¿Cuánto tardarían las algas en propagarse por el mar?

¿Cuánto tardarían las algas en extenderse por todo el mar del planeta?

Las algas tienen que flotar, por lo que esto depende de la corriente oceánica. La velocidad sostenida más rápida de cualquier corriente en la tierra es probablemente la corriente circumpolar antártica de alrededor de 4 km/h. Vamos a dividir la circunferencia de la tierra por eso para estimar$\frac{40000 \text{km}}{4 \text{km/h}} = 10000 \text{h} = 417 \text{days}$. Las diferentes velocidades de las corrientes y las diferentes geometrías continentales importan; dado que la mayoría de las corrientes no son tan rápidas, alrededor de 2 años es probablemente una buena estimación.

¿Cuánto tiempo para convertir la atmósfera en transpirable?

Entonces, en primer lugar, hay dos procesos separados en el trabajo aquí. El CO2 se convierte en carbono orgánico, como los carbohidratos, y el agua se convierte en oxígeno, en pasos separados del proceso fotosintético. Entonces, cuando el 20% de CO$_2$se ha ido, eso no significa que el 20% O$_2$como se ha creado, o viceversa.

Este sitio sugiere que la productividad primaria de los océanos del mundo es de 3,8 Pg por mes. Y aquí tenemos un estimador de 47,5% por masa C en la vegetación, consistente en todo tipo de vegetación. Para terminar este cálculo, necesitamos la masa del 20% del CO$_2$en la atmósfera. Para simplificar las cosas, diremos O$_2$y N$_2$tienen aproximadamente el mismo peso molecular. Es un$\frac{14}{32}$relación de peso molecular entre la parte de carbono de CO$_2$y O$_2$, entonces el 20% de un$5.15\times 10^{18} \text{kg}$la atmósfera nos da$0.2 \cdot 5.15\times 10^{18} \text{kg} \cdot \frac{14}{32} = 4.5\times10^{17} \text{kg}$de carbono que es necesario eliminar de la atmósfera. Poniendolo todo junto:

$$\frac{4.5\times10^{17} \text{kg}}{0.475 \frac{\text{carbon}}{\text{biomass}} \cdot 3.8\times10^{12} \text{kg}\frac{\text{biomass}}{\text{month}}} = 249653\, \text{months} = 20804\, \text{years}$$

20 milenios, eso parece una locura rápido!?! Bueno, si no hay otras formas de vida respirando, no hay mucho ciclo de carbono. Viene de la atmósfera, se convierte en algas, se hunde en el fondo del océano.

En un cálculo alternativo, este documento sugiere que puede obtener hasta 30 g por m$^2$por día de producción de biomasa en granjas de algas diseñadas para capturar carbono. Si usas toda la superficie del océano ($3.6\times10^{14}\text{m}^2$como tu granja obtendrías

$$\frac{4.5\times10^{17} \text{kg}}{0.03 \frac{\text{kg}}{\text{m}^2\cdot\text{day}}\cdot 0.475 \frac{\text{carbon}}{\text{biomass}} \cdot 3.6\times10^{14}\text{m}^2} = 87719\, \text{days} = 240\, \text{years}.$$

Así que probablemente puedas eliminar todo el CO$_2$en un par de siglos con un plan de algas cuidadosamente optimizado.

A Oxígeno. Durante el Gran Evento de Oxigenación ; Había un montón de reacciones químicas en marcha. Un cálculo ingenuo como el anterior será particularmente poco realista porque O$_2$es un compuesto tan reactivo que reaccionará con casi cualquier cosa que se encuentre alrededor. En particular, aparentemente solía haber mucho hierro elemental dando vueltas en la superficie de la tierra. Durante cientos de millones de años, todo se oxidó en los depósitos oxidados que extraemos hoy.

Este documento (en la página 9) estima que los niveles actuales de oxígeno se alcanzarían en 2000 años con las tasas de fotosíntesis actuales. Pero habría una pérdida significativa de oxígeno para liberar hierro y azufre y otros minerales fácilmente oxidables presentes en el agua de mar y en las rocas desnudas expuestas en la tierra. Esta página tiene algunos datos y cifras. En la historia geológica, se necesitaron entre 10 y 100 millones de años para llenar todos los sumideros de oxígeno disponibles.

La forma de evitar esto es la tasa de producción de oxígeno. Digamos que así como podríamos aumentar la tasa de producción de oxígeno por un factor de 100 como lo hicimos con el CO$_2$en granjas de algas. Ahora estamos generando el equivalente a una atmósfera de oxígeno cada 20 años. Esto podría ser más rápido de lo que los procesos geológicos pueden absorber el oxígeno libre. Así que digamos que tenemos otro factor de 10 de desaceleración debido a los sumideros de oxígeno, y bam, estamos justo en 200 años para oxigenar la atmósfera nuevamente. Un poco ondulado a mano, pero no puedo encontrar ningún dato sobre la tasa de absorción de oxígeno por parte de las rocas en la Tierra primitiva, así que nos quedaremos con eso.

Conclusiones

Las algas llenarían los océanos de la tierra en unos pocos años, tan rápidamente que serían irrelevantes para el proceso de terraformación.

Mediante procesos naturales y unas cuantas latas de algas, se tardaría 20.000 años en eliminar el CO$_2$, y decenas de millones de años para agregar suficiente oxígeno para llenar todos los sumideros de oxígeno.

Usando algas especialmente seleccionadas/diseñadas y un esfuerzo concentrado, podría reemplazar el CO$_2$con O$_2$en tan solo 200 años.

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Edite para verificar dos veces la ciencia.

Asumir promedios de luz solar incidente$6 \frac{\text{kWh}}{\text{m}^2}$. Multiplique por el área del océano y eso da como resultado

$$6 \frac{\text{kWh}}{\text{m}^2}\cdot 3.6\times10^{14}\text{m}^2=2.8\times10^{24}\frac{\text{J}}{\text{year}}.$$

La fotosíntesis cuesta 478800 J por mol de CO$_2$eliminado (aquí solo voy a medir el lado del carbono), y se eliminan 0,014 kg de carbono por cada mol eliminado. Eso nos da:

$$\frac{2.8\times10^{24}\frac{\text{J}}{\text{year}}}{478880\frac{\text{J}}{\text{mol}}} \cdot 0.014\frac{\text{kg}}{\text{mol}} = 8.3\times10^{16}\frac{\text{kg}}{\text{year}}.$$

Eso significa alrededor de 5 años para eliminar todo el CO$_2$en la atmósfera capturando cada J de energía que incide en los océanos y usándolo al 100% de eficiencia. Si considera que la fotosíntesis puede usar alrededor del 45 % de la energía incidente, con una eficiencia del 30 %, entonces, si cada J de energía incidente golpeara un cloroplasto, tomaría alrededor de 37 años eliminar todo el CO$_2$en la atmósfera.

Entonces, 200 años es 19% eficiente en comparación con el máximo teórico con la fotosíntesis, o dicho de otra manera, si puede obtener el 19% de la luz solar incidente en el océano para que sea utilizada por las algas, eliminará todo el CO$_2$de la atmósfera en 200 años.

Pequeño punto de dificultad:

¿No morirían sus algas casi inmediatamente, por falta de oxígeno? Las algas, como todas las plantas, requieren algo de oxígeno para su función celular. Aquellos que están expuestos a la luz solar directa pueden comenzar a hacer la fotosíntesis lo suficiente como para durar durante el día, pero tan pronto como el sol se pone por primera vez, dependerán del oxígeno en sus células y en el agua inmediata que los rodea para sobrevivir. La concentración de agua es efectivamente cero, por lo que sus propias reservas se agotarán en minutos, lo que provocará que las algas se asfixien.

PD Esto es ignorar la dificultad de hacer que las algas crezcan en océanos de ácido carbónico sobresaturado, con un Ph de alrededor de 3,6