Kreditna slika: NASA
Lokalno gledano ima Zemlja naseljene krajnosti: Antarktika, puščava Sahara, Mrtvo morje, gora Etna. Naš svetovni planet se nahaja v območju bivalnega pasu osončja ali v območju zlatikov, kjer sta temperatura in pritisk ravno pravšnja za podporo tekoče vode in življenja. Čez meje iz te cone zlatičev krožita naša dva soseda: odbežni toplogredni planet, Venera - ki je v zlatokocku izraz "prevroč" - in hladen rdeči planet Mars, ki je "prehladen".
Mars je s povprečno globalno temperaturo -55 C zelo hladen planet. Standardni modeli za segrevanje Marsa to povprečno temperaturo najprej dvigajo z toplogrednimi plini, nato posadijo hladno prilagojene pridelke in fotosintetske mikrobe. Ta model za oblikovanje tal vključuje različne izboljšave, kot so orbitalna ogledala in kemične tovarne, ki izlivajo fluoroogljikovodike. Sčasoma bi se s pomočjo biologije, industrializacije in vremena ozračje začelo zgoščati (trenutno marsovsko ozračje je 99% tanjše od Zemljinega). Za oblikovanje Marsa, odvisno od izbire in koncentracije toplogrednih plinov, lahko traja več desetletij do stoletij, preden bo astronavt začel dvigovati vizir in prvič dihati marsovski zrak. Takšni predlogi bi sprožili prve zavestne napore pri planetarnem inženiringu in bi želeli spremeniti globalno okolje v eno manj sovražno življenje, kot ga poznamo prizemno.
Druga različica teh globalnih sprememb je lokalna, ki je znana tistim, ki so pohodili Saharo. Občasno življenje zacveti v puščavski oazi. Po besedah biologa Omarja Pensado Diaza, direktorja projekta Mex-Areohab, lokalno strategijo za spremembo Marsa je mogoče najbolje primerjati s preoblikovanjem Marsa ene oaze naenkrat. Najmanjša velikost oaze sega do premera plastične prevleke v obliki kupole, podobno kot rastlinjak z grelnikom prostora. Na ta način je mikroterformiranje manjša alternativa planetu, ki sicer predstavlja odprt sistem, ki pušča v vesolje. Diaz nasprotuje načinu, kako bi fizik Marsa z industrijskim orodjem lahko zamenjal s pomočjo toplotnih metod biologa.
Diaz se je z revijo Astrobiology pogovarjal o tem, kaj bi lahko pomenilo preoblikovanje Marsa z drobnimi stadioni, dokler ne prerastejo v bujne, puščavske oaze.
Revija za astrobiologijo (AM) : Ali bi bilo pravilno sklepati, da preučujete razlike med globalno in lokalno strategijo oblikovanja terena?
Omar Pensado Diaz (OPD): Veselim se vključevanja modelov in se raje osredotočim na njihove razlike. Globalno oblikovanje ali segrevanje planeta s super toplogrednimi plini je strategija ali model, zasnovan z vidika fizike; medtem ko model, ki ga predlagam, gledamo z biološkega vidika.
Govorim o modelu z imenom mikroterformiranje, ki bo možno z orodjem z imenom Minimalna enota za oblikovanje (MUT). Koncept minimalne enote za oblikovanje je razložen kot ekosistem, ki deluje kot temeljna enota narave. MUT obsega skupino živih organizmov in njihovo fizično in kemično okolje, kjer živijo, vendar se uporabljajo za razvoj biološkega procesa kolonizacije in remodeliranja na Marsu.
Umetnikova zamisel o tem, kako bi lahko iz orbite izgledal terensko oblikovan Mars z oceanom, ki sega v večji del njegove severne poloble. Marsa, kot ga je oblikoval Michael Carroll. Leta 1991 je bila ta slika uporabljena na sprednji naslovnici revije Nature, da bo Mars naredil uporabno.
Tehnično gledano je rastlinjak pod pritiskom v obliki kupole, ki bi vseboval in varoval notranji ekosistem. Ta kompleks ne bi bil izoliran od okolice; nasprotno, bil bi z njo nenehno v stiku, vendar na nadzorovan način.
Pomembna je izmenjava plina med enotami MUT in marsovskim okoljem, zato ima sam ekosistem dramatično vlogo. Cilj tega procesa je ustvarjanje fotosinteze. Tukaj moramo upoštevati, da rastline pokrivajo površinske in kemične tovarne, ki predelajo ozračje.
AM: Kakšne bi bile prednosti lokalnega dela z uporabo vašega modela oaze v puščavi? Ali po biološki analogiji s temeljno enoto za oblikovanje tal mislite kako imajo biološke celice notranje ravnovesje, se pa tudi izmenjujejo z zunanjim, ki se razlikuje za celotno gostiteljico?
OPD: Prednosti, ki se mi zdijo pri tem modelu, so, da lahko sprožimo postopek oblikovanja terena hitreje, vendar postopoma, zato je mikroterformiranje.
Glavna in najpomembnejša prednost pa je, da lahko s pomočjo tehnologije omogočimo, da življenje rastlin začne sodelovati v tem procesu. Življenje je informacija in informacije, ki jih obkrožajo, obdeluje, s čimer začne proces prilagajanja notranjim pogojem enote. Tu trdimo, da ima življenje plastičnost in da se ne samo prilagaja okoliškim razmeram, ampak tudi prilagaja okolju svojim razmeram. V jeziku genetike to pomeni, da obstaja interakcija med genotipom in okoljem, kar povzroči prilagoditev fenotipskih izrazov prevladujočim pogojem.
Zdaj bi lahko v majhnem okolju, kot je enota s premerom približno 15 ali 20 metrov, veliko bolj toplo okolje kot zunaj enote.
AM: Opišite, kako lahko izgleda enota.
OPD: Prosojna dvoslojna kupola iz plastičnih vlaken. Kupola bi v notranjosti ustvarila učinek tople grede, ki bi podnevi znatno dvignil temperaturo in ponoči ščitil notranjost pred nizkimi temperaturami. Poleg tega bi bil zračni tlak v notranjosti višji za 60 do 70 milibarov. To bi bilo dovolj, da bi rastlinam omogočili fotosintetske procese in tekočo vodo.
V termodinamičnem smislu zdaj govorimo o pomanjkanju ravnotežja. Za ponovno aktiviranje Marsa moramo ustvariti termodinamično neravnovesje. Enota bi najprej ustvarila tisto, kar je potrebno, na primer odstranjevanje tal pred temperaturnimi razlikami. Takšen postopek je cilj, skupaj s potjo do globalne strategije.
Strogo gledano, enote bi bile podobne pasti, ki zajemajo ogljikov dioksid; sproščali bi kisik in ustvarjali biomaso. Nato bi se kisik občasno sproščal v ozračje. Ventilski sistem bi spustil pline na zunaj in ko bi se notranji atmosferski tlak znižal na 40 ali 35 milibarov, bi se ventili samodejno zaprli. Drugi bi se odprli in s sesanjem bi plin prišel v enoto in prvotni atmosferski tlak bi se izničil. Ta sistem ne bi omogočal samo sproščanja kisika, ampak tudi sproščanje drugih plinov.
AM: V takšnem modelu oaz je odprt sistem, vendar ne bi imel vpliva na regionalne razmere. Z drugimi besedami, ali bi se lokalno puščanje redčilo in kako se v teh primerih mikroterformiranje razlikuje od samo delujočih rastlinjakov?
OPD: Menijo, da bodo rastlinjaki - v tem primeru minimalna enota za oblikovanje - začeli postopno spreminjati na Marsu. Razlika je odvisna od njegovega obsega delovanja, saj se tam začne postopek mikrooblikovanja. Poleg tega je odvisno od tega, kako gledate na to, saj s to metodo poskušamo ponoviti vzorec evolucije, ki je bil nekoč uspešen na Zemlji, da bi atmosfero planeta spremenili v drugo in da bi Mars vstopil v stopnjo termodinamične neravnovesja .
Glavna prednost je, da lahko nadzorujemo proces oblikovanja terena v mikro-merilu; lahko hitreje spremenimo Mars v podoben kraj Zemlje in omogočimo njegovo interakcijo z okoliškim okoljem hkrati. To je najpomembnejši vidik tega: napredovati s hitrejšimi procesi. Kot sem že rekel, je ideja slediti istemu vzorcu evolucije, ki se je razvil na Zemlji kmalu po pojavu fotosinteze. Obstajale so kopenske rastline, ki so Zemljo preuredile in oblikovale ter ustvarile ogljikov diksoid s površine in jo razdelili v takratno atmosfero.
Drs Chris McKay in Robert Zubrin sta predstavila zanimiv model, ki predlaga kolokacijo treh velikih orbitalnih ogledal. Zrcala bi odsevala sončno svetlobo na južni pol Marsa in sublimirala plast suhega ledu (sneg z ogljikovim dioksidom), da bi povečali učinek tople grede in nato pospešili globalno segrevanje planeta.
Takšna ogledala bi bila velikosti Teksasa.
Mislim, da če bi ista infrastruktura, uporabljena v teh ogledalih, namesto tega uporabljena za gradnjo kupola za minimalno enoto oblikovanja nad marsovsko površino, bi ustvarili višje stopnje razplinjevanja in hitreje oksigenirali ozračje. Poleg tega bi se del površine tako ali tako segrel, saj bi enote zadrževale sončno toploto, ne pa jo odbijale od površine.
Pomanjkanje tekoče vode za ekosisteme znotraj enot je sporno; lahko pa uporabimo različico predloga dr. Adama Brucknerja z univerze v Washingtonu. Sestavljen je iz uporabe zeolitnega (mineralnega katalizatorja) kondenzatorja; nato črpanje vode iz vlage dohodnega zraka. Voda bi se dnevno vlila. Ponovno bi aktivirali nekatere faze hidrološkega cikla, zajemali ogljikov dioksid, izpuščali pline v ozračje in naredili površino bolj rodovitna tla. Na zelo majhnem delu Marsa bi delali pospešeno oblikovanje, če pa postavimo na stotine teh enot, bodo imeli razpadni učinki na površino in atmosfero planetarne posledice.
AM: Ko na Zemlji delujejo zaprte biosfere, kot je Biosfera 2, so se pojavile težave zaradi - na primer - izgube kisika zaradi kombinacije s kamnino, da nastanejo karbonati. Ali danes obstajajo primeri obsežnih samooskrbnih sistemov na Zemlji?
OPD: Obsežni samooskrbni sistemi, ki jih je zgradil človek? Ne poznam nobenega, a življenje samo po sebi je samooskrben sistem, ki od okoliškega okolja vzame tisto, kar potrebuje za delo.
To je bil problem zaprtih biosfer, niso mogli vzpostaviti povratnega vezja, kot se to dogaja na Zemlji. Poleg tega sistem, ki ga predlagam, ne bi bil zaprt; v intervalih bi komuniciral z okolico Marsa, tako da bi sproščal del tistega, kar bi bilo predelano z delovanjem fotosinteze, ob vključevanju novih plinov. Minimalna enota za oblikovanje ne bo zaprt sistem.
Če upoštevamo "teorijo Gaia" Jamesa Lovelocka, bi lahko Zemljo obravnavali kot obsežen, samoodržujoč sistem, ker so biogeokemični cikli aktivni - situacija, ki se danes na Marsu ne dogaja. Velik del kisika se kombinira z njegovo površino, kar planetu oksidira. V tem smislu bi se znotraj minimalne enote za oblikovanje biogeokemični cikli ponovno aktivirali. Te kupole bi med drugim sprostile kisik in karbonate, zato bi se sproščanje začelo postopno pretakati v atmosfero planeta.
AM: Najhitrejša metoda, ki jo pogosto navajamo za svetovno oblikovanje, je vnašanje fluoroogljikovodikov v marsovsko ozračje. Z majhnimi odstotnimi spremembami sledijo velike spremembe temperature in tlaka. To se opira na sončno interakcijo. Bi imel zaprt mehurček na voljo ta mehanizem, na primer, če ultravijolična svetloba ne bo prodrla v kupole?
OPD: Govorimo o drugem načinu - ne uporabljamo fluoroogljikovodikov in drugih toplogrednih plinov. Metoda, ki jo predlagamo, zajema ogljikov dioksid za povečanje biomase, sprosti shranjevanje kisika in notranje toplote, vse za ustvarjanje razplinjanja ogljikovega dioksida znotraj enote. Drugi plini, ujeti danes v zemljo, bi se sproščali v marsovsko ozračje, da bi ga postopoma zgostili. Pravzaprav bi bila neposredna izpostavljenost ekosistema ultravijoličnim žarkom kontraproduktivna za zajemanje ogljikovega dioksida, nastajanje biomase in nastajanje zemeljskega plina. Ravno kupola deluje tako, da ščiti ekosisteme pred mrazom in ultravijoličnim sevanjem, pa tudi ohranja svoj notranji tlak.
Zdaj bi bila kupola pomembna toplotna past in toplotni izolator. Naredi starejšo analogijo celic, kupola je kot biološka membrana, ki lokalni ekosistem pripelje v termodinamično neravnovesje. Ta neravnovesje bi omogočilo razvoj življenja.
AM: Bi bile visoke lokalne koncentracije toplogrednih plinov (kot metan, ogljikov dioksid ali CFC) lokalno strupene, preden bi imele kakršne koli učinke na svetovni ravni?
OPD: Življenje se lahko prilagodimo razmeram, ki so za nas strupene; povišana koncentracija ogljikovega dioksida lahko koristi rastlinam in celo poveča njihovo proizvodnjo ali, tako kot metan, tudi nekateri metanogeni organizmi potrebujejo ta plin za preživetje.
Takšni plini so primerni za dvig globalne temperature; po drugi strani je ogljikov dioksid najprimernejši plin za rastlinsko življenje. Cilj je reproducirati evolucijske vzorce, ki vodijo k postopnemu prilagajanju teh organizmov na novo okolje in prilagajanju okolja tem organizmom.
AM: Globalno oblikovanje terena na Marsu ima časovni razpon, ki se razlikuje od stoletja do celo dolgih časov. Ali lahko z modelom oaze, ki ga predlagate, ocenite, ali bi lokalna prizadevanja lahko pospešila bivanje?
OPD: To bo odvisno od fotosintetske učinkovitosti rastlin in njihove sposobnosti, da se prilagodijo okolju. Vendar lahko upoštevamo dve oceni: eno lokalno in eno globalno.
Na jasnejši način je mogoče te ocene najprej izmeriti na vsaki minimalni enoti oblikovanja s svojo fotosintetsko učinkovitostjo, hitrostjo oksigenacije, zajemom ogljikovega dioksida in razplinjevanjem površine kupole. Ta stopnja bi bila odvisna od sončne pojavnosti in toplogrednega učinka. Na svetovni ravni bi bila hitrost prenove planeta odvisna od tega, koliko minimalnih enot bi bilo mogoče namestiti po celotni površini Marsovca. To pomeni, da če obstaja več minimalnih enot za oblikovanje planeta, bi se preobrazba planeta končala hitreje.
Rad bi razjasnil nekaj, kar se mi zdi pomembno v tem trenutku. Glavni dosežek bi bil spremeniti Mars v zeleni planet, preden bi ga ljudje lahko naselili tako, kot to počnemo danes na Zemlji. Nenavadno bi bilo videti, kako se odziva življenje rastlin, najprej znotraj minimalne enote za oblikovanje ter nato, ko so ti stroji končali svoj cikel in se življenje pojavi kot eksplozija v zunanjost, da bi videli neustavljivo specifikacijo, ki bi se zgodila od življenja bi se odzivali na okolje in okolje bi se odzivalo na življenje.
Tako lahko opazujemo drevesa, na primer borove, ki imajo na Zemlji velik in raven les. Na Marsu imamo morda bolj upogljive vrste, ki so dovolj močne, da se upirajo nizkim temperaturam in pihanim vetrom. Kot fotosintetični stroji bi borovci opravljali svojo vlogo planetarnih transformatorjev, zadrževali so vodo, minerale in ogljikov dioksid za kopičenje biomase.
AM: Kakšne načrte za raziskavo imate v prihodnosti?
OPD: Želim sprožiti delne simulacije marsovskih pogojev. To je potrebno za sondo in izboljšanje delovanja minimalne enote za oblikovanje ter fiziološki odziv rastlin v takih pogojih. Z drugimi besedami, vaje.
To je multidisciplinarna in medinstitucionalna preiskava, zato bo potrebno sodelovanje inženirjev, biologov in genetskih specialistov ter drugih znanstvenih organizacij, ki jih zadeva zanima. Moram reči, da je to samo prvi poskus; gre za teorijo, kaj bi lahko storili in tisto, kar bi lahko poskusili na lastnem planetu, na primer z bojem proti agresivnemu širjenju puščave, z rehabilitacijo temeljev in ustvarjanjem ovir za zaustavitev njegovega postopnega napredovanja.
Izvirni vir: Revija Astrobiologija
Tukaj je članek o podobnem projektu. Se spomnite Biosfere 2?
