Esta no es una pregunta sobre si los organismos flotantes, similares a globos, son biomecánicamente viables; ya sé la respuesta a eso, que es sí. En cambio, esto trata sobre la plausibilidad de que tal cosa evolucione, un problema en el que he pensado varias veces.
Entonces, en mi mundo alienígena, hay invertebrados coloniales gigantes, similares a los sifonóforos, y forman enormes sacos en forma de globo, que flotan en el cielo y se alimentan de plancton aéreo por filtración. Flotan por medio de gas hidrógeno, que producen por electrólisis (usando bioelectricidad para dividir las moléculas de agua en el aire).
Sin embargo, recientemente discutí este concepto con otros, y parece que los organismos de globo son algo bastante difícil de justificar, principalmente debido a la energía gastada en producir el gas de hidrógeno. Un amigo investigó un poco y, según sus búsquedas en Google, se necesitan alrededor de 4 kilovatios hora para dividir un litro de agua en gases de hidrógeno y oxígeno, lo que le da 1200 litros de gas de hidrógeno. Eso puede levantar aproximadamente 4 libras en una atmósfera similar a la de la Tierra, lo que le brinda la capacidad de levantar aproximadamente 1 libra de masa por kilovatio hora. 1 kilovatio hora, me dijeron, cuesta 3.500 kilocalorías para producir.
Ahora, antes de continuar, permítanme decir que mi planeta no tiene condiciones idénticas a la Tierra. La gravedad es unas 0,85 veces menor, mientras que la atmósfera es más densa, quizás un cuarto del camino o un poco por debajo entre la Tierra y Venus. ¿Alguien sabe si es factible modificar los cálculos anteriores para aplicarlos a estas condiciones?
Entonces, incluso en un lugar con una atmósfera unas 20 veces más densa que la de la Tierra y una gravedad 0,85 veces menor, dudo que la tasa de conversión de 1 Kwh = 1 lb se altere drásticamente. Siguiendo con esa ecuación inicial, incluso si la colonia de globos fuera tan liviana que pesara solo lo que pesa un humano, todavía gastaría alrededor de 500,000 kilocalorías levantando su masa, lo cual, seamos sinceros, es ridículo: es 1 millón de veces la diaria. calorías gastadas en un cerebro humano masculino.
Entonces, supongo que lo primero que necesito saber es cuánto cambiarán las condiciones alteradas la ecuación de 1 Kwh = 1 lb. Si lo hace por mucho, lo que dudo, entonces es un comienzo.
Luego está la cuestión de cómo puedo continuar para reducir el tremendo costo en energía de flotar con hidrógeno. De hecho, su estilo de vida no es exactamente el peor imaginable para reducir el gasto de energía. Aquí hay algunas cosas que deberían ayudar al reducir la ingesta de calorías en otras áreas de la vida:
Entonces, aquí está mi pregunta principal , resumida:
En una atmósfera 20 veces más densa que la de la Tierra y con una gravedad 0,85 veces mayor que la de la Tierra, ¿podrían los organismos que tienen las características anteriores flotar por medio de una enorme vejiga de gas hidrógeno, produciendo hidrógeno mediante electrólisis? ¿Existen otros métodos de producción biológica de hidrógeno, reales o especulativos, que sean más eficientes energéticamente?
Nota: el gas debe ser hidrógeno, y preferiría que los métodos de producción de hidrógeno que requieren fotosíntesis no se usaran en las respuestas.
Un organismo vivo no produciría hidrógeno a través de la electrólisis, usaría una reacción química (como señala Mike Nichols). En el libro de Peter Dickenson El vuelo de los dragones , cubre varios procesos biológicos que ya existen en los seres vivos que producen hidrógeno como subproducto.
En segundo lugar, si la criatura puede comenzar muy pequeña y crecer durante un período de muchos años, la energía requerida para generar ese hidrógeno no es del todo irrazonable. Un niño humano consumirá algo así como 1,5 millones de kcal para convertirse en adulto. Así que 0,5 millones de kcal no es mucho durante un período de años.
Su mayor problema es evitar que estos animales se incendien o pierdan todo su hidrógeno. Una vez más, Dickenson habla de esto en su libro.
En una atmósfera 20 veces más densa que la de la Tierra y con una gravedad 0,85 veces mayor que la de la Tierra, ¿podrían los organismos que tienen las características anteriores flotar por medio de una enorme vejiga de hidrógeno gaseoso, produciendo hidrógeno a través de la electrólisis? ¿Existen otros métodos de producción biológica de hidrógeno, reales o especulativos, que sean más eficientes energéticamente?
Nadie en este planeta tiene la experiencia para responder a la pregunta. Carecer de la gravedad para retener una atmósfera tan densa si estuviera compuesta como la nuestra es un gran problema que rompe el trato.
La densidad media (aproximada) del aire en la Tierra es de 1,2 g/l, incluso si la atmósfera fuera argón puro, la densidad sería solo de 1,78 g/l, así que vamos a ser más densos: criptón, no lo suficientemente denso, xenón, de ninguna manera, si fuera en su mayoría Radón, todavía sería solo 9.73 g / L, aún no lo suficientemente cerca como para suministrar su densidad atmosférica de 20 *. ( Oganesson , el próximo y más denso gas noble se predice teóricamente que será sólido en STP).
Si la pregunta debe basarse en la ciencia, creo que debe hacer algunos gestos con respecto a la composición atmosférica (inventar un nuevo gas) o con respecto a algún tipo de campo de contención para la atmósfera que la comprime a la densidad que necesita.
De lo contrario, necesitaría aumentar un poco la gravedad.
El postulado más probable es un planeta masivo no muy denso, casi del tamaño de un gigante gaseoso, es decir. en algún lugar entre el tamaño de la Tierra y Neptuno , más cerca de Neptuno (mira la sección de atmósfera aquí más esto para algunos cálculos básicos ). Básicamente, aún no sabemos lo suficiente como para ser precisos, también podría especular con relativa libertad.
El principio es que la gravedad disminuye en una ley del cuadrado inverso con la distancia desde el centro del planeta, por lo que si hay 0,85 G en la superficie, cuanto mayor sea el radio del planeta, más alto podrá ir sobre la superficie antes de que la gravedad disminuya lo suficiente. para no poder aferrarse a la atmósfera: cuanto más espesa sea la atmósfera y, por lo tanto, más densa será en la superficie. TL-DR : un planeta más grande es mejor.
Mire los comentarios para obtener ideas sobre las mitocondrias y la producción de hidrógeno .
O una simple reacción de radical hidroxilo de iones de aluminio V está bien si lo desea: hay muchas plantas en la tierra que acumulan aluminio y podría formar la base de un sistema de defensa como los pelos de sílice que se encuentran en las ortigas - pelos de alúmina en su lugar.
La gravedad más baja es efectivamente irrelevante. Las fuerzas de flotación son independientes de la gravedad. Entonces, lo único que importa es la densidad de su atmósfera.
La cantidad de masa que puede levantar un volumen dado de hidrógeno es igual a la diferencia de masa entre ese volumen de hidrógeno y el volumen equivalente de aire circundante. Dado que el hidrógeno ya es bastante liviano, si duplica la densidad de la atmósfera sin aumentar la presión, la capacidad de elevación en realidad no se duplica, ¡pero se acerca bastante! Lo harías, por ejemplo, llenando la atmósfera con gases más pesados de alguna manera.
Hacer que su atmósfera esté dominada por CO2, como Venus o Marte, en lugar de dominada por N2, aumentará la densidad en comparación con la Tierra en un factor de aproximadamente 1,5 y aumentará su capacidad de elevación en una cantidad ligeramente menor.
Otro método para aumentar la densidad es simplemente aumentar la presión. Eso aumentará la densidad del hidrógeno al mismo tiempo, pero eso en realidad simplifica las matemáticas: todo se cancela, y resulta que multiplicar la densidad del gas corresponde a un aumento exactamente proporcional en la capacidad de elevación por volumen _ Entonces, si comienza con una atmósfera básicamente similar a la terrestre y aumenta la presión a 20 bares, sin cambiar la composición molecular, obtendrá 20 veces más capacidad de elevación con el mismo volumen de hidrógeno. Pero para obtener ese volumen, necesitas 20 veces más masaen hidrógeno... así que todo es un lavado. Aumentar la presión realmente no ayuda, excepto que reducir el volumen requerido reduce la masa requerida del recipiente, por lo que en realidad ayuda un poco. La alta presión significa que las criaturas más pequeñas, menos masivas y más robustas pueden usar el vuelo aerostático.
Otra cosa a considerar es que puede ganar capacidad de sustentación calentando el hidrógeno (reduciendo su densidad numérica y, por lo tanto, su densidad absoluta, por debajo de la densidad numérica del aire circundante). Un organismo grande podría calentarse efectivamente con el sol, sin tener que usar la fotosíntesis, ascendiendo durante el día y descendiendo durante la noche a medida que se enfría. Un organismo más pequeño, como el que podría existir bajo 20 atmósferas de presión, sería menos capaz de usar el calor solar (aunque casi no podría), pero estaría mejor equipado para aislarse contra la pérdida de calor de la cámara de elevación y quizás bombear desechos. calor metabólico en su gas de elevación también.
Ryan_L
mike nichols
JBH
La Ley del Cuadrado-Cubo