Attēla kredīts: NASA
Vietēji Zemei ir tās apdzīvojamās galējības: Antarktīda, Sahāras tuksnesis, Nāves jūra, Etnas kalns. Globālā mērogā mūsu zilā planēta ir novietota Saules sistēmas apdzīvojamā zonā jeb “Goldilocks” reģionā, kur temperatūra un spiediens ir tieši piemēroti, lai uzturētu šķidru ūdeni un dzīvību. Šķērsojot robežu no šīs zeltaino jūgu zonas, kas riņķo ap mūsu kaimiņiem - bēguļojošā siltumnīcas planēta Venēra - kas zeltaino cilšu izpratnē ir “pārāk karsta” - un aukstā sarkanā planēta Marss, kas ir “pārāk auksta”.
Ar vidējo globālo temperatūru -55 C Marss ir ļoti auksta planēta. Standarta modeļi Marsa sasilšanai vispirms paaugstina šo vidējo temperatūru ar siltumnīcefekta gāzēm, pēc tam stāda aukstumam piemērotas kultūras un fotosintētiskos mikrobus. Šajā reljefa veidošanas modelī ir iekļauti dažādi uzlabojumi, piemēram, orbītas spoguļi un ķīmiskās rūpnīcas, kas izlej fluorogļūdeņražus. Galu galā ar bioloģijas, industrializācijas un laika palīdzību atmosfēra sāks kļūt biezāka (pašreizējā Marsa atmosfēra ir par 99% plānāka nekā Zemei). Marsa reljefa veidošana atkarībā no izmantoto siltumnīcefekta gāzu izvēles un koncentrācijas var aizņemt daudzas desmitgades līdz gadsimtiem, pirms astronauts varētu sākt pacelt vizieri un pirmo reizi elpot Marsa gaisu. Šādi priekšlikumi iniciētu pirmos apzinātos centienus veikt planētu inženieriju un to mērķis būtu mainīt globālo vidi tādā, kas ir mazāk naidīga dzīvībai, kā mēs to zinām zemes virspusē.
Vēl viena šo globālo izmaiņu versija ir vietēja, pazīstama tiem, kas pārgājuši Sahārā. Reizēm dzīve uzplaukst tuksneša oāzei. Vietējo stratēģiju Marsa maiņai, pēc biologa Omāra Pensado Diaza, projekta Mex-Areohab direktora teiktā, vislabāk var salīdzināt ar Marsa pārveidi pa vienai oāzei vienlaikus. Oāzes minimālais izmērs ir līdz kupola formas plastmasas pārsega diametram, līdzīgi kā siltumnīcai ar telpas sildītāju. Tādā veidā mikrotraumēšana ir mazāka alternatīva planētai, kas citādi ir atvērta sistēma, kas noplūst kosmosā. Diazs kontrastē ar to, kā fiziķis var mainīt Marsu ar rūpnieciskiem instrumentiem uz biologa metodēm siltumnīcā.
Diazs runāja ar žurnālu Astrobiology par to, ko varētu nozīmēt Marsa pārveidošana ar sīkiem stadioniem, līdz tie izaug par sulīgām, tuksneša oāzēm.
Žurnāls Astrobiology (AM) : Vai būtu pareizi secināt, ka jūs pēta atšķirības starp globālo un vietējo teritoriālās attīstības stratēģiju?
Omars Pensado Diazs (OPD): Es ļoti gaidu modeļu integrāciju, drīzāk koncentrējoties uz to atšķirībām. Globālā terora veidošana vai planētas sasilšana ar īpaši siltumnīcefekta gāzēm ir no fizikas viedokļa izstrādāta stratēģija vai modelis; kamēr piedāvātais modelis tiek aplūkots no bioloģiskā viedokļa.
Es runāju par modeli ar nosaukumu mikrotraumēšana, kas būs iespējams, izmantojot rīku ar nosaukumu Terraforming Minimal Unit (MUT). Teritorijas minimālās vienības jēdziens tiek izskaidrots kā ekosistēma, kas darbojas kā galvenā dabas vienība. MUT sastāv no dzīvo organismu grupas un to fizikālās un ķīmiskās vides, kur tie dzīvo, bet to piemēro bioloģiskās kolonizācijas un pārveidošanas procesa izveidošanai uz Marsa.
Mākslinieka priekšstats par to, kā no orbītas varētu izskatīties reljefs Marss ar okeānu, kas aptver lielāko daļu tās ziemeļu puslodes.Mars, kā to veidojis Maikls Kerols. 1991. gadā šis attēls tika izmantots uz Dabas izdevuma “Padarīt Marsu apdzīvojamu” priekšējā vāka.
Tehniski runājot, tā ir paaugstināta spiediena kupola formas siltumnīca, kas saturētu un aizsargātu iekšējo ekosistēmu. Šis komplekss nebūtu izolēts no apkārtnes; gluži pretēji, tas ar to būtu pastāvīgi kontaktā, bet kontrolētā veidā.
Svarīgi ir gāzes apmaiņa starp MUT vienībām un Marsa vidi, tāpēc pašai ekosistēmai ir dramatiska loma. Šī procesa mērķis ir radīt fotosintēzi. Šeit ir jāuzskata, ka augi sedz virszemes un ķīmiskās rūpnīcas, kas apstrādā atmosfēru.
AM: Kādas būtu priekšrocības, strādājot uz vietas, izmantojot savu oāzes modeli tuksnesī? Vai, domājot par bioloģisko analoģiju ar pamatveidīgo vienību, jūs domājat, piemēram, kā bioloģiskajām šūnām ir iekšējs līdzsvars, bet tās apmainās arī ar ārējām, kas atšķiras visā saimniekdatorā?
OPD: Priekšrocības, kuras man šķiet šajā modelī, ir tādas, ka mēs varam ātrāk uzsākt teritorijas veidošanas procesu, bet pakāpeniski, tāpēc tas ir mikrotraumējošs.
Bet galvenā un vissvarīgākā priekšrocība ir tā, ka mēs varam panākt, ka augu dzīve sāk piedalīties šajā procesā ar tehnoloģiju palīdzību. Dzīve ir informācija, un tā apstrādā informāciju ap to, sākot adaptācijas procesu vienības iekšējiem apstākļiem. Šeit mēs sakām, ka dzīvei ir plastika un ka tā ne tikai pielāgojas apkārtējiem apstākļiem, bet arī pielāgo vidi apkārtējiem apstākļiem. Ģenētikas valodā tas nozīmē, ka starp genotipu un vidi notiek mijiedarbība, kas izraisa fenotipisko izpausmju pielāgošanos dominējošajiem apstākļiem.
Tagad nelielā vidē, piemēram, vienībā, kuras diametrs ir aptuveni 15 vai 20 jardi, mums varētu būt daudz siltāka vide nekā ārpus vienības.
AM: Aprakstiet, kā varētu izskatīties vienība.
OPD: Caurspīdīgs, plastmasas šķiedras, divslāņu kupols. Kupols iekšpusē radītu siltumnīcefektu, kas dienas laikā ievērojami paaugstinātu temperatūru un naktī pasargātu iekšpusi no zemas temperatūras. Turklāt atmosfēras spiediens iekšpusē būtu lielāks par 60 līdz 70 milibāriem. Tas būtu pietiekami, lai atļautu augu fotosintēzes procesus, kā arī šķidru ūdeni.
Termodinamiskā izteiksmē mēs tagad runājam par līdzsvara trūkumu. Lai Marsu varētu atkārtoti aktivizēt, mums jāizveido termodinamiskais līdzsvara līdzsvars. Vienība ģenerēs to, kas vispirms vajadzīgs, piemēram, zemes atgāzēšanu no temperatūras atšķirībām. Šāds process ir mērķis kopā ar ceļu uz globālu stratēģiju.
Stingri sakot, vienības būtu kā oglekļa dioksīda uztveršanas slazdi; tie izdalīs skābekli un radīs biomasu. Pēc tam skābeklis periodiski izdalās atmosfērā. Vārstu sistēma izvadīs gāzes uz ārpusi un, kad iekšējais atmosfēras spiediens būs pazeminājies līdz 40 vai 35 milibāriem, vārsti automātiski aizveras. Un citi atvērsies, un, sūknējot, vienībā iekļūs gāze, un sākotnējais atmosfēras spiediens izlīdzināsies. Šī sistēma ļautu ne tikai atbrīvot skābekli, bet arī atbrīvot citas gāzes.
AM: Šādā oāzes modelī tā ir atvērta sistēma, bet vai tam nebūtu ietekmes uz reģionālajiem apstākļiem. Citiem vārdiem sakot, vai vietējā noplūde mazinātos, un kādos gadījumos mikrotraumēšana atšķiras no tikai siltumnīcu ekspluatācijas?
OPD: Tiek uzskatīts, ka siltumnīcas - šajā gadījumā minimālā teritoriālās formēšanas vienība - uz Marsa sāk pakāpeniskas pārmaiņas. Atšķirība ir atkarīga no tā darbības diapazona, jo tieši tur sākas mikrotraumēšanas process. Turklāt tas ir atkarīgs no tā, kā jūs uz to skatāties, jo ar šo metodi mēs cenšamies atkārtot evolūcijas modeli, kas savulaik bija veiksmīgs uz Zemes, lai pārveidotu planētas atmosfēru citā un liktu Marsam ienākt termodinamiskās līdzsvara stadijā. .
Galvenā priekšrocība ir tā, ka mēs varam kontrolēt teritorijas veidošanas procesu mikro mērogā; mēs varam Marsu ātrāk pārvērst Zemei līdzīgā vietā un panākt, lai tas vienlaikus mijiedarbotos ar apkārtējo vidi. Tas ir vissvarīgākais aspekts: virzīties uz priekšu ātrākiem procesiem. Kā jau teicu iepriekš, ideja ir ievērot to pašu evolūcijas modeli, kas izveidojās uz Zemes drīz pēc fotosintēzes parādīšanās. Bija sauszemes augi, kas pārveidoja un veidoja zemi, radot oglekļa diksoīdu no virsmas un izplatot to atmosfērā, kas tajā laikā pastāvēja.
Drs. Kriss Makkejs un Roberts Zubrins prezentēja interesantu modeli, kurā ierosināts izvietot trīs lielus orbītas spoguļus. Spoguļi atspoguļos Saules gaismu uz Marsa dienvidu polu un sublimēs sausā ledus (oglekļa dioksīda sniega) slāni, lai palielinātu siltumnīcas efektu un pēc tam paātrinātu planētas globālo sasilšanu.
Šādi spoguļi būtu Teksasas izmēri.
Es domāju, ka, ja tā pati infrastruktūra, kas tika izmantota šajos spoguļos, tā vietā tiktu izmantota, lai izveidotu kupolus minimālai Terraforming vienībai virs Marsa virsmas, mēs radītu lielākus atgāzēšanas ātrumus un atmosfēras skābekli ātrāk. Turklāt daļa virsmas jebkurā gadījumā tiktu sasildīta, jo vienības turēs saules siltumu, nevis to atspoguļos no virsmas.
Ir diskutējams par šķidrā ūdens trūkumu ekosistēmām vienību iekšienē; tomēr var izmantot doktora Ādama Bruknera no Vašingtonas universitātes priekšlikuma variantu. Tas sastāv no ceolīta (minerālu katalizatora) kondensatora izmantošanas; pēc tam ūdens iegūšana no ienākošā gaisa mitruma. Katru dienu iekšā ielej ūdeni. Atkal mēs aktivizētu dažus hidroloģiskā cikla posmus, uztvertu oglekļa dioksīdu, izvadītu gāzes atmosfērā un padarītu virsmu par auglīgāku augsni. Mēs darītu paātrinātu reljefa veidošanu ļoti nelielā Marsa daļā, bet, ja mēs uzliksim simtiem šo vienību, degazēšanas efektiem virs virsmas un atmosfēras būs planētas sekas.
AM: Kad slēgtas biosfēras ir darbojušās uz Zemes, piemēram, 2. biosfēra, radās problēmas ar, piemēram, skābekļa zudumiem, kas saistīti ar kombināciju ar iežu, veidojot karbonātus. Vai šodien ir piemēri liela mēroga, pašpietiekamām sistēmām uz Zemes?
OPD: Liela mēroga, patstāvīgas sistēmas, kuras būvējuši cilvēki? Es neko nezinu, bet pati dzīve ir pašpietiekama sistēma, kas no apkārtējās vides ņem to, kas nepieciešams darbam.
Tā bija slēgto biosfēru problēma, viņi nespēja izveidot atgriezenisko saiti, kā tas notiek uz Zemes. Turklāt mana ierosinātā sistēma nebūtu slēgta; tas periodiski mijiedarbosies ar Marsa vidi, atbrīvojot daļu no tā, kas būtu apstrādāts fotosintēzes laikā, tajā pašā laikā iekļaujot jaunas gāzes. Teritorijas minimālā vienība nebūs slēgta sistēma.
Ja mēs ņemam vērā Džeimsa Lovelocka “Gaia teoriju”, mēs varētu uzskatīt Zemi par liela mēroga, pašpietiekamu sistēmu, jo bioģeoķīmiskie cikli ir aktīvi - situācija, kas šodien uz Marsa nenotiek. Liela daļa skābekļa tiek apvienota ar tās virsmu, piešķirot planētai oksidētu raksturu. Šajā nozīmē Teorētiskās apstrādes minimālās vienības iekšienē tiktu atkārtoti aktivizēti bioģeoķīmiskie cikli. Šie kupoli cita starpā atbrīvos skābekli un karbonātus, tāpēc izdalīšanās sāks pakāpeniski plūst planētas atmosfērā.
AM: Ātrākā metode, ko bieži citē globālajā terora veidošanā, ir fluorogļūdeņražu ievadīšana Marsa atmosfērā. Ar nelielām procentuālajām izmaiņām seko lielas temperatūras un spiediena izmaiņas. Tas ir atkarīgs no saules mijiedarbības. Vai šādam mehānismam būtu pieejams slēgts burbulis, piemēram, ja kupolos neieplūst ultravioletā gaisma?
OPD: Mēs runājam par alternatīvu veidu, kā to neizmantot - neizmantojot ogļūdeņražus un citas siltumnīcefekta gāzes. Piedāvātā metode satur oglekļa dioksīda uztveršanu biomasas palielināšanai, atbrīvo skābekli un iekšējo siltuma uzkrāšanu - tas viss rada oglekļa dioksīda atgāzēšanu vienības iekšienē. Citas šodien zemē ieslodzītas gāzes tiks izvadītas Marsa atmosfērā, lai to pakāpeniski sabiezinātu. Faktiski tieša ekosistēmas pakļaušana ultravioletajiem stariem būtu neproduktīva oglekļa dioksīda uztveršanai, biomasas veidošanai un grunts gāzes veidošanai. Tieši kupols darbojas, lai aizsargātu ekosistēmu no aukstuma un ultravioletā starojuma, kā arī uzturētu tā iekšējo spiedienu.
Tagad kupols būtu svarīgs siltuma lamatas un siltumizolators. Veicot agrāko šūnu analoģiju, kupols ir kā bioloģiska membrāna, kas lokālo ekosistēmu virza uz termodinamisko nelīdzsvarotību. Šis līdzsvara trūkums ļautu dzīvībai attīstīties.
AM: Vai augsta vietējā siltumnīcefekta gāzu koncentrācija (piemēram, metāns, oglekļa dioksīds vai CFC) būtu lokāli toksiska, pirms tai būtu kāda ietekme pasaulē?
OPD: Dzīve var pielāgoties apstākļiem, kas mums ir toksiski; paaugstināta oglekļa dioksīda koncentrācija var būt labvēlīga augiem un pat palielināt to ražošanu, vai, tāpat kā metāna gadījumā, ir arī daži metanogeniski organismi, kuriem šī gāze nepieciešama iztikai.
Šādas gāzes ir piemērotas globālās temperatūras paaugstināšanai; no otras puses, oglekļa dioksīds ir vispiemērotākā gāze augu dzīvībai. Mērķis ir reproducēt evolūcijas modeļus, kas noved pie šo organismu pakāpeniskas adaptācijas jaunā vidē un vides pielāgošanos šiem organismiem.
AM: Globālajai terasei uz Marsa ir laika diapazoni, kas variē no viena gadsimta līdz pat ilgam laikam. Vai ir veidi, kā novērtēt, vai vietējie centieni varētu paātrināt apdzīvojamību, izmantojot jūsu piedāvāto oāzes modeli?
OPD: Tas būs atkarīgs no augu fotosintēzes efektivitātes un spējas pielāgoties videi, vienlaikus pielāgojot vidi. Tomēr mēs varam apsvērt divus novērtējumus: vienu vietējo un otru vispārēju.
Precīzāk sakot, šos novērtējumus vispirms var izmērīt katrā minimālajā Terraformas vienībā, ņemot vērā tā fotosintēzes efektivitāti, oksigenācijas ātrumu, oglekļa dioksīda uztveršanu un kupola virsmas atgāzēšanu. Šis rādītājs būtu atkarīgs no saules biežuma un siltumnīcas efekta. Globālā līmenī planētas pārveidošanas ātrums būs atkarīgs no tā, cik minimālo vienību varētu uzstādīt visā Marsa virsmā. Tas ir, ja eksistē vairāk minimālo teritoriālās formēšanas vienību, planētas transformācija tiks pabeigta ātrāk.
Es gribētu paskaidrot kaut ko, kas, manuprāt, ir svarīgs šajā brīdī. Galvenais sasniegums būtu pārvērst Marsu par zaļu planētu, pirms cilvēki to varētu apdzīvot tā, kā mēs šodien darām uz Zemes. Būtu neparasti redzēt, kā reaģē augu dzīve, vispirms Terraforming minimālās vienības iekšpusē un pēc tam, kad šīs mašīnas būtu pabeigušas savu ciklu un dzīvība parādās kā sprādziens uz ārpusi, lai redzētu neapturamo specifikāciju, kas notiks kopš dzīves reaģētu uz vidi un vide reaģētu uz dzīvi.
Un tā, mēs varam vērot kokus, piemēram, priedes, kurām uz Zemes ir liels un taisns koks. Uz Marsa mums var būt elastīgāka suga, kas ir pietiekami stipra, lai pretotos zemai temperatūrai un pūstošam vējam. Kā fotosintēzes mašīnas priedes pildīs savu lomu kā planētu transformatori, saglabājot ūdeni, minerālus un oglekļa dioksīdu biomasas uzkrāšanai.
AM: Kādi nākotnes plāni jums ir par pētījumu?
OPD: Es vēlos uzsākt Marsa apstākļu daļēju simulāciju. Tas ir nepieciešams, lai pārbaudītu un uzlabotu Terraforming Minimālās vienības darbību, kā arī augu fizioloģisko reakciju šādos apstākļos. Citiem vārdiem sakot, mēģinājumi.
Šī ir daudznozaru un starpinstitūciju izmeklēšana, tāpēc būs nepieciešama inženieru, biologu un ģenētisko speciālistu, kā arī citu zinātnisko organizāciju, kas interesējas par šo tēmu, dalība. Man jāsaka, ka tas ir tikai pirmais mēģinājums; tā ir teorija par to, ko varētu darīt, un to, ko mēs varētu izmēģināt uz savas planētas, piemēram, cīnoties pret agresīvo tuksneša izplatību, atjaunojot vietas un radot šķēršļus, lai apturētu tās pakāpenisko virzību.
Oriģinālais avots: žurnāls Astrobiology
Šis ir raksts par līdzīgu projektu. Vai atceries Biosfēru 2?
