Kujutise krediit: NASA
Kohati on Maal elatavad äärmused: Antarktika, Sahara kõrb, Surnumeri, Etna mägi. Globaalselt on meie sinine planeet paigutatud Päikesesüsteemi asustatavasse tsooni ehk 'Goldilocksi' piirkonda, kus temperatuur ja rõhk on just sobivad vedela vee ja elu toetamiseks. Üle selle kuldnokkade tsooni piire orbiidil sirvivad meie kaks naabrit: põgenenud kasvuhooneplaneet Veenus - mis kuldsete paelte tähenduses on „liiga kuum” - ja külm punane planeet Mars, mis on „liiga külm”.
Globaalse keskmise temperatuuriga -55 C on Marsil väga külm planeet. Marsi soojendamise standardmudelid tõstavad seda keskmist temperatuuri kõigepealt kasvuhoonegaasidega, seejärel istutavad külmaga kohandatud põllukultuurid ja fotosünteesivad mikroobid. See terraformeeriv mudel sisaldab mitmesuguseid täiustusi, nagu orbitaalpeeglid ja keemiavabrikud, mis valavad välja fluorosüsinikke. Lõpuks muutuks atmosfäär bioloogia, industrialiseerimise ja aja abil paksemaks (praegune Marsi atmosfäär on Maa omast 99% õhem). Marsi kujundamiseks võib sõltuvalt kasutatavate kasvuhoonegaaside valikust ja kontsentratsioonist kuluda mitu aastakümmet kuni sajandit, enne kui astronaut võib hakata visiiri tõstma ja esimest korda marsi õhku hingama. Sellised ettepanekud algataksid esimese teadliku pingutuse planeetide projekteerimisel ja nende eesmärk oleks muuta globaalne keskkond eluks vähem vaenulikuks, nagu me seda maapealselt tunneme.
Teine versioon nendest globaalsetest muudatustest on kohalik, mis on tuttav neile, kes on Saharat jälginud. Vahel õitseb elu kõrbe oaasiks. Mex-Areohabi projekti direktori bioloog Omar Pensado Diazi sõnul saab Marsi muutmise kohalikku strateegiat kõige paremini võrrelda Marsi ühe oaasi teisendamisega korraga. Oaasi miinimumsuurus ulatub kuplikujulise plastkatte läbimõõduni, sarnaselt ruumi soojendusega kasvuhoonele. Sel viisil on mikrotermistamine väikseim alternatiiv planeedile, mis muidu on kosmosesse lekkiv avatud süsteem. Diaz vastandab seda, kuidas füüsik võib Marsi tööstuslike tööriistadega vahetada bioloogi meetodil.
Diaz vestles ajakirjaga Astrobiology, mida võiks tähendada Marsi ümberehitamine pisikeste staadionitega, kuni need muutuvad lopsakateks, kõrbe oaasideks.
Astrobioloogia ajakiri (AM) : Kas oleks õige järeldada, et uurite globaalse ja kohaliku maastiku kujundamise strateegia erinevusi?
Omar Pensado Diaz (OPD): Ootan mudelite integreerimist, keskendudes pigem nende erinevustele. Globaalne maastiku kujundamine või planeedi soojendamine ülitähtsate kasvuhoonegaasidega on füüsika vaatenurgast välja töötatud strateegia või mudel; samas kui minu pakutud mudelit vaadeldakse bioloogilisest vaatenurgast.
Ma räägin mikrotermomeetriliseks mudeliks, mis on võimalik tööriistaga, mille nimi on MOR (Minimal Unit of Terraforming). Terraformeerimise minimaalse ühiku mõistet seletatakse ökosüsteemina, mis töötab kui looduse põhiline ühik. MUT koosneb elusorganismide grupist ja nende füüsilisest ja keemilisest keskkonnast, kus nad elavad, kuid mida rakendatakse bioloogilise koloniseerimise ja ümberkujundamise protsessi arendamiseks Marsi peal.
Kunstniku ettekujutus sellest, kuidas terraformeerunud Marsi ookean, mis katab suurema osa tema põhjapoolkerast, võib välja näha orbiidilt. Marss, mille on kujundanud Michael Carroll. 1991. aastal kasutati seda pilti looduse väljaande “Marssi elamiskõlblikuks” esikaanel.
Tehniliselt on see survestatud kuplikujuline kasvuhoone, mis sisaldaks ja kaitseks siseökosüsteemi. See kompleks ei oleks ümbrusest isoleeritud; vastupidi, see oleks temaga pidevalt kontaktis, kuid kontrollitud viisil.
Oluline on gaasivahetus MUT-i ühikute ja Marsi keskkonna vahel, seega on ökosüsteemil endal dramaatiline roll. Selle protsessi eesmärk on fotosünteesi genereerimine. Siinkohal tuleb arvestada, et taimed katavad pinna ja atmosfääri töötlevad keemiatehased.
OLEN: Millised oleksid kohapealse töö eelised, kui kasutate oma kõrbes asuva oaasi mudelit? Bioloogilisel analoogial fundamentaalse terraformeeriva üksusega peate silmas näiteks seda, kuidas bioloogilistel rakkudel on sisemine tasakaal, vaid ka vahetus välise rakkudega, mis erineb kogu peremehe jaoks?
OPD: Selle mudeli eelistena leian, et suudame maapinna kujundamise protsessi kiiremini algatada, kuid etappide kaupa, seepärast on see mikrotermiline.
Kuid peamine ja kõige olulisem eelis on see, et suudame panna taimeliku tehnoloogia abil selles protsessis osalema. Elu on teave ja ta töötleb enda ümber olevat teavet, alustades kohanemisprotsessi üksuse sisemiste tingimustega. Siinkohal väidame, et elul on plastilisus ja et see ei kohandu mitte ainult ümbritsevate tingimustega, vaid kohandab ka keskkonda vastavalt oma oludele. Geneetika keeles tähendab see seda, et genotüübi ja keskkonna vahel on interaktsioon, mis tingib fenotüüpiliste avaldiste kohanemise valitsevate tingimustega.
Nüüd võiks väikeses keskkonnas, näiteks umbes 15 või 20 jardise läbimõõduga üksuses, olla palju soojem keskkond kui väljaspool üksust.
OLEN: Kirjeldage, milline üksus võiks välja näha.
OPD: Läbipaistev, plastkiust kahekihiline kuppel. Kuppel tekitaks sees kasvuhooneefekti, mis tõstaks päeval märkimisväärselt temperatuuri ja kaitseks sisekülge öösel madalate temperatuuride eest. Veelgi enam, atmosfääri rõhk oleks selle sees kõrgem 60–70 millibaari. Sellest piisab nii taimede fotosünteesi protsesside kui ka vedela vee jaoks.
Termodünaamilises mõttes räägime nüüd tasakaalu puudumisest. Marsi taasaktiveerimiseks peame looma termodünaamilise tasakaalutuse. Seade genereerib kõigepealt selle, mida on vaja, näiteks temperatuuride erinevuste tõttu maapinna gaasi eemaldamine. Selline protsess on eesmärk koos teega globaalsesse strateegiasse.
Rangelt võttes oleks ühikud nagu süsinikdioksiidi püüdvad püünised; nad vabastaksid hapniku ja tekitaksid biomassi. Seejärel eralduks hapnik perioodiliselt atmosfääri. Klapisüsteem laseb gaasid väljapoole ja kui sisemine õhurõhk on langenud kuni 40 või 35 milliriba, sulguvad ventiilid automaatselt. Ja teised avaneksid ning imemise teel satuks gaasi seadmesse gaasi ja algne õhurõhk tasakaalustuks. See süsteem võimaldaks mitte ainult hapniku, vaid ka muude gaaside eraldumist.
OLEN: Sellises oaasimudelis on see avatud süsteem, kuid kas see ei mõjutaks piirkondlikke tingimusi. Teisisõnu, kas kohalik leke väheneks ja kuidas erineb mikrotermistamine just kasvuhoonete käitamisest?
OPD: Arvatakse, et kasvuhooned - antud juhul terraformimise minimaalne ühik - algavad Marsil järkjärgulist muutust. Erinevus sõltub selle toimimisulatusest, kuna just seal algab mikrotootmise protsess. Lisaks sõltub see sellest, kuidas te seda vaatate, sest selle meetodiga üritame korrata evolutsioonimustrit, mis kunagi oli Maal edukas, et muuta planeedi atmosfäär teiseks ja panna Mars sisenema termodünaamilise tasakaalutuse staadiumisse. .
Suurimaks eeliseks on see, et suudame kontrollida maastiku kujundamise protsessi mikrotasandil; võime muuta Marsi kiiremini Maa sarnaseks kohaks ja panna see samal ajal ümbritseva keskkonnaga suhtlema. See on selle kõige olulisem aspekt: kiiremate protsessidega edasi liikuda. Nagu ma enne ütlesin, on idee järgida sama evolutsioonimustrit, mis arenes Maal varsti pärast fotosünteesi ilmumist. Seal olid maapealsed taimed, mis Maa ümber kujundasid ja kujundasid, tekitades pinnalt süsinikdioksiidi ja levitades seda sel ajal eksisteerinud atmosfääri.
Drs. Chris McKay ja Robert Zubrin esitasid huvitava mudeli, mis teeb ettepaneku paigutada kolm suurt orbitaalpeeglit. Peeglid peegeldaksid Päikese valgust Marsi lõunapoolusele ja sublimeeriksid kuiva jää (süsinikdioksiidi lume) kihi, et suurendada kasvuhooneefekti ja kiirendada seejärel planeedi globaalset soojenemist.
Sellised peeglid oleksid Texase suurused.
Ma arvan, et kui marsi pinna kohal asuva minimaalse terrassikujundi ühiku jaoks kuplite ehitamiseks kasutataks sama neis peeglites kasutatavat infrastruktuuri, tekitaksime kõrgemad degaseerimise kiirused ja hapniku atmosfääri kiiremini. Lisaks oleks osa pinda niikuinii soojenenud, kuna ühikud hoiavad päikesesoojust, mitte ei peegelda seda pinnalt.
Ühikute ökosüsteemide vedela vee puudus on vaieldav; siiski saab kasutada Washingtoni ülikooli dr Adam Bruckneri ettepaneku varianti. See koosneb tseoliitkondensaatori (mineraalkatalüsaator) kasutamisest; seejärel vee eraldamine sissetuleva õhu niiskusest. Vesi valaks sees iga päev. Aktiveeriksime jällegi hüdroloogilise tsükli mõned etapid, hõivates süsinikdioksiidi, eraldades gaase atmosfääri ja muutes selle pinna viljakamaks pinnaseks. Me teeksime kiirendatud maastiku kujundamist väga väikesel osa Marsil, kuid kui paneme sadu neid ühikuid, on pinna ja atmosfääri degaseerimise mõju planeedil.
OLEN: Kui suletud biosfäärid on Maa peal tegutsenud nagu Biosfäär 2, tekkisid probleemid näiteks hapnikukaotusega, mis tekkis koos kivimiga karbonaatide moodustamiseks. Kas tänapäeval on näiteid ulatuslikest, isemajandavatest süsteemidest Maal?
OPD: Inimeste ehitatud suuremahulised isemajandavad süsteemid? Ma ei tea ühtegi, kuid elu ise on isemajandav süsteem, mis võtab ümbritsevast keskkonnast selle, mida ta vajab töötamiseks.
See oli suletud biosfääride probleem, nad ei suutnud tagasisidet teha, nagu see juhtub Maal. Lisaks ei oleks minu pakutud süsteem suletud; see interakteerub teatud aja jooksul Marsi keskkonnaga, vabastades osa sellest, mida oleks fotosünteesi toimel töödeldud, lisades samas uusi gaase. Terraformeerimise minimaalne ühik ei ole suletud süsteem.
Kui võtta arvesse James Lovelocki „Gaia teooriat”, võiksime pidada Maad suuremahuliseks, isemajandavaks süsteemiks, kuna biogeokeemilised tsüklid on aktiivsed - olukord, mida tänapäeval Marsil ei juhtu. Suur osa hapnikust on selle pinnaga ühendatud, andes planeedile oksüdeeritud iseloomu. Selles mõttes aktiveeruksid biogeokeemilised tsüklid terraformingu minimaalse ühiku sees uuesti. Need kuplid vabastaksid muu hulgas hapniku ja karbonaadid, nii et eraldumine hakkaks järk-järgult voolama planeedi atmosfääri.
OLEN: Kiireim meetod, mida sageli viidatakse globaalsele terraformimisele, on fluorosüsinike viimine Marsi atmosfääri. Väikeste protsendimuutustega järgnevad suured temperatuuri- ja rõhumuutused. See sõltub päikeseenergia interaktsioonist. Kas suletud mullis oleks see mehhanism olemas, näiteks kui ultraviolettvalgus ei tungi kuplitesse?
OPD: Me räägime sellest alternatiivsel viisil - fluorosüsinike ja muude kasvuhoonegaaside mittekasutamisest. Meie pakutud meetod püüab süsinikdioksiidi biomassi suurendamiseks, vabastab hapniku ja sisemise soojussalvestuse - kõik selleks, et tekitada süsinikdioksiidi degaseeriv seade. Muud maasse kinni jäänud gaasid eralduksid Marsi atmosfääri, et seda järk-järgult tihendada. Tegelikult oleks ökosüsteemi otsene kokkupuude ultraviolettkiirtega süsihappegaasi sidumise, biomassi moodustumise ja maagaasi tekitamise seisukohast kahjulik. Täpsemalt kuppel kaitseb ökosüsteemi külma ja ultraviolettkiirguse eest ning hoiab selle siserõhku.
Nüüd oleks kuppel oluline soojuslõks ja soojusisolaator. Tehes varasema raku analoogia, on kuppel justkui bioloogiline membraan, mis juhib kohaliku ökosüsteemi termodünaamilisse tasakaalutust. See tasakaalutus võimaldaks elu edasi areneda.
OLEN: Kas kasvuhoonegaaside (nt metaani, süsinikdioksiidi või CFC-de) kõrge kohalik kontsentratsioon on lokaalselt toksiline, enne kui sellel on globaalne mõju?
OPD: Elu saab kohaneda tingimustega, mis on meie jaoks mürgised; kõrgendatud süsinikdioksiidi kontsentratsioon võib olla taimedele kasulik ja isegi suurendada nende tootmist, või nagu metaani puhul, on ka mõni metanogeenne organism, kes vajab seda gaasi oma elatiseks.
Sellised gaasid on sobivad globaalse temperatuuri tõstmiseks; teisalt on süsinikdioksiid taimede eluks kõige sobivam gaas. Selle eesmärk on reprodutseerida evolutsioonimustreid, mis viivad nende organismide järkjärgulise kohanemiseni uude keskkonda ja keskkonna kohanemisega nende organismidega.
OLEN: Ülemaailmsel Maastiku kujundamisel on vahemikke, mis varieeruvad sajandist kuni pika ajani. Kas on olemas viise, kuidas teie pakutud oaasimudeli abil hinnata, kas kohalikud jõupingutused võivad asustatavust kiirendada?
OPD: See sõltub taimede fotosünteesi efektiivsusest ja nende võimest kohaneda keskkonnaga ning samal ajal keskkonda kohandada. Siiski võime kaaluda kahte hinnangut: üks kohalik ja teine ülemaailmne.
Täpsemalt öeldes saab neid hinnanguid kõigepealt mõõta igal Terraformi minimaalsel ühikul selle fotosünteesi efektiivsuse, hapnikuga varustamise kiiruse, süsinikdioksiidi kogumise ja kupli pinna degaseerimise kaudu. See määr sõltub päikese esinemissagedusest ja kasvuhooneefektist. Globaalsel tasandil sõltub planeedi ümberehituse kiirus sellest, kui palju minimaalseid ühikuid võiks kogu Marsi pinnale paigaldada. See tähendab, et kui olemas on rohkem minimaalseid maastikuehituse ühikuid, siis saaks planeedi ümberkujundamine kiiremini lõpule viia.
Tahaksin selgitada midagi, mis on minu arvates praegu oluline. Suur saavutus oleks muuta Marss roheliseks planeediks, enne kui inimesed saaksid seda asustada nii, nagu me tänapäeval Maa peal teeme. Erakordne oleks näha, kuidas taimede elu reageerib, kõigepealt Terraformingu minimaalses üksuses ja siis, kui need masinad on oma tsükli lõpetanud ja elu ilmneb plahvatusena väljapoole, näha peatamatuid erisusi, mis toimuvad alates elust reageeriks keskkonnale ja keskkond reageeriks elule.
Ja nii võime vaadata puid, näiteks mände, millel Maal on suur ja sirge puit. Marsil võib meil olla paindlikumaid liike, üks piisavalt tugev, et vastu pidada madalatele temperatuuridele ja puhutavatele tuultele. Fotosünteetiliste masinatena täidaksid männid oma rolli planeeditransformaatoritena, hoides vett, mineraale ja süsinikdioksiidi biomassi kogunemiseks.
OLEN: Millised tulevikuplaanid teil uuringute jaoks on?
OPD: Tahan algatada Marsi tingimuste osalise simulatsiooni. See on vajalik Terraforming Minimaalse ühiku sondeerimiseks ja parendamiseks ning taimede füsioloogilise reageerimise parandamiseks sellistes tingimustes. Teisisõnu, proovid.
See on multidistsiplinaarne ja institutsioonidevaheline uurimine, seega on vaja nii inseneride, bioloogide ja geenispetsialistide kui ka teiste teemast huvitatud teadusorganisatsioonide osalemist. Pean ütlema, et see on vaid esimene katse; see on teooria selle kohta, mida saaks teha, ja seda, mida saaksime proovida omaenda planeedil, näiteks võideldes agressiivse kõrbe leviku vastu, rehabiliteerides maad ja luues takistusi selle järkjärgulise edenemise peatamiseks.
Algne allikas: ajakiri Astrobiology
Siin on artikkel sarnase projekti kohta. Kas mäletate Biosfääri 2?
