaría comenzar a experimentar fricción y tendría que elevarse en órbita, el resto comenzaría a estrellarse. Pondrías en tierra todos los vuelos espaciales tripulados hasta que se rediseñen las naves espaciales; necesitarían (probablemente) más del doble de su capacidad de empuje actual (más tiempo para atravesar más atmósfera transportando más combustible: más del 90% de todo el combustible se usa para mover el combustible necesario a la altura y velocidad a la que necesita usarse) ).

También podría estar dejando varados (o matándolos en el reingreso) a todos los astronautas en órbita, ya que el reingreso ahora tiene el doble de aire para pasar (¿y quizás el calentamiento por fricción dure mucho más?).

Masa de la Tierra 5,972x10^24 kg
Masa de la atmósfera 5,1480×10^18 kg
Masa de la Tierra después de 5,97200515 × 10^24 kg (aumento insignificante)

Tendría un impacto insignificante en la gravedad, ya que apenas empuja la masa total.

Dependiendo de lo que esté agregando (¿ozono?), y si lo agrega todo al nivel del mar, podría resultar en un mayor porcentaje de cosas que están más estratificadas en la atmósfera superior (actualmente). Estas son pequeñas cantidades de la mayor parte de la atmósfera, pero probablemente se considerarían contaminantes. Esto requeriría un poco de ciencia detallada para averiguarlo. Como un solo ejemplo, el ozono actual se estira tan delgado que tenemos un agujero de ozono, si duplica la atmósfera, la cantidad que necesita para cubrir la esfera a esa densidad se duplica con creces. Por lo tanto, terminaría aumentando enormemente el agujero de ozono, incluso si estuviera inyectando el ozono en la capa apropiada de la atmósfera. Si lo inyectas todo a nivel del mar, a una temperatura media, llevará tiempo, y tener cambios de temperatura para llegar a donde debe ir; sin embargo, la necesidad de que esté donde debe estar será inmediata. Y, AFAIK, el ozono no está disponible en el material de la nube de Oort, entonces, ¿su estación espacial está fabricando esto?

Además, esta es una enorme estación espacial para procesar tanto material, tan rápido. Supongo que tiene antigravedad, ya que tendría que estar bien fuera de un LEO pero necesita algún medio para transportar su producto.

Hay muchas posibles respuestas, que dependen de las elecciones que haga con respecto a la forma en que agrega los gases y las partículas.