Терраформирование Венеры

[ВадимZero]

то совокупное увеличение средней температуры составит почти 40 градусов

Не составит. Температуры, сложением не складываются, ибо Стефан-Больцман запрещает.

[shuricos]

то совокупное увеличение средней температуры составит почти 40 градусов

Не составит. Температуры, сложением не складываются, ибо Стефан-Больцман запрещает.

Стефан-Больцман тут ни при чём. Альбедо в базовом расчёте и в расчёте для 5 бар одинаковое, соответственно, и эффективная температура не меняется.

[ВадимZero]

Стефан-Больцман тут ни при чём.

Стефан-Больцман негодует когда  увеличение температуры от двух разных эффектов складывают чисто математически, без расчета реального радиационного баланса. Я уж молчу про окна прозрачности, которые присутствуют при температуре 300К.

Ведь расчёт делался исходя из предпосылки о наличии на Венере атмосферы состава как на Земле. Но мы знаем, что у нас огромное количество (3,5 земные атмосферы) азота, который куда-то деть сложнее, чем углекислый газ. Сюда придётся добавить какое-то количество кислорода для дыхания растений, животных и человека (терраформируем же!), добавляем следы других газов. Получаем 4, а то и 5 бар давления.

3,5 земные атмосферы, при Венериансом притяжениии с прибавкой 10% кислорода, это 3,5 бара. Не какие не пять!

[Андрей 2]

Прежде всего: С ДНЁМ ПОБЕДЫ!!!

Я ранее писал о чёрном порошке- поглотителе и зеркалах для усиления нагрева атмосферы, вы этот вариант прорабатываете?

Если этот, то немного разовью эту идею:после получения из СО2 кислорода, эти самые зеркала можно применить для экранирования планеты, в целях закрепления эффекта, до тех пор пока не будет сформирована долговременная защита , ограничивающая световой поток.

В качестве долговременной защиты предлагаю к вашему рассмотрению аэрозольную завесу с заданными параметрами: высокое альбедо, пропускание ИК, и возможность её быстрой ликвидации (при необходимости)

На мой взгляд  во время терраформирования Венеры лучше полагаться в основном на ресурсы Земли, Луны и самой Венеры. В сети появилась статья Стивена Хокинга  о необходимости освоения других планет уже в этом веке, советую ознакомиться.

Кстати, зеркала после использования можно будет перебросить к Марсу.

[shuricos]

Стефан-Больцман негодует ...
...
... 3,5 бара. Не какие не пять!

Понятно, что в статье не даются точные цифры под интересующую нас ситуацию. Но понятен принцип: более сухая Венера прохладнее (си речь - предпочтительнее), о чем авторы прямо и сказали в приведённой мною цитате.

[shuricos]

- при остывании 2СО дадут СО2+2С.

Каком остывании? При температурах царящих там, где будет идти фотолиз, диспропорционирование CO практически не идёт

Видимо, по невнимательности Вы посчитали, что этот график указан в градусах Кельвина, а не Цельсия:

СО, конечно, устойчив и медленно диспропорционирует в СО2+С при земных температурах, но реакция на Венере будет идти, тем более, что СО встречается даже возле поверхности Венеры, т.е. проникает в такие слои, где горячо.

[crazy_terraformer]

то есть надо переработать 30,4% массы пояса.

При таких объемах добычи - нафик эта терраформация вообще нужна - сразу строим Сферу Дайсона.

Масса астероидов главного пояса 4 % массы Луны, на сферу Дайсона материала недостаточно.

С ДНЁМ ПОБЕДЫ!!!

С Днём Нашей победы!

http://www.youtube.com/watch?v=HK1AjYsQ0m4#

[crazy_terraformer]

- при остывании 2СО дадут СО2+2С.

Каком остывании? При температурах царящих там, где будет идти фотолиз, диспропорционирование CO практически не идёт

Видимо, по невнимательности Вы посчитали, что этот график указан в градусах Кельвина, а не Цельсия:

Всё у меня с вниманием нормально.

СО, конечно, устойчив и медленно диспропорционирует в СО2+С при земных температурах, но реакция на Венере будет идти, тем более, что СО встречается даже возле поверхности Венеры, т.е. проникает в такие слои, где горячо.

Встречаться он встречается, но концентрация его там где 400^o С наверняка незначительна, потому что это лёгкий газ, а значит его большая часть находится и будет находиться в слоях атмосферы выше основной массы CO2, пока количество CO2 не уменьшится настолько, что архимедова сила не сравняется с действием сил, вызывающих перемешивание атмосферы.
Хотя важна не столько концентрация, а скорость массопереноса. Проблема ещё в том, когда температура упадёт ниже 400^o С это краник слива углерода закроется или струйка резко сократится.
Другая проблема - СО неплохой восстановитель; он будет восстанавливать сульфаты до сульфидов, серную кислоту до сернистой, а оксиды железа до железа, а продукт окисления CO - CO2.

[shuricos]

Поэтому я и сказал, что этот вариант не пойдёт для полной переработки атмосферы. Я его предложил как одну из вспомогательных мер на первое время для некоторого увеличения доли кислорода, а ещё точнее - озона -  на первых же порах построения атмосферного экрана. Озон будет поглощать УФ лучи - копеечка в общее экранирование.

Важно, что С - ещё более сильный восстановитель. Его нельзя просто так набрасывать на поверхность. Хотя, без перемешивания слоёв коры это не сильно страшно - восстановятся металлы только на поверхности, но не глубже нескольких сантиметров.

Тут, встаёт вопрос о совмещении приятного с полезным: если у нас есть углерод, то мы можем восстанавливать металлы из их оксидов, даже легировать их. Чистота стали получится неимоверная - почти без примесей. Эту сталь использовать в своих целях - для сооружения конструкций.

P.S. Если мы СО2 нагрели до 2600 градусов, то газы на выходе из установки будут иметь те же 2600 градусов. Теплообменники часть этой теплоты могут использовать для достаточно длительного содержания СО при 400°С, чтобы успел выпасть С, а образовавшийся горячий СО2 подавать обратно на термолиз.

[shuricos]

Немного к вопросу о климате.
Во всех моделях речь идёт о том, что поверхностная вода нужна, чтобы были облака, а облака нужны, чтобы повысить альбедо.

Но тут есть большущая проблема, даже несколько.
1. Наличие паров воды повышает парниковый эффект.
2. До образования свободных открытых водоёмов придётся "напоить" Венерианские грунты.
3. Открытые водоёмы отнимают часть территории (тут форумчан этот вопрос беспокоил.

Третью проблему отбросим как несущественную: моделирование показывает, что для прохладного климата достаточно такого количества воды, которое соответствует 1 м по всей поверхности, т.е. это будут маленькие водоёмчики. К тому же, открытые водоёмы - это эстетично.

Со второй проблемой ничего не поделаешь: без воды не будут идти реакции поглощения СО2 корой Венеры, а прореагировать должна кора на несколько километров вглубь, но чтобы вода проникла в такую глубину, нужно напоить верхние слои. Так что, без этого 1.3 млрд.куб.м. никак!

Остаётся только первая проблема.
Модели показывают, что и она решается: выгода от альбедо облаков выше, чем проигрыш на парниковом эффекте.

Но всё же... есть ли другой путь?
Взгляните на Землю. Тут теплицы строятся даже в таких странах, как Турция и Испания. В одних странах теплицы строят для защиты от холода, в других - для защиты от жары. Может, лет через 100 вообще всё сельское хозяйство перейдёт на теплицы: так проще создать растениям оптимальные условия, это позволяет оградить их от болезней, позволяет получить более высокий урожай, несмотря на сезоны, это позволяет более эффективно расходовать удобрения (при свободном внесении бОльшая их часть уходит зря и не используется растениями).

Но раз так, то почему мы воображаем на Венере и Марсе открытые угодья? Это так же глупо, как воображать там сельское хозяйство с сохой и волами - не будут применять там устаревшую сельхоз технологию. Не будет там полей! Будут теплицы.

Соответственно, нам не нужны дожди. Не нужны облака и тучи, не нужны открытые водоёмы! Альбедо? Его мы будем обеспечивать сами на том уровне, который нам нужен: планета будет покрыта зеркалами. Сложно? Не сложнее, чем закрыть Венеру космическим или атмосферным экраном.

[shuricos]

Для сведения: объём воды, содержащийся в коре Земли - 1,3 млрд.куб.км.
Это шар с диаметром 1370 километров! Это в 1,5 раза больше, чем диаметр Цереры!
И это только для того, чтобы напитать кору, открытой воды при этом, в сущности, не будет.

Ранее фигурировал ледяной шар 200 км диаметром.

Ледяной шар диаметром 200 км требовался для того, чтобы обеспечить 100%-ную влажность в атмосфере Венеры на высотах от 40 до 60 км.
Мною предполагалось, что это позволит создать сплошную облачность и тем самым:
1. повысить альбедо Венеры,
2. исключить проникновение солнечных лучей к поверхности Венеры, требовалось всё поступающее тепло поглотить в облачном слое с последующим конвективным переносов в верхние слои облаков и излучением этого тепла там.
3. За счёт многократного сокращения температурного градиента сгладить разницу температуры в нижних и в верхних слоях атмосферы, что с учётом высокой теплоёмкости нижних слоёв де-факто означало бы разогрев верхних слоёв и, тем самым, повышение излучения тепла Венерой.

По моему предположению, это позволяло бы примерно за 100 или чуть более лет сократить температуру атмосферы до 120...140*С, т.е. до такой температуры, при которой начинается поглощение воды литосферой. На этом этапе ожидался застой: после поглощения воды облачность снижается - растёт температура, вода из литосферы выпаривается, затем увеличившийся облачный слой снова понижает температуру, снова вода впитывается и т.д.
Чтобы этого не происходило, надо больше воды - чтобы компенсировать ту воду, которую впитывает литосфера. А впитает она (до нужного нам результата) примерно 1,3 млрд.тонн воды.

Однако же, у AlexAV есть убеждённость, что повышение альбедо будет компенсирована парниковым эффектом, созданным этими же облаками. Моя убеждённость основывалась, главным образом, на той же статье, которую я тут выложил вчера: если имеем на Венере 10-метровый слой воды (а это как раз та самая 200-километровая ледышка), то на поверхности температура составит примерно 280...290*К, т.е. примерно 10...20*С. Я полагал, что в нашем случае эффект будет тот же - под слоем облаков могут быть те же 10...20*С, с той лишь разницей, что большая теплоёмкость нижних слоёв атмосферы и верхних слоёв литосферы будет постоянно подогревать этот нижний слой облаков, а облака будут переносить это тепло и тем самым они будут охлаждать поверхность планеты.

Однако, тут есть весьма неоднозначная деталь. В приведённой статье как раз идёт речь о том, что медленное вращение планеты позволяет в течение длинной венерианской ночи облакам остывать и проливаться дождём, это освобождает небосклон от воды и позволяет ИК излучению поверхности свободно уходить в космос. Если же мы добавим воду в существующую атмосферу, то этого эффекта не получится - ИК излучение нижних слоёв не сможет свободно выходить, ему будет мешать СО2. Там в таблице хорошо заметно, насколько сильно меняется средняя температура планеты при увеличении СО2 даже с 200 до 500 ppm - мы сразу уходим на саморазгоняющийся парниковый эффект.

Поэтому, видимо, всё-таки сначала должно быть охлаждение планеты, а потом уже добавление воды.

Тут возникает вопрос: а до какой же температуры охлаждать Венеру прежде, чем добавлять воду?
В теме "Колонизация Венеры" AlexAV приводил данные о температуре, при которой начинают образовываться карбонаты (т.е. когда кора начнёт впитывать СО2). Насколько я помню, процесс начнётся (хоть и слабый) уже при 380*С. Т.е. фактически Венеру надо остудить на 90 градусов, т.е. на 12,2%. По закону Стефана-Больцмана, это означает, что количество поступающего тепла должно сократиться примерно на 40%. Т.е. если сейчас альбедо Венеры 76%, а 24% поглощаются атмосферой и поверхностью, то альбедо надо увеличить примерно до 90...91%.
Либо же надо накрыть непроницаемой тенью 40% диска Венеры.

Тень можно обеспечить либо круговую, тогда понадобится круг радиусом 3828 км, либо тень-полоску (например, пояс по экватору). Я затрудняюсь посчитать сейчас потребную ширину пояса, но он точно не достигнет 36-ых параллелей, так как площадь круга ниже 45-ых параллелей намного больше, чем площадь круга выше 45-ых параллелей. Тут потребуется интегральное исчисление, а я его категорически забыл с университетских времён, так как с тех пор никогда не применял. По самым приблизительным подсчётам, ширина пояса потребуется в 3800 км, т.е. по 1900 км в обе стороны от экватора, т.е. примерно до 28-ой параллели. Это колоссальное сооружение, где бы оно ни было собрано - в атмосфере ли планеты, либо в космосе на её орбите.

При таких размерах это сооружение будет испытывать чудовищные нагрузки - либо от ветра в атмосфере, либо от гравитации (приливное действие) на орбите (чем выше орбита, тем приливное действие меньше, но и создаваемая тень тоже меньше).
Можно пофантазировать на предмет создания тора, чтобы его внутреннее давление компенсировало приливное действие, но эта структура получается ещё более чудовищных размеров и совершенно неподъёмных технологий (помним про метеоритную опасность, среди прочего).

В итоге всё сводится к тому что экран надо создавать внутри атмосферы Венеры.
Монолитным его не создашь - ветра порвут без проблем. крупные шарики не создашь - полопаются от взаимного давления.
Значит, нужны мелкие частицы. Но эти частицы должны быть достаточно лёгкими, чтобы летать относительно высоко. Ведь половина из тех 24% солнечного излучения, которые не были отражены облаками, поглощаются самими облаками и атмосферой.
При этом такие частицы должны быть устойчивы к статическому электричеству, ведь их постоянное соударение может вызывать образование мощнейших молний.
Но что это за вещество такое должно быть - я не знаю.

Для меня на данный момент остаётся только одно решение: если сложно создать экран в космосе или атмосфере, то его надо создать на поверхности - всю поверхность надо покрыть светоотражающим веществом или зеркалами. Возможно, это должен быть банальный оксид кремния - у него весьма высокое альбедо.
Тут возникает проблема - свет, отражённый таким покрытием, будет на 76% возвращён обратно, а ещё на 12% поглощён атмосферой. Правда, возвращённые 76% вновь будут отражены вверх к облакам и вновь частично переотражены к поверхности. Тут надо считать предел, он покажет, какой процент света всё-таки вырвется из-под облаков.

Но проблему придётся решать радикальнее: тут как раз придётся вспомнить Андрея2 с предложением о ликвидации облачного слоя, как такового.

[Скеп-тик]

Модели показывают, что и она решается: выгода от альбедо облаков выше, чем проигрыш на парниковом эффекте.

У нас готовое альбедо 0,7, и где выгода? Зеркала - вещь обоюдоострая - сколько процентов не впустит в видимом диапазоне, столько не выпустит в инфракрасном, и температура будет расти до тех пор, пока микроволновый "хвост" не будет уносить ту энергию, что проникает под зеркала. Увеличите альбедо облаков до 0,9, температура возрастёт до 800°С.
Зеркала нужны отражающие в видимом диапазоне, и прозрачные в инфракрасном.
А вот абсолютно чёрные пластины, да ещё в космосе - те реально заморозят планету. Нагреются всего до 300°С, и больше половины отправят обратно в космос.
Облака серной кислоты надо засеять реагентом, дающим чёрный сульфат (в идеале) и температура под облаками упадёт ниже нуля. А там - углекислота сама начнёт сжижаться, утекая в котловины, со временем, впитываясь в грунт. Правда, давление на поверхности такого "углеёма" никогда не станет ниже 10 атм, но вершины гор уже могут оказаться в "терпимой" зоне при +200° днём и - 100° перед рассветом, при давлении около 2-3 атм.

[shuricos]

Пишу с телефона, неудобно теги ставить, извините.

1. Альбедо 76% сейчас. В статье же рассматривалась прохладная Венера с атмосферой от 1 до 5 бар. Вот там облака на солнечной стороне обеспечивали альбедо 65%, а на ночной исчезали, чем и обеспечивался профит. Но нам это не интересно, т.к., во-первых, после терраформирования  альбедо 65% мы можем обеспечить зеркалами, а во-вторых, мы пока не знаем как Венеру остудить.

2. Как Вы посчитали 800°С при 90% альбедо?
И для какой атмосферы - нынешней (93 бар) или терраформированной (1...5 бар)?

3. Я говорю о зеркалах, стоящих на поверхности. В сущности, они и будут представлять их себя поверхность, температура которой будет определяться по Стефану-Больцману + парниковым эффектом лежащей над зеркалами атмосферы. Почва под зеркалами не может быть горячее самих зеркал - если зеркала что-то и излучат в сторону почвы, то эта теплота будет тут же возвращена обратно.

[crazy_terraformer]

Важно, что С - ещё более сильный восстановитель.

С этим можно поспорить, здесь в дело вступает кинетика хим. реакции. CO - газ, а углерод - твёрдое вещество, поэтому площадь контакта у них разная, кроме того как вы указали для продолжения реакции между углеродом и поверхностью планеты нужно перемешивание, но кроме того породы поверхности  большей частью представляют собой алюмосиликаты.

Температура важный фактор- серную кислоту и сульфаты возможно будут восстанавливать оба, а вот оксиды железа (оксиды остальных в меньшинстве или не реагируют) при температуре на поверхности планеты не вступают в реакцию с угарным газом и углеродом.

[SpaceEngineer]

1,3 млрд.тонн воды.

На сколько порядков ошиблись? Это всего-лишь шарик диаметром 14 км.

[crazy_terraformer]

Но раз так, то почему мы воображаем на Венере и Марсе открытые угодья? Это так же глупо, как воображать там сельское хозяйство с сохой и волами - не будут применять там устаревшую сельхоз технологию. Не будет там полей! Будут теплицы.

Соответственно, нам не нужны дожди. Не нужны облака и тучи, не нужны открытые водоёмы! Альбедо? Его мы будем обеспечивать сами на том уровне, который нам нужен: планета будет покрыта зеркалами. Сложно? Не сложнее, чем закрыть Венеру космическим или атмосферным экраном.

Аналогичное было в моём сообщении.

Ещё вариант - полупрозрачный экран или система экранов на опорах,укрывающая часть планеты и отражающая избыточное излучение в космос.

Также в теме про колонизация я писал про герметичные купола(биомы) не выпускающие воду в период терраформирования после периодов преобразования атмосферы и остывания поверхности, до насыщения литосферы водой и для образования гидросферы способной поддерживать биосферу и многочисленное население. Эти биомы могли бы покрыть всю пригодную для их строительства и рационального расположения поверхность Венеры, т.к. период доставки нужного количества воды может занять сотни, если не тысячи лет.

Другой вариант окончательного терраформирования - глобальный герметичный купол высотой от местного уровня поверхности немного выше 4 км. Атмосфера оградит от метеоритов, а часть покрытия купола могут выполнять гофрированные элементы, которые будут предохранять покрытие от растрескивания из-за сокращения поверхности планеты из-за охлаждения её недр.
Высота купола обеспечит близкую к естественной циркуляцию воздуха и паров воды, образование осадков.
Естественно, ничто не вечно. Поэтому несмотря на применение сплавов устойчивых к коррозии с покрытием против истирания, а также сверхпрочного и долговечного стекла придётся постепенно проводить плановый и аварийный ремонт.

[shuricos]

1,3 млрд.тонн воды.

На сколько порядков ошиблись? Это всего-лишь шарик диаметром 14 км.

на 9 порядков: правильное значение - 1.3 млрд.куб.км., конечно.

[shuricos]

Колонизация Венеры
 Аналогичное было в моём сообщении.

Да, такие идеи высказывались не раз. Например:

...венерианцы будут строить на поверхности планеты большое количество зеркал, чтобы сохранить высокое альбедо
...
будут готовы зеркала на поверхности, сооружение и обслуживание которых намного дешевле, чем космический экран в L1

Тут важно понять, насколько зеркала на поверхности способны снизить температуру.

Сегодня 12% солнечного света, попадающего на Венеру, поглощается атмосферой (в т.ч. облаками). Непросто оценить, как изменится этот показатель, если мы уберём облака, но добавим зеркала.

С одной стороны, облака не будут поглощать свет. Т.е. поглощение должно сократиться.
С другой стороны, в нижние слои атмосферы будет поступать больше света, поэтому эти слои, вероятно, будут поглощать больше света. Причём, через слои атмосферы будет ещё проходить и свет, возвращённый зеркалами, он тоже будет греть газы атмосферы. Фактически, весь солнечный свет должен дважды пройти через атмосферу и дважды её прогреть. Вот сколько процентов этого света задержит и превратит в тепло атмосфера - это вопрос, требующий компьютерного моделирования. Мы тут сейчас "на пальцах" не посчитаем.

[shuricos]

Нашёл свой старый расчёт:

Температура поверхности складывается из двух факторов:
 - эффективной температуры планеты (температура тех слоёв атмосферы, которые излучают ИК в космос); она зависит от альбедо планеты и солнечной постоянной; на нынешней Венере эфф.темп. даже ниже, чем на Земле и равна 234°К;
- парникового эффекта (кратность увеличения температуры поверхности относительно эффективной температуры); он зависит от состава атмосферы и температуры поверхности; на Венере такая кратность составляет 3.2.

Давайте рассмотрим случай остужения поверхности до 300°С, при которых жидкая вода сможет существовать на поверхности и поможет ускорить поглощение СО2 почвой.
Понятно, что до этого момента состав атмосферы останется прежним (ещё ничего не поглощено грунтом). Соответственно, кратность разницы температуры грунта и эффективной температуры верхних слоёв атмосферы останется нынешней - 3.2 крат.
Соответственно, чтобы уменьшить температуру поверхности с 750°К до 573°К (на 177°), надо снизить эфф.темп. на 177/3.2=55°, т.е. с 235°К до 179°К.

Легко заметить, что обе температуры уменьшаются пропорционально. Поэтому изменение температуры поверхности так же зависит от альбедо, как и изменение эфф.темп. от альбедо.

Выходит, что эффективную температуру надо понизить на 24%.
По Стефану-Больцману получается, что поток тепла надо сократить в 3 раза, что соответствует потребному росту альбедо с нынешних 76% до почти 92%.

[SpaceEngineer]

Другой вариант окончательного терраформирования - глобальный герметичный купол высотой от местного уровня поверхности немного выше 4 км.

Астроинженерное сооружение, покрывающее всю планету, да ещё и 4-километровой высоты? Это уже совсем ненаучная фантастика. Если даже человечество будет способно на такое (лет через 5000), сомневаюсь, что к тому времени оно будет нуждаться в планетах, чтобы картошку садить и коров пасти. Надо здраво смотреть на вещи. Терраформирование будет оправдано только в том случае, если оно будет экономически выгодно и технически возможно. Причём первое скорее всего всегда будет перевешивать.