¿Sería respirable para los humanos la atmósfera de un planeta alienígena con la siguiente mezcla de gases?

  • 35% O 2 (oxígeno)
  • 61% Ar (argón)
  • 1,07% CO2 ( dióxido de carbono)
  • 0,93% como arsénico
  • 2% Otros oligoelementos

En un exoplaneta con una masa de 0,284 Tierras y una gravedad superficial de 0,66 g (6,44 m/s^2), ¿esta atmósfera sería respirable para los humanos? Si es así, ¿habría algún efecto a largo plazo en comparación con nuestra atmósfera aquí en la Tierra? Escuché que el argón es narcótico, pero no estoy seguro de a qué concentración se convierte en un obstáculo notable para la actividad humana.

Como pregunta adicional, ¿de qué color sería el cielo en este planeta suponiendo que orbita una estrella como la nuestra? :)

¿Cuál es la temperatura y la presión atmosférica? El arsénico no será un gas en condiciones en las que los humanos puedan vivir (y mucho menos respirar).
Ummm... ¿Terrícola? xD Si no se dieron cuenta no se mucho de quimica ni de ciencia atmosferica. ¿Con qué otro gas inerte podría reemplazar con seguridad el nitrógeno en lugar del argón?
¡El arsénico es bastante tóxico! en.wikipedia.org/wiki/Arsenic_toxicity - además, una atmósfera con un 35 % de oxígeno es un gran riesgo de incendio: "muchos textiles 'no inflamables' se quemarán ferozmente en el aire que contiene tan solo un 30 % de oxígeno" boconline.co.uk/ es/sheq/gas-safety/gas-risks/oxygen-gas-risks/…
¿Argón? (Gas no reactivo con el símbolo químico Ar no reactivo porque es un gas noble por lo que se descubrió su grupo...)
@Z.Schroeder: ¿Qué quiere decir con "arsénico"? ¿Cómo se te ocurrió esta mezcla? ¿Quiere decir literalmente arsénico, como suponen todas estas respuestas, o está buscando algo diferente, tal vez un compuesto que contiene arsénico que es gaseoso en condiciones hospitalarias?
¿Es esta realmente una cuestión de construcción de mundos? A mí me parece más bioquímica...
Por favor, elimine esa pregunta adicional. Podría hacer una pregunta de seguimiento en una etapa posterior, pero con eso, simplemente lo hace demasiado amplio. ¿Qué investigación has hecho hacia cada uno de los elementos? La página de Wikipedia para cada uno sería un comienzo. ¿Y por qué quieres esa concentración/elementos?
¿Cuál es la presión atmosférica de ese planeta? como la tierra?
2% other trace elements¿Podrías decir qué elementos? Necesito esa información para calcular una presión parcial adecuada.
Además del problema con el arsénico, tienes un problema de retención: tu planeta no puede retener esta atmósfera durante tanto tiempo.

Respuestas (6)

Bueno, vamos uno por uno:

  • Oxígeno. 35% es muy alto. No es algo que lo mataría directamente, pero lo suficiente como para causar muchos incendios "espontáneos" y daño oxidativo significativo con el tiempo (es decir, disminución de la vida útil, aumento de la incidencia de cáncer, etc.). El oxígeno es malo para la salud.
  • Argón. No es tóxico, pero es mucho más denso que "nuestro" aire, lo que podría generar bolsas mortales si el aire no se mezcla bien (esto sucede en la Tierra, donde el argón introducido desde, por ejemplo, las líneas de aceite puede escapar y desplazar el aire respirable). Curiosamente, es muy similar al oxígeno: reaccionará de manera similar cuando se difunda, por ejemplo, por lo que podría ser seguro al final. Sin embargo, es difícil decir cómo funcionaría en la práctica sin saber de dónde se origina el argón.
  • Dióxido de carbono. El 1% ya es bastante. En comparación, en la Tierra, la concentración media es de alrededor del 0,04%. Todavía no es suficiente para producir mucho efecto en la respiración a menos que esté haciendo un trabajo pesado o tenga problemas respiratorios. Sin embargo, nuevamente, es importante de dónde proviene el dióxido de carbono. ¿Cuánto cambia la concentración del día a la noche, o durante el año?
  • Arsénico. como un gas No. Simplemente no. Bajo "presión estándar", necesitaría al menos 600 °C para tener arsénico gaseoso. No importa si es respirable o no, tus humanos van a morir de todos modos.
  • Oligoelementos. Depende de lo que sean, en realidad. 2% sigue siendo suficiente para sustancias mortales, si sabes lo que estás haciendo. Sin embargo, dado que ya tiene oxígeno libre en la atmósfera, podemos descartar muchas de las peores cosas que no sobrevivirían mucho tiempo en esa atmósfera.
Tenga en cuenta que con 1/5 de gravedad terrestre, la presión del aire sería menor, lo que haría que el oxígeno fuera menos peligroso. El oxígeno puro es respirable a 0,2 de presión atmosférica .
@TomášZato: el planeta en cuestión tiene 2/3 de la gravedad de la Tierra. También la presión del aire puede ser grande incluso con baja gravedad, dependiendo de la masa de la atmósfera.
La separación basada en la densidad no será un problema. El dióxido de carbono tiene un peso molecular de aproximadamente 44 y no se acumula en absoluto debido a la separación natural por densidad. La falta de oxígeno debido al argón, etc. es el resultado de una gran producción localizada de gas inerte, que no se asienta.
@GaryWalker Sí, por eso noté que depende de dónde provenga el argón. Por ejemplo, podría ser un problema de la misma manera que el dióxido de carbono en la Tierra si se acumula con el tiempo debajo de un lago y luego se libera todo a la vez. No estoy seguro de cómo podría obtener una atmósfera de argón al 61%, por lo que esta es una pregunta importante.
No estoy de acuerdo con el riesgo para la salud del oxígeno. Al cuerpo le importa un bledo cuál es el porcentaje de oxígeno en la atmósfera. Lo que le importa al cuerpo es la presión parcial del oxígeno en la atmósfera. Demasiado bajo, mueres. Demasiado alto, mueres.

Bueno, dado que el arsénico es un gas por encima de 887 K (615 °C, 1137 °F) que es más caliente que un horno de pizza , tendría que decir que no, los humanos no podrían respirar eso .

Si el arsénico está presente como una especie de partícula persistente o una sustancia química que contiene arsénico, mi pensamiento inmediato es el smog . Como análogo al fósforo, podría usarse en ese planeta de la misma manera que vemos los fosfatos aquí. Pero no sé qué tipo de compuestos pueden existir o cómo quedan suspendidos en el aire. Asumiendo que es una partícula y no un gas, los filtros simples pueden separarlo.

La arsina sería el compuesto gaseoso más probable que contuviera arsénico, y sería una especie de opuesto al smog. El smog es nitrógeno oxidado mientras que la arsina es arsénico reducido .
Hay un significado termodinámico de que los fluidos están en solución entre sí y eso tiene límites de fase correspondientes. De hecho, hay diferentes formas en que las partículas pueden unirse íntimamente con el gas, más allá del hecho de que los filtros mecánicos pueden separarlas.
Partículas, sí. 0.93% de la atmósfera como partículas flotantes? Buena pena NO
PD si ese arsénico está en el aire en forma de partículas. La EPA declara 300 microgramos por m3 como peligrosos . Su aire es de 12 000 microgramos por m3. Esto es ignorar que el arsénico es un veneno letal, por supuesto. Al igual que el "humo" no venenoso, te matará en minutos. Si respira oxígeno y su metabolismo celular funciona con ATP, no puede tolerar el arsénico.

Bueno, su pregunta principal fue respondida, aquí está mi puñalada en la última pregunta.

Primero, una observación. Este gráfico muestra la velocidad de escape relativa necesaria para que un gas abandone un planeta:

ingrese la descripción de la imagen aquí

Atribución: Por Cmglee - Trabajo propio, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=42449252

Entonces, para su planeta sugerido, creo que el 35% de oxígeno combinado con el 61% de argón (que es mucho más pesado que el oxígeno como ya se dijo) podría no ser factible, debido a que el oxígeno escapa de la atmósfera. Si el arsénico es realmente gaseoso, definitivamente estaría demasiado caliente para que el oxígeno permanezca en la atmósfera.

así, el color. Tanto el nitrógeno como el oxígeno y el argón son incoloros. Por lo tanto, no habría tanta diferencia en el color puramente del contenido atmosférico. Sin embargo, dado que el volumen del planeta es solo aproximadamente 1/4, el radio también disminuye drásticamente, lo que significa que hay menos difusión de la luz solar desde la atmósfera, ya que también es más pequeña. Es probable que el cielo sea de un azul mucho más profundo debido a esto, ya que las longitudes de onda más cortas son menos difusas.

¡Hora de las matemáticas! Voy a volcar la mayoría de las unidades ya que se sabe que estas fórmulas funcionan.

La fórmula de la gravedad es F = G(masa1*masa2)/D al cuadrado. No conocemos D (la distancia) y supondremos que la masa2 (nuestro peso) es de 60 kg. mass1 es igual a 0,234 masas terrestres, que es 1,39749246e24. G es 6.67408e-11. Suponiendo que la fuerza g también es 1/3 de la Tierra en 640, obtenemos un radio de aproximadamente 3000 km según Wolfram Alpha. Este planeta tendría aproximadamente 1/8 del tamaño de la Tierra, pero la masa es solo 1/4, por lo que la densidad sería el doble que la de la Tierra.

También podemos ver que este planeta no puede tener una presión atmosférica similar a la de la Tierra. La presión es igual a la masa por área de superficie. La masa es una relación entre densidad y volumen. El problema es que este planeta no tiene suficiente gravedad para tener una atmósfera más alta que la de la Tierra, y la densidad requerida para una atmósfera similar requeriría una temperatura mucho más baja de lo que es habitable. Así que este es literalmente un planeta imposible.

No estoy seguro de por qué crees que se escaparía el oxígeno. La velocidad de escape del planeta en cuestión es de 6,86 km/s. Además, bajo una gravedad más baja, se necesita una atmósfera más masiva para obtener la misma presión/densidad superficial. Eso significa una atmósfera más profunda y, por lo tanto, más dispersión. (¿Y de dónde sacaste un volumen de 1/4?)
No creo que el argón sea mucho más pesado que el oxígeno. La masa molecular del O₂ es de alrededor de 32 g/mol, mientras que la masa atómica del argón (gas monoatómico) es de 40 g/mol.
@MackTuesday supuse que el planeta tendría una densidad similar a la de la Tierra. 1/4 de la masa es 1/4 del volumen. Tampoco dijo que la presión superficial sería la misma.
@Nzall - Oh, está bien. Es solo que estás hablando del volumen de la atmósfera, no del planeta. Con respecto a la presión, veo que respondiste antes de que él dijera en los comentarios que era "terrícola". Culpa mía.
@MackTuesday Edité mi respuesta para aclarar y también agregar matemáticas adicionales que señalan contradicciones en la pregunta.
@Nzall - Genial. Sin embargo, lo que dices sobre la presión no es cierto. Venus tiene casi el mismo tamaño que la Tierra y su presión es de 90 atmósferas, y es más caliente. No parece haber limitaciones claras sobre cuán masiva puede ser la atmósfera de un planeta más pequeño. Además, creo que podrías haberte equivocado en tu cálculo del radio y la densidad del planeta. La aceleración gravitatoria es proporcional a la masa/radio al cuadrado, por lo que para obtener el radio tomamos sqrt (masa/acc) para encontrar 0,66 Tierras. No mucho más pequeño. El volumen correspondiente es 0,66^3 = 0,282, lo que da la misma densidad que la Tierra.
La presión atmosférica es simplemente cuánta atmósfera tienes * la gravedad superficial. Si viertes más gas en un planeta, la presión sube. No es que los mundos pequeños no puedan tener atmósferas densas, es que no pueden contener atmósferas.

Sí, es respirable, pero con el 61% de las personas de Argón siempre tendrían voces demoníacas, este gas es lo opuesto al helio.

Además, el polvo de arsénico sólido en el aire podría dañar con el tiempo los pulmones humanos, pero podría tomar hasta 30 años para algo relevante.

El peso atómico del argón es 40. El xenón da una voz retumbante y es 131 (y demasiado caro. El hexafluoruro de azufre es 146). El nitrógeno, al ser diatómico, es 28. Así que el argón no tendrá tanto efecto en tu voz.

No conozco la presión atmosférica de su mundo, así que asumiré que es como la de la Tierra: 101.325 kPa .

Atmósfera: 101.325 kPa

  • 35% de oxígeno.
  • 61% argón.
  • 1,07% de dióxido de carbono.
  • 0,93% de arsénico.
  • 2% otros oligoelementos.

Primero

El arsénico es:

  • Veneno mortal. Aquí puedes leer sobre los síntomas y más información.
  • Imposible que sea un gas en tu atmósfera actual (necesitas cambiar mucho la presión y temperatura de la atmósfera a 615°C).

Segundo

  • 2% otros oligoelementos.

Para calcular la presión parcial de los gases necesito saber la masa molecular de other trace elements, como no los conozco los reemplazaré con N 2 (un gas muy común).

Presión parcial

| Gas % gramos/mol Moles Mol fractal Presión parcial (kPa) 0,66  gramo O 2 35% 32 1.09 40,08% 40.61 26,8 Arkansas 61% 39.95 1.53 55,96% 56,7 37.42 CO 2 1,07% 44.01 0.02 0,89% 0.9 0.6 Como 0,93% 74.92 0.01 0,45% 0.46 0.3 norte 2 2% 28.01 0.07 0,45% 2.65 1.75 Total 100% 218.891 2.73 100% 101.325 66.8745 |

  • Alto valor de oxígeno: Los humanos necesitamos alrededor de 21 kPa de oxígeno para "funcionar" correctamente, tienes el doble, tu gente sufriría hiperoxia . Además, cuando el oxígeno está por encima de los 50 kPa , se vuelve tóxico , afortunadamente su O 2 no es tóxico, pero sería molesto para su población.
  • Asfixia por argón : aunque el argón no es tóxico, es un 38 % más denso que el aire y, por lo tanto, se considera un gas asfixiante peligroso en áreas cerradas. Es difícil de detectar porque es incoloro, inodoro e insípido.
  • Argón narcopsia : No sé mucho al respecto, pero creo que puede causar narcopsia como el nitrógeno ( 56,17 kPa de argón es mucho, tal vez podría producir algo de mareo). Además, no estoy seguro, pero el xenón debilita la barrera sanguínea del cerebro y esto aumenta la probabilidad de infecciones en el cerebro, el argón y el xenón son gases inertes, anestésicos y narcóticos, tal vez el argón también debilite la barrera.
  • CO 2 ligeramente por encima de lo normal: la cantidad máxima de CO 2 en el aire puede ser del 1% sin problemas visibles, al 1,5% morirías en un mes, tienes el 1,07% , tal vez tarde años en matarte o tu cuerpo se adaptará para sobrevivir.
  • Arsénico letal: ver arriba.

Para más información sobre los gases en la atmósfera puede consultar esta respuesta (efecto de varios gases con énfasis en O 2 ) y esta respuesta (efecto de varios gases en dosis extremas con énfasis en intoxicación por CO 2 ).

Tu mundo tiene una gravedad de 0,66 g y no indicas la presión de tu atmósfera. La información anterior asume que la presión es igual a la de la Tierra , pero no sé si es la misma presión o la misma cantidad . Si es la segunda opción, sus presiones parciales se encontrarán en la última columna de la tabla, en ese caso no tendrá hiperoxia , pero el argón aún podría ser peligroso.

Lo siento, pero no sé acerca de su pregunta adicional (¡lo compensaré con una verificación gratuita de la estabilidad atmosférica !.

¡Calculando si se escaparán gases!

1) Cálculo de la velocidad de escape:

En física, la velocidad de escape es la velocidad mínima necesaria para que un objeto escape de la influencia gravitacional de un cuerpo masivo.

  • Velocidad de escape = v mi = 2 × GRAMO × METRO r = 2 × gramo × r
  • Dónde:
    • G es la constante gravitacional : ( GRAMO 6.67 × 10 11  metro 3 × kg 1 × s 2 0.0000000000667 )
    • M es la masa del cuerpo a escapar (planeta) en kg.
    • R es la distancia desde el centro de masa del cuerpo al objeto en metros.
    • g es la gravedad en m/s 2 .

El problema es que no sabemos el radio de tu planeta :

La gravedad se puede calcular:

gramo = metro r 2
Donde g es la gravedad de la superficie del planeta, en un múltiplo de la masa de la Tierra, m, en múltiplos de la masa de la Tierra (5,976 · 10^24 kg) y r su radio, expresado como un múltiplo del radio (medio) de la Tierra (6.371 kilómetros).
Entonces, para calcular el radio puedo hacer:
r = metro × gramo

En un exoplaneta con 0,284 de masa terrestre y una gravedad superficial de 0,66 g (6,44 m/s^2).

r = 0.284 × ( 0,66 ) = 0.18744 = 0.43
0.43 × 6 , 371  kilómetros = 2758.28  kilómetros

Asi que:

v mi = 2 gramo R = 5 , 960  milisegundo

2) Ahora, si la velocidad RMS ( velocidad cuadrática media ) de cualquier gas en su atmósfera es igual o mayor que la velocidad de escape del planeta, entonces ese gas escapará rápidamente y estará ausente.

  • RMS = v valor eficaz = 3 × R × T METRO metro
  • Dónde:
    • Vrms es la raíz cuadrada media de la velocidad en metros por segundo.
    • mmm es la masa molar del gas en kilogramos por mol.
    • R es la constante molar de los gases . R = 8.3144598 ( 48 )  j × mol 1 × k 1
    • T es la temperatura en grados Kelvin (K = °C + 273,15). Usaré 25 °C (298,15 K) , creo que es la temperatura "normal" utilizada en los cálculos de gas donde se especifica.

| Gas kg/mol RMS O2 0.032 482.08  milisegundo Arkansas 0.039 431.45  milisegundo CO2 0.044 411.07  milisegundo Como 0.074 315.06  milisegundo N2 0.028 515.27  milisegundo |

¡Tu atmósfera es estable! (o al menos a corto plazo, no sé cómo calcular la distribución de Boltzman para edades geológicas).

Es teóricamente respirable por su porcentaje de oxígeno gaseoso, pero los humanos tardarán años en adaptar sus cuerpos a esas condiciones y vivir como en la tierra. El argón y el arsénico son el mayor problema y su porcentaje es realmente alto para ser aceptado por un cuerpo humano. En algunos milenios, los seres humanos mutarán su organismo para sobrevivir a las nuevas condiciones de vida.

Bienvenido al sitio, Alberto. Tenga en cuenta que hay tres preguntas que se hacen aquí. Si pudiera editar su respuesta para incluir material relacionado con las otras preguntas, incluida cualquier investigación requerida, se lo agradeceríamos. Preferimos que las respuestas sean más que simples, para garantizar que se brinde suficiente información para abordar completamente los problemas del OP.