Кредит за изображение: НАСА
На местно ниво Земята има обитаеми крайности: Антарктида, пустинята Сахара, Мъртво море, връх Етна. В световен мащаб нашата синя планета е разположена в обитаемата зона на Слънчевата система, или в района на „Златоделките“, където температурата и налягането са точно подходящи за поддържане на течната вода и живота. Отвъд границите на тази зона за златоноски орбита на нашите два съседи: избягалата оранжерийна планета, Венера - която по отношение на златните чорапи е „прекалено гореща“ - и фригидната червена планета Марс, която е „твърде студена“.
Със средна глобална температура от -55 C, Марс е много студена планета. Стандартните модели за затопляне на Марс повишават тази средна температура първо с парникови газове, след това се засаждат култури, адаптирани към студа и фотосинтетични микроби. Този модел на термоформоване включва различни усъвършенствания като орбитални огледала и химически фабрики, които изливат флуоровъглеводороди. В крайна сметка с помощта на биология, индустриализация и време атмосферата ще започне да се сгъстява (настоящата марсианска атмосфера е с 99% по-тънка от земната). За да се формира Марс, в зависимост от избора и концентрацията на използваните парникови газове, може да отнеме много десетилетия до векове, преди астронавтът да започне да повдига козирка и за първи път да диша марсиански въздух. Такива предложения биха инициирали първите съзнателни усилия при планетарното инженерство и целят да превърнат глобалната среда в една по-малко враждебна на живота, каквато я познаваме от наземното.
Друга версия на тези глобални промени е локална, позната на онези, които са преходили по Сахара. Понякога животът прецъфтява в пустинен оазис. Локалната стратегия за промяна на Марс, според биолога Омар Пенсадо Диас, директор на проекта "Мекси-Ареохаб", може най-добре да се сравни с трансформирането на Марс по един оазис наведнъж. Минималният размер на оазиса се простира до диаметъра на куполообразно пластмасово покритие, подобно на оранжерия с космически нагревател. По този начин микротерформирането е по-малката алтернатива за планета, която в противен случай е отворена система, изтичаща в космоса. Диас контрастира на начина, по който физикът може да смени Марс с индустриални инструменти на методите на парникови процеси на биолог.
Диас разговаря с Astrobiology Magazine какво може да означава прекрояване на Марс с малки стадиони, докато не прераснат в буйни пустинни оазиси.
Списание за астробиология (AM) : Би било правилно да се заключи, че изучавате разликите между глобална и локална стратегия за термообразуване?
Омар Пенсадо Диас (OPD): С нетърпение очаквам да интегрирам моделите, по-скоро да се съсредоточа върху различията им. Глобалното тераформиране или затопляне на планета със супер парникови газове е стратегия или модел, замислен от гледна точка на физиката; докато предлаганият от мен модел се разглежда от биологична гледна точка.
Говоря за модел, наречен микротерформиране, който ще бъде възможен с инструмент, наречен Minimal Unit of Terraforming (MUT). Концепцията за минимална единица за термообразуване се обяснява като екосистема, функционираща като основна единица на природата. MUT се състои от група живи организми и тяхната физическа и химическа среда, където живеят, но приложени за развитието на биологичен процес на колонизация и ремоделиране на Марс.
Представа на един художник за това как един термоформен Марс с океан, обхващащ по-голямата част от северното му полукълбо, може да изглежда от орбитата. Марс, както е оформен от Майкъл Карол. През 1991 г. това изображение е използвано на лицевата корица на изданието „Да направим Марс обитаем“ на Nature.
Технически погледнато, това е оранжерия под формата на купол под налягане, която би съдържала и защитавала вътрешна екосистема. Този комплекс не би бил изолиран от околностите; напротив, той би бил постоянно в контакт с него, но по контролиран начин.
Важното е обменът на газ между блоковете MUT и марсианската среда, така че самата екосистема има драматична роля. Целта на този процес е да генерира фотосинтеза. Ето къде трябва да разглеждаме растенията като покриващи повърхностните и химическите фабрики, преработващи атмосферата.
AM: Какви биха били предимствата да работите на местно ниво, използвайки вашия модел на оазис в пустиня? Под биологична аналогия с фундаментална единица за термообразуване искаш да кажеш как биологичните клетки имат вътрешно равновесие, но също така се разменят с външно, което се различава за целия гостоприемник?
ОФД: Предимствата, които намирам в този модел, са, че можем да инициираме процес на термоформоване по-бързо, но на етапи, затова той е микро-формиране.
Но основното и най-важно предимство е, че можем да накараме животът на растенията да започне да участва в този процес с помощта на технологиите. Животът е информация и тя обработва информацията около нея, като започва процес на адаптация към вътрешните условия на единицата. Тук поддържаме, че животът има пластичност и че той не само се приспособява към околните условия, но и адаптира околната среда към собствените си обстоятелства. На езика на генетиката това означава, че има взаимодействие между генотипа и околната среда, което води до адаптиране на фенотипните изрази към доминиращите условия.
Сега, в малка среда като единица с диаметър приблизително 15 или 20 ярда, бихме могли да имаме много по-топла среда, отколкото извън нея.
AM: Опишете как може да изглежда единица.
ОФД: Прозрачен, двупластов купол от пластмасово влакно. Куполът би генерирал парников ефект вътре, който би повишил значително температурата през деня и би защитил вътрешността от ниски температури през нощта. Освен това налягането в атмосферата би било по-високо от 60 до 70 милибара. Това би било достатъчно, за да позволи фотосинтетичните процеси на растенията, както и течната вода.
В термодинамично отношение сега говорим за липса на равновесие. За да активираме отново Марс, трябва да създадем термодинамично неравновесие. Агрегатът ще генерира всичко, което е необходимо първо, като дегазация на земята от температурни разлики. Такъв процес е цел заедно с пътя към глобална стратегия.
Строго погледнато, единиците биха били като капани, улавящи въглероден диоксид; те ще отделят кислород и ще генерират биомаса. Тогава кислородът ще се отделя периодично в атмосферата. Една клапанна система ще отделя газове навън и след като вътрешното атмосферно налягане се понижи до 40 или 35 милибара, клапаните се затварят автоматично. И други биха се отворили и чрез всмукване газът ще попадне вътре в блока и първоначалното атмосферно налягане ще изчезне. Тази система би позволила не само освобождаването на кислород, но и отделянето на други газове.
AM: При такъв модел на оазис това е отворена система, но няма ли ефект върху регионалните условия. С други думи, дали местното изтичане ще се разрежда и в тези случаи как микротерформите се различават от само работещите оранжерии?
ОФД: Счита се, че оранжериите - в този случай минималната единица за термообразуване - започват постепенна промяна на Марс. Разликата зависи от обхвата му на действие, тъй като именно там започва процесът на микрообразуване. Освен това зависи от това как го гледате, защото с този метод се опитваме да повторим еволюционния модел, който някога е бил успешен на Земята, за да трансформираме атмосферата на планетата в друга и да накараме Марс да влезе в етап на термодинамично неравновесие ,
Основното предимство е, че можем да контролираме процес на тераформиране в микромащаб; можем да превърнем Марс в подобно място на Земята по-бързо и да го накараме да взаимодейства със заобикалящата го среда едновременно. Това е най-важният аспект от него: да постигнем напред с по-бързите процеси. Както казах преди, идеята е да се следва същия модел на еволюция, който се развива на Земята скоро след появата на фотосинтезата. Имало е наземни растения, които са прекроявали и са формирали Земята, генерирайки въглероден диксоид от повърхността и я разпределяйки в атмосферата, която е съществувала по това време.
Drs. Крис Маккей и Робърт Зубрин представиха интересен модел, който предлага да се обединят три големи орбитални огледала. Огледалата биха отразявали светлината на Слънцето към южния полюс на Марс и сублимираха слоя сух лед (сняг на въглероден диоксид), за да увеличат парниковия ефект и след това да ускорят глобалното затопляне на планетата.
Такива огледала биха били с размерите на Тексас.
Мисля, че ако същата инфраструктура, използвана в огледалата, вместо това беше използвана за изграждане на куполи за минимална единица за термообразуване над повърхността на Марсиан, щяхме да генерираме по-високи скорости на дегазиране и по-бързо кислородяване на атмосферата. В допълнение, част от повърхността ще бъде затоплена така или иначе, тъй като единиците ще задържат слънчева топлина, а не да я отразяват от повърхността.
Липсата на течна вода за екосистемите вътре в блоковете е дискусионна; Въпреки това, може да се използва вариант на предложение на д-р Адам Брукнер от Университета във Вашингтон. Състои се от използване на зеолитен (минерален катализатор) кондензатор; след това, извличане на вода от влагата на входящия въздух. Водата ще се налива вътре всеки ден. Отново бихме активирали някои етапи от хидрологичен цикъл, улавяйки въглероден диоксид, отделяйки газове в атмосферата и превръщайки повърхността в по-плодородна земя. Бихме правили ускорено тераформиране на много малка част от Марс, но ако поставим стотици онези единици, дегазиращите ефекти върху повърхността и атмосферата ще имат планетарни последствия.
AM: Когато затворените биосфери са действали на Земята като Биосфера 2, възникват проблеми с - например загубата на кислород поради комбинация с скала и образуват карбонати. Има ли днес примери за широкомащабни, самоподдържащи се системи на Земята?
ОФД: Мащабни, самоподдържащи се системи, изградени от хората? Не знам никой, но самият живот е система за самоподдържане, която взема от заобикалящата среда това, което трябва да работи.
Това беше проблемът със затворените биосфери, те не успяха да направят верига за обратна връзка, както се случва на Земята. Освен това системата, която предлагам, няма да бъде затворена; той би взаимодействал с околната среда на Марс през интервали, като освобождава част от онова, което би било обработено чрез действието на фотосинтезата, като в същото време включва нови газове. Минималната единица за тераформиране няма да бъде затворена система.
Ако вземем предвид „теорията на Гея“ на Джеймс Ловелок, бихме могли да разгледаме Земята като широкомащабна, самоподдържаща се система, защото биогеохимичните цикли са активни - ситуация, която не се случва днес на Марс. Голяма част от кислорода му се комбинира с повърхността му, придавайки на планетата окислен характер. В този смисъл, в рамките на минималната единица за термообразуване, биогеохимичните цикли ще бъдат активирани отново. Тези куполи ще освободят кислород и карбонати, наред с други, така че освобождаването ще започне постепенно да се влива в атмосферата на планетата.
AM: Най-бързият метод, често цитиран за глобално тераформиране, е въвеждането на флуоровъглеводороди в марсианската атмосфера. С малки процентни промени следват големи промени в температурата и налягането. Това разчита на слънчевото взаимодействие. Ще има ли затворен балон този механизъм, например, ако ултравиолетовата светлина не прониква в куполите?
ОФД: Говорим за алтернативен начин от това - да не използваме флуоровъглеводороди и други парникови газове. Методът, който предлагаме, улавя въглеродния диоксид за увеличаване на биомасата, освобождава кислород и вътрешно натрупване на топлина, всичко това за генериране на дегазиране на въглероден диоксид в блока. Другите газове, хванати в земята днес, ще бъдат пуснати в марсианската атмосфера, за да я уплътнят постепенно. Всъщност прякото излагане на една екосистема на ултравиолетовите лъчи би било контрапродуктивно за улавяне на въглероден двуокис, образуване на биомаса и генериране на подземен газ. Точно куполът функционира, за да предпази екосистемата от студ и ултравиолетово лъчение, както и да поддържа вътрешното си налягане.
Сега куполът би бил важен топлоотвод и топлоизолатор. Правейки по-ранната клетъчна аналогия, куполът е като биологична мембрана, която задвижва местната екосистема до термодинамично неравновесие. Това неравновесие би позволило на живота да се развие.
AM: Дали високите локални концентрации на парникови газове (като метан, въглероден диоксид или CFC) биха били локално токсични, преди да имат някакви ефекти в световен мащаб?
ОФД: Животът може да се адаптира към токсични за нас условия; повишената концентрация на въглероден диоксид може да бъде от полза за растенията и дори да увеличи производството им, или, както при метана, има някои метаногенни организми, които се нуждаят от този газ за своето съществуване.
Такива газове са подходящи за повишаване на глобалната температура; от друга страна, въглеродният диоксид е най-подходящият газ за живота на растенията. Целта е да се възпроизведат еволюционни модели, водещи до постепенна адаптация на тези организми към нова среда и адаптиране на средата към тези организми.
AM: Глобалното тераформиране на Марс има времеви диапазони, които варират от един век до дори дълги времена. Има ли начини да прецените дали местните усилия могат да ускорят обитаемостта, като използвате модела на оазис, който предлагате?
ОФД: Това ще зависи от фотосинтетичната ефективност на растенията и от способността им да се адаптират към околната среда, докато адаптират средата. Можем да разгледаме обаче две оценки: една местна и една глобална.
По по-ясен начин тези оценки могат първо да бъдат измерени на всяка минимална единица за термообразуване чрез нейната фотосинтетична ефективност, скорост на оксигенация, улавяне на въглероден диоксид и дегазация на повърхността на купола. Този процент ще зависи от слънчевата честота и парниковия ефект. На глобално ниво скоростта на ремоделирането на планетата ще зависи от това колко минимални единици могат да бъдат инсталирани по цялата повърхност на Марсиан. Тоест, ако съществуват повече минимални единици за тераформиране, трансформацията на планетата ще приключи по-бързо.
Бих искал да изясня нещо, което смятам за важно в този момент. Основното постижение би било да превърнем Марс в зелена планета, преди хората да могат да го обитават по начина, по който го правим днес на Земята. Би било необикновено да се види как реагира животът на растенията, първо вътре в минималната единица за термообразуване и след това, когато тези машини са завършили цикъла си и животът се очертава като експлозия към външността, за да се види неудържимата спецификация, която ще се случи, тъй като животът биха отговорили на околната среда и околната среда би отговорила на живота.
И така, може да наблюдаваме дървета, като борове, които на Земята имат голям и прав дървен материал. На Марс може да имаме по-податлив вид, един достатъчно силен, за да устои на ниски температури и духащи ветрове. Като фотосинтетични машини боровете изпълняват ролята си на планетарни трансформатори, задържайки вода, минерали и въглероден диоксид за натрупване на биомаса.
AM: Какви бъдещи планове имате за изследването?
ОФД: Искам да започна частични симулации на марсианските условия. Това е необходимо за изследване и подобряване на работата на минималната единица за термоформоване, както и физиологичния отговор на растенията при такива условия. С други думи, репетиции.
Това е мултидисциплинарно и междуинституционално проучване, така че ще е необходимо участието на инженери, биолози и генетични специалисти, както и други научни организации, които се интересуват от темата. Трябва да кажа, че това е само първи опит; това е теория за това какво може да се направи и това, което можем да опитаме на собствената си планета, например, като се борим срещу агресивното разпространение на пустинята, като реабилитираме основания и създаваме пречки за спиране на постепенното й напредване.
Оригинален източник: списание Астробиология
Ето статия за подобен проект. Спомняте ли си биосфера 2?
