Терраформирование Марса

[crazy_terraformer]

Вариант I: Терраформирование Марса, как побочный результат разложения базальта для извлечения главным образом кремния, алюминия и железа.

Основная порода на Марсе - базальт.

Это приблизительный расчёт количества базальта для глобального терраформирования атмосферы, но гораздо меньше необходимо кислорода, чтобы поднять давление на дне Долин Маринер и Эллады.
К сожалению, я не физик и не могу оценить количество газа для этого.
Кто-нибудь может мне с этим помочь? Какие графики распределения давления будут от среднего уровня Марса до дна этих впадин при насыщении Марса кислородом?
Локальное терраформирование этих низин м.б. выгоднее, т.к. низкое давление позволяет использовать сверзвуковые маглевы для транспорта грузов и людей на среднем уровне поверхности и выводить грузы в космос, используя электромагнитные катапульты.

Средний химический состав базальта по P. Дэли (%): $SiO_2$ - 49,06; $TiO_2$ - 1,36; $Al_2O_3$ - 15,70; $Fe_2O_3$ - 5,38; $FeO$ - 6,37; $MgO$ - 6,17; $CaO$ - 8,95; $Na_2O$ - 3,11; $K_2O$ - 1,52;$MnO$ - 0,31; $P_2O_5$- 0,45; $H_2O$ - 1,62.

Средняя плотность базальтового слоя коры на Земле 2,9 т/м3.
Расчёт % массы кислорода химически связанного в базальте:

(Оффтоп)

m($SiO_2$)=$49,06\%$ $\cdot$m(базальта)
$M(Si)=28,0855$ г/моль $M(O)=15,9994$ г/моль
$M(SiO_2)=M(Si)+2 \cdot M(O)=60,0843$ г/моль

m($O_2$) --- m($SiO_2$)
$2\cdot M(O)$---M($SiO_2$)
$m(O_2)$в $SiO_2=2\cdot M(O)\cdot m(SiO_2)/M(SiO_2)$
$m(O_2)$в $SiO_2=2\cdot M(O)\cdot49,06\%\cdot m$(базальта)$/M(SiO_2)$
$ m(O_2) $ базальта$=M(O)\cdot m$(базальта)$\cdot\sum k\cdota(Z_xO_k)\%/M(Z_xO_k)$

$ m(O_2) $ базальта $=M(O)\cdot L\cdot m$(базальта)
$L=L(SiO_2)+L(TiO_2)+L(Al_2O_3)+L(Fe_2O_3)+L(FeO)+L(MgO)+L(CaO)+L(Na_2O)+L(K_2O)+L(MnO)+L(P_2O_5)+L(H_2O)$
$L(Z_xO_k)=k\cdot a(Z_xO_k)\%/M(Z_xO_k)$
$M(O)\cdot L=\omega $ доля кислорода в породе по массе

$L(SiO_2)=2\cdot49,06\%/M(SiO_2)=0,9812/60,0843=0,0163304$
$M(TiO_2)=79,8788$ г/моль
$L(TiO_2)=2\cdot1,36\%/M(TiO_2)=0,0272/79,8788=0,0003405$
$M(Al_2O_3)=101,9612$ г/моль
$L(Al_2O_3)=3\cdot15,70\%/M(Al_2O_3)=0,471/101,9612=0,0046194$
$M(Fe_2O_3)=159,6922$ г/моль
$L(Fe_2O_3)=3\cdot5,38\%/M(Fe_2O_3)=0,1614/159,6922=0,0010107$
$M(FeO)=71,8464$
$L(FeO)=6,37\%/M(FeO)=0,0637/71,8464=0,0008866$
$M(MgO)=40,3044$
$ L(MgO)=6,17\%/M(MgO)=0,0617/40,3044=0,0015309$
$M(CaO)=56,0774$
$L(CaO)= 8,95\%/M(CaO)=0,0895/56,0774=0,0015960$
$M(Na_2O)=61,9788 $
$L(Na_2O)=3,11\%/M(Na_2O)=0,0311/61,9788=0,0005018$
$M(K_2O)=94,196 $
$L(K_2O)=1,52\%/M(K_2O)=0,0152/94,196=0,0001614$
$M(MnO)=70,9374 $
$L(MnO)=0,31\%/M(MnO)=0,0031/70,9374=0,0000437$
$M(P_2O_5)=141,9444 $
$ L(P_2O_5)=5\cdot0,45\%/M(P_2O_5)=0,0225/141,9444=0,0001585$
$M(H_2O)=18,01528 $
$L(H_2O)=1,62\%/M(H_2O)=0,0162/18,01528=0,0008992 $

$L=0,0163304+0,0003405+0,0046194+0,0010107+0,0008866+0,0015309+0,0015960+0,0005018+0,0001614+0,0000437+0,0001585+0,0008992=0,0280791$

массовая доля кислорода в базальте $\omega(O)=m(O)/m(basalt)=M(O)\cdot L=15,9994\cdot0,0280791=0,4492488$
массовая доля кислорода в$\% $от массы базальта
$\omega(O)\%=(m(O)/m(basalt))\cdot100\%=M(O)\cdot L\cdot100\%=44,92488\%$

Примерная масса марсианской атмосферы $2,5\cdot10^{13}$ тонн .
Цитата из http://eugenebo.livejournal.com/63366.html
"Чтобы дышать, хорошо тренированному человеку необходимо парциальное давление кислорода во вдыхаемой смеси не менее примерно 40 миллиметров ртутного столба, или 5300 Па. Добавляя к этому давление водяного пара из лёгких [6300 Па], получаем, что общее давление атмосферы (равное давлению газа в лёгких) должно составить около 11600 Па, или примерно 1/9 земной атмосферы. Это -- абсолютный минимум, при котором очень здоровый и тщательно подготовленный человек ещё сможет жить и работать, вдыхая чистый кислород из маски. На Земле эти условия наблюдаются на высоте примерно 18 км.
Итак, если поднять давление марсианского атмосферы до 11600Па, то по Марсу можно будет разгуливать без скафандров."

Давление у поверхности Марса в 160 раз меньше земного — 6,1 мбар на среднем уровне поверхности. Из-за большого перепада высот на Марсе давление у поверхности сильно изменяется.
6,1 мбар$=6,1\cdot10^{-3}$ бар$=6,1\cdot10^2$ Па
Надо приблизительно $((11600/610)-1)\cdot2,5\cdot10^{13}=45,041\cdot10^{13}$ тонн кислорода
Для этого переработать базальта m(базальта)$=45,041\cdot10^{13}\cdot100\%/44,925\%=100,258\cdot10^{13} $ тонн
или $34,572\cdot10^{13}$ м^3$, или $34,572\cdot10^4 km^3=345$ тысяч $720 km^3$ .Работа для самокопирующихся заводов на солнечной и ядерной энергии.

[crazy_terraformer]

Масса Фобоса $1,072\cdot10^{16} $ кг на 2 порядка меньше требуемой массы базальта.

[Pphantom]

Тема перемещена из форума «Свободный полёт» в форум «Карантин»
по следующим причинам:

- неправильно набраны формулы (краткие инструкции: «Краткий FAQ по тегу [math]» и видеоролик Как записывать формулы);
- отсутствуют формулировка предмета обсуждения.

Исправьте все Ваши ошибки и сообщите об этом в теме Сообщение в карантине исправлено.
Настоятельно рекомендуется ознакомиться с темами Что такое карантин и что нужно делать, чтобы там оказаться и Правила научного форума.

[Pphantom]

Тема перемещена из форума «Карантин» в форум «Помогите решить / разобраться (Ф)»

[doom701]

Масса Марса меньше земли. Отсюда вопрос по теме-а не будет ли Марс терять новую атмосферу?.
И еще вопрос по теме.
На Марсе вроде нет магнитного поля как на земле, а радиация есть.? Как нужно изменить планету, чтобы обеспечить защиту людей?

[crazy_terraformer]

Взято с астрофорума http://www.astronomy.ru/forum/index.php/topic,1277.msg3459987.html#msg3459987

Цитата:

Интересно, что по новым данным, озвученным на недавней конференции http://22century.ru/space/19169
минимальная вычисленная скорость утечки атмосферы составила всего 100 г в секунду, или 8.64 тонн в сутки. Я тут вычислил, что если исходить именно из этой цифры, без учёта солнечных бурь, то нынешняя атмосфера Марса будет улетучиваться 7.9 миллиардов лет. А будь она плотнее - десятки или сотни миллиардов лет.
По более ранним данным:
http://www.astrobio.net/news-exclusive/ ... rtian-air/
(на эту статью ссылается Википедия) - 100 тонн в сутки в статье или 300 в википедии (статью не переводил полностью и не знаю, почему написавшие википедию решили увеличить цифру в 3 раза). Т.е. в 11-35 раз быстрее. Но по тем данным получается, что нынешняя атмосфера (0.06 бар) будет улетучиваться в худшем случае (300 тонн в сутки) 226 миллионов лет. Соответственно, 0.6 бар - 2.2 миллиарда лет.

Новые данные с более медленной утечкой выглядят более правдоподобно, т.к. лучше объясняют, почему атмосфера улетучилась не полностью, почему ещё чуть-чуть осталось, ведь по по старым данным она должна окончательно улетучиться достаточно скоро, и получается, что мы лишь случайно живём в то время, когда она доживает последние дни.

Радиация есть, но меньше чем в космосе из-за атмосферы. Поднять давление атмосферы кислородом ( и азотом) для снижения влияния космических лучей и солнечного ветра, жесткого ультрафиолета.
Общее давление атмосферы (равное давлению газа в лёгких) должно составить около 11600 Па, или примерно 1/9 земной атмосферы. Это -- абсолютный минимум, при котором очень здоровый и тщательно подготовленный человек ещё сможет жить и работать, вдыхая чистый кислород из маски. На Земле эти условия наблюдаются на высоте примерно 18 км.
Итак, если поднять давление марсианского атмосферы до 11600Па, то по Марсу можно будет разгуливать без скафандров.
Не знаю, достаточно ли будет $11600-610=10990$ Па кислорода для образования озонового слоя достаточной мощности.
Создание искусственного магнитного поля сверхпроводящим кабелем(кабелями), накрученным по экватору, для сокращения утечки атмосферы во время солнечных бурь и отвода потоков заряженных частиц к полюсам.

[rockclimber]

crazy_terraformer в сообщении #1127081 писал(а):

Чтобы дышать, хорошо тренированному человеку необходимо парциальное давление кислорода во вдыхаемой смеси не менее примерно 40 миллиметров ртутного столба, или 5300 Па.

Откуда дровишки? Это давление примерно соответствует давлению на вершине Эвереста. Что происходит с организмом в таких условиях, рассказать, или сами догадаетесь?

-- 02.06.2016, 18:05 --

Подскажу: дышать - это практически единственное, что сможет делать человек в таких условиях. И то недолго.

[crazy_terraformer]

rockclimber в сообщении #1128282 писал(а):

crazy_terraformer в сообщении #1127081 писал(а):

Чтобы дышать, хорошо тренированному человеку необходимо парциальное давление кислорода во вдыхаемой смеси не менее примерно 40 миллиметров ртутного столба, или 5300 Па.

Откуда дровишки? Это давление примерно соответствует давлению на вершине Эвереста. Что происходит с организмом в таких условиях, рассказать, или сами догадаетесь?

-- 02.06.2016, 18:05 --

Подскажу: дышать - это практически единственное, что сможет делать человек в таких условиях. И то недолго.

А дальше читать не пробовали? Или то что прочитали вылетело из головы?
Повторюсь, "добавляя к этому давление водяного пара из лёгких [6300 Па], получаем, что общее давление атмосферы (равное давлению газа в лёгких) должно составить около 11600 Па, или примерно $1/9$ земной атмосферы. Это -- абсолютный минимум, при котором очень здоровый и тщательно подготовленный человек ещё сможет жить и работать, вдыхая чистый кислород из маски."
11600 Па - это внешнее давление, компенсирующее давление газов в организме. А дышать будем сжатой газовой смесью из баллона или компрессора.Ходить в утеплённых лёгких компенсаторных костюмах.
Кислород - газ не переходящий в жидкую или твердую фазу на Марсе,и он входит в состав пород планеты в большом количестве, к тому же он поддерживает дыхание растений, что вызывает возможность выращивания, там где будет жидкая вода,кроме цианобактерий и одноклеточных водорослей,лишайников и мхов, которые будут вырабатывать кислород из углекислого газа и органику.
Но тут возникает задача:
Масса газа одинакового гидростатического давления на Марсе и Земле будет разной, причём на Марсе она должна быть больше из-за меньшей гравитации. Какое давление должен создавать кислород на среднем уровне поверхности Марса, чтобы его концентрация совпадала с концентрацией в азотно-кислородной атмосфере Земли на высоте скажем 4 километра над уровнем моря при одинаковой температуре?
$P=F/S$
$F=m\cdot a$
$a_{mars}=0,378 g=3,711$ м/$c^2$
$a_{terra}=g=9,81$ м/$c^2$

Кажется, ответ скрыт в распределении Больцмана.

[crazy_terraformer]

При $10^4$ Па температура кипения воды 45° C

[doom701]

Разве не магнитное поле Земли вносит основной вклад в защиту от могучей солнечной радиации?
А магнитное поле Марса намного слабее. Допустим там появится атмосфера пригодная для дыхания.
Достаточно этого будет, для защиты от радиации?

[rockclimber]

crazy_terraformer в сообщении #1128313 писал(а):

rockclimber в сообщении #1128282 писал(а):

crazy_terraformer в сообщении #1127081 писал(а):

Чтобы дышать, хорошо тренированному человеку необходимо парциальное давление кислорода во вдыхаемой смеси не менее примерно 40 миллиметров ртутного столба, или 5300 Па.

Откуда дровишки? Это давление примерно соответствует давлению на вершине Эвереста. Что происходит с организмом в таких условиях, рассказать, или сами догадаетесь?

-- 02.06.2016, 18:05 --

Подскажу: дышать - это практически единственное, что сможет делать человек в таких условиях. И то недолго.

А дальше читать не пробовали? Или то что прочитали вылетело из головы?

Куда дальше-то? У вас же написано - "во вдыхаемой смеси". Во вдыхаемой смеси такое давление позволит лишь какое-то время создавать впечатление, что пациент все еще жив. Ну или поясните, откуда такие данные. И заодно про давление тоже:

crazy_terraformer в сообщении #1127081 писал(а):

Итак, если поднять давление марсианского атмосферы до 11600Па, то по Марсу можно будет разгуливать без скафандров.

Такое давление примерно на вершине Эвереста. То, что на Эверест кто-то может залезть (а некоторые даже без кислородных баллонов это делают), еще не значит, что в течение длительного времени низкое давление (даже при достаточном количестве кислорода) не приведет к необратимым последствиям.

Но на самом деле, это все ерунда. Вопрос-то основной в чем? Вроде бы к физике имеет отношение только расчет давления и массы атмосферы, но зачем все остальное (про кислород и маглевы)? У вас главная цель то ли переработка базальта (иначе как понимать фразу "Терраформирование Марса, как побочный результат разложения базальта") - но непонятно, зачем лететь в такую даль, когда этого самого базальта и на Земле достаточно, то ли терраформирование - но опять же, зачем, когда оно такое половинчатое? Цифры, которые вы приводите (массы порядка $10^{13}$) - они абсолютно неподъемные для современного уровня промышленности.

[crazy_terraformer]

Дровишки вот отсюда http://eugenebo.livejournal.com/63366.html
Зачем все остальное? Чтобы вызвать обсуждение.
Зачем лететь в такую даль? Терраформирование Марса, а не Земли, не тащить же туда такую массу кислорода. Эпические мощности неподъемны для современного уровня промышленности, а для будущей роботизированной космической и марсианской?!

rockclimber в сообщении #1128369 писал(а):

Такое давление примерно на вершине Эвереста. То, что на Эверест кто-то может залезть (а некоторые даже без кислородных баллонов это делают), еще не значит, что в течение длительного времени низкое давление (даже при достаточном количестве кислорода) не приведет к необратимым последствиям.

Оставшееся можно поддерживать компенсационным костюмом как у лётчиков-истребителей.

-- 03.06.2016, 01:38 --

Из википедии

Цитата:

Уже на высоте 5 км над уровнем моря у нетренированного человека появляется кислородное голодание... Здесь кончается физиологическая зона атмосферы. Дыхание человека становится невозможным на высоте 9 км...
В лёгких человека постоянно содержится около 3 л альвеолярного воздуха. Парциальное давление кислорода в альвеолярном воздухе при нормальном атмосферном давлении составляет 110 мм рт. ст., давление углекислого газа — 40 мм рт. ст., а паров воды — 47 мм рт. ст. С увеличением высоты давление кислорода падает, а суммарное давление паров воды и углекислоты в лёгких остаётся почти постоянным — около 87 мм рт. ст. Поступление кислорода в лёгкие полностью прекратится, когда давление окружающего воздуха станет равным этой величине.

Надо бы найти парциальное давление кислорода на высоте 4 км над уровнем моря.

[rockclimber]

rockclimber в сообщении #1128369 писал(а):

crazy_terraformer в сообщении #1127081 писал(а):

Итак, если поднять давление марсианского атмосферы до 11600Па, то по Марсу можно будет разгуливать без скафандров.

Такое давление примерно на вершине Эвереста. То, что на Эверест кто-то может залезть (а некоторые даже без кислородных баллонов это делают), еще не значит, что в течение длительного времени низкое давление (даже при достаточном количестве кислорода) не приведет к необратимым последствиям.

А, это я с прямым углом перепутал. На Эвересте давление выше в три раза, тогда тем более непонятно, как там жить. Летчики в условиях такого давления находятся в течение нескольких часов, альпинисты - в течение дней. Что будет, если так жить годами, я думаю, никто не проверял.

[crazy_terraformer]

Пересчитал массу кислорода для создания им парциального давления на Марсе равного земному.

(Оффтоп)

Примерная масса атмосферы Марса $\mathrm{2,5\cdot10^{16}}$ кг.
Площадь поверхности Марса $\mathrm{S=144 371 391}$ км$^2$$\mathrm{=144 371 391\cdot10^6}$ м$^2$
$\mathrm{a=0,378g=3,711}$км/с$^2$ - ускорение свободного падения
$\mathrm{P=ma/S=101325}$ Па$\mathrm{=1}$ атм
m-масса марсианской атм при 1 атм.
$\mathrm{m=PS/a}$
$\mathrm{O_2}$ - по массе $23,10\%$
$\mathrm{m_{O_2}}$ - масса кислорода в этой атмосфере.
$\mathrm{m_{O_2}=m\cdot23,10\%=0,231\cdot PS/a}$

$\mathrm{m_{O_2}=0,231\cdot101325\cdot144 371 391\cdot10^6/3,711=0,231\cdot3,94191\cdot10^{18}=9,10581\cdot10^{17}}$кг
$\mathrm{m=3,94191\cdot10^{18}}$ кг

$\mathrm{m_{O_2}=9,10581\cdot10^{17}}$ кг

Давление кислорода $\mathrm1$атм$\mathrm{\cdot23,10\%=0,231}$ атм$\mathrm{=0,231\cdot101325}$ Па$\mathrm{=23406,075}$ Па$\mathrm{=0,231\cdot760}$ мм.рт.ст$\mathrm{=175,56}$ мм.рт.ст. дышать можно не добавляя других газов.
Интересно сколько воды по массе и объёму понадобиться разложить для получения такого количества кислорода?

(Оффтоп)

$M_{(H_2O)}=18,015$
$M_{(O)}=15,999$
доля O по массе в воде - $\omega=M_{(O)}/M_{(H_2O)}=0,8881$
$m_{H_2O}=m_{O_2}/(M_{(O)}/M_{(H_2O)})$
$m_{H_2O}=9,10581\cdot10^{17}/0,8881=1,02532\cdot10^{18 }$кг$=1,02532\cdot10^{15}$тонн
плотность воды $\mathrm{1}$ г/см$\mathrm{^3=1}$кг/дм$\mathrm{^3=1}$тонна/м$\mathrm{^3 =1\cdot10^9}$тонн/км$\mathrm{^3}$
объём воды $\mathrm{V=1,02532\cdot10^{15}/10^9=1,02532\cdot10^6}$ км$^3$

масса воды $m_{H_2O}=1,02532\cdot10^{15}$тонн
объём воды $\mathrm{V=1,02532\cdot10^6}$ км$^3$
Воды надо $1$ млн км$^3 $ с лишним.
Её на Марсе хватит.

-- 04.06.2016, 00:54 --

doom701 в сообщении #1128364 писал(а):

Разве не магнитное поле Земли вносит основной вклад в защиту от могучей солнечной радиации?
А магнитное поле Марса намного слабее. Допустим там появится атмосфера пригодная для дыхания.
Достаточно этого будет, для защиты от радиации?

Плотная атмосфера Земли прекрасно защищает нас от космических лучей и солнечной радиации,и защищала бы в отсутствии магнитного поля.
Магнитное поле сбрасывает часть не отраженных им заряженных частиц(солнечного ветра и др.) в районы полюсов, где они реагируют с атмосферой, теряя энергию.
Без магнитного поля немного бы усилилась диссипация, но для плотной атмосферы Земли и её гравитации это не существенно.
Если атмосфера будет плотная, её будет достаточно. Хотя для ограничения утечки во время солнечных бурь и для жизненных форм, нуждающихся в определенном воздействии магнитного поля, стоит протянуть сверхпроводящий кабель(кабели) вокруг экватора.