Avtor slike: NASA
Lokalno ima Zemlja svoje bivalne skrajnosti: Antarktika, puščava Sahara, Mrtvo morje, gora Etna. Globalno gledano se naš modri planet nahaja v bivalnem območju sončnega sistema ali v regiji „Zlatolaska“, kjer sta temperatura in tlak ravno pravšnja, da podpirata tekočo vodo in življenje. Čez meje te cone zlatolaska krožita naša dva soseda: pobegli planet v rastlinjaku, Venera – ki je v izrazu zlatolaska »prevroča« – in mrzli rdeči planet Mars, ki je »premrzel«.
S povprečno globalno temperaturo -55 C je Mars zelo hladen planet. Standardni modeli za segrevanje Marsa to povprečno temperaturo najprej dvignejo s toplogrednimi plini, nato pa posadijo na hladno prilagojene pridelke in fotosintetične mikrobe. Ta model teraformiranja vključuje različne izboljšave, kot so orbitalna ogledala in kemične tovarne, ki izlivajo fluoroogljikovodike. Sčasoma bi s pomočjo biologije, industrializacije in časa atmosfera začela postajati gostejša (trenutna marsova atmosfera je 99 % tanjša od Zemljine). Terraformiranje Marsa, odvisno od izbire in koncentracije uporabljenih toplogrednih plinov, lahko traja več desetletij do stoletij, preden bi lahko astronavt začel dvigovati vizir in prvič vdihniti marsovski zrak. Takšni predlogi bi sprožili prvo zavestno prizadevanje za planetarno inženirstvo in bi želeli spremeniti globalno okolje v okolje, ki je manj sovražno življenju, kot ga poznamo na kopnem.
Druga različica teh globalnih sprememb je lokalna, ki jo poznajo tisti, ki so prehodili Saharo. Občasno se življenje razcveti v puščavsko oazo. Lokalno strategijo za spremembo Marsa je po mnenju biologa Omarja Pensada Diaza, direktorja projekta Mex-Areohab, najbolje primerjati s preoblikovanjem Marsa ene oaze naenkrat. Najmanjša velikost oaze sega do premera plastičnega pokrova v obliki kupole, podobno kot rastlinjak z grelnikom prostora. Na ta način je mikroterraformiranje manjša alternativa za planet, ki je sicer odprt sistem, ki pušča v vesolje. Diaz primerja način, kako bi fizik lahko spremenil Mars z industrijskimi orodji, z metodami v rastlinjakih biologa.
Diaz se je z revijo Astrobiology pogovarjal o tem, kaj bi lahko pomenilo preoblikovati Mars z majhnimi stadioni, dokler ne prerastejo v bujne, puščavske oaze.
Astrobiološka revija (AM): Ali bi bilo pravilno sklepati, da preučujete razlike med globalno in lokalno strategijo terraformiranja?
Omar Pensado Diaz (OPD): Veselim se integracije modelov, raje se osredotočam na njihove razlike. Globalno terraformiranje ali segrevanje planeta s super toplogrednimi plini je strategija ali model, zasnovan z vidika fizike; medtem ko je model, ki ga predlagam, viden z biološkega vidika.
Govorim o modelu, imenovanem mikroterraformiranje, ki bo mogoč z orodjem z imenom Minimalna enota terraformiranja (MUT). Koncept minimalne enote teraformiranja je razložen kot ekosistem, ki deluje kot temeljna enota narave. MUT obsega skupino živih organizmov ter njihovo fizično in kemično okolje, kjer živijo, vendar se uporablja za razvoj biološke kolonizacije in procesa preoblikovanja na Marsu.
Umetnikova zasnova o tem, kako bi lahko teraformiran Mars z oceanom, ki pokriva večino njegove severne poloble, izgledal iz orbite. Mars, kot ga je terraformiral Michael Carroll. Leta 1991 je bila ta slika uporabljena na naslovnici revije Nature 'Making Mars Habitable'.
Tehnično gledano gre za rastlinjak v obliki kupole pod pritiskom, ki bi vseboval in varoval notranji ekosistem. Ta kompleks ne bi bil izoliran od okolice; nasprotno, nenehno bi bil v stiku z njim, vendar na nadzorovan način.
Pomembna je izmenjava plina med enotami MUT in marsovskim okoljem, tako da ima ekosistem sam dramatično vlogo. Cilj tega procesa je ustvariti fotosintezo. Tukaj moramo upoštevati rastline, ki pokrivajo površino, in kemične tovarne, ki predelujejo ozračje.
AM:Kakšne bi bile prednosti lokalnega dela z uporabo vašega modela oaze v puščavi? Ali z biološko analogijo s temeljno teraformirajočo enoto mislite na to, kako imajo biološke celice notranje ravnotežje, a se tudi izmenjujejo z zunanjim, ki se razlikuje za celotnega gostitelja?
OPD:Prednosti, ki jih najdem v tem modelu, so, da lahko hitreje sprožimo proces teraformiranja, vendar v fazah, zato gre za mikroterraformiranje.
Toda glavna in najpomembnejša prednost je, da lahko s pomočjo tehnologije omogočimo, da rastlinsko življenje začne sodelovati v tem procesu. Življenje je informacija in obdeluje informacije okoli sebe, s čimer se začne proces prilagajanja notranjim razmeram enote. Tu trdimo, da ima življenje plastičnost in da se ne prilagaja le okoliškim razmeram, ampak tudi okolje prilagaja svojim okoliščinam. V jeziku genetike to pomeni, da obstaja interakcija med genotipom in okoljem, ki povzroči prilagoditev fenotipskih izrazov prevladujočim pogojem.
Zdaj, v majhnem okolju, kot je enota s premerom približno 15 ali 20 jardov, bi lahko imeli veliko toplejše okolje kot zunaj enote.
AM:Opišite, kako bi lahko izgledala enota.
OPD:Prozorna dvoslojna kupola iz plastičnih vlaken. Kupola bi v notranjosti ustvarila učinek tople grede, ki bi podnevi močno dvignil temperaturo, ponoči pa zaščitil notranjost pred nizkimi temperaturami. Poleg tega bi bil atmosferski 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 ravnovesja. Da bi ponovno aktivirali Mars, moramo ustvariti termodinamično neravnovesje. Enota bi ustvarila tisto, kar je najprej potrebno, kot je razplinjevanje tal zaradi temperaturnih razlik. Tak proces je cilj skupaj s potjo do globalne strategije.
Strogo gledano, bi bile enote kot pasti, ki zajemajo ogljikov dioksid; sproščali bi kisik in ustvarili biomaso. Kisik se nato občasno sprošča v ozračje. Sistem ventilov bi sproščal pline navzven in ko bi se notranji atmosferski tlak zmanjšal 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 izenačil. Ta sistem ne bi omogočal samo sproščanja kisika, ampak tudi sproščanje drugih plinov.
AM:V takem modelu oaze gre za odprt sistem, vendar ne bi vplival na regionalne razmere. Z drugimi besedami, ali bi se lokalno uhajanje razredčilo in kako se v teh primerih mikroterraformiranje razlikuje od samo delujočih rastlinjakov?
OPD:Domneva se, da bodo rastlinjaki – v tem primeru minimalna enota terraformiranja – začeli postopoma spreminjati Mars. Razlika je odvisna od njegovega obsega delovanja, saj se tam začne proces mikroterraformiranja. Poleg tega je odvisno od tega, kako gledate na to, saj s to metodo poskušamo ponoviti evolucijski vzorec, ki je bil nekoč uspešen na Zemlji, da bi atmosfero planeta spremenili v drugo in da bi Mars prišel v fazo termodinamičnega neravnovesja. .
Glavna prednost je, da lahko nadzorujemo proces teraformiranja v mikro merilu; lahko hitreje spremenimo Mars v podobno mesto kot Zemlja in ga hkrati omogočimo interakciji z okoliškim okoljem. To je najpomembnejši vidik: 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 preoblikovale in teraformirale Zemljo ter s površja tvorile ogljikov diksoid in ga razpošiljale v ozračje, ki je takrat obstajalo.
dr. Chris McKay in Robert Zubrin sta predstavila zanimiv model, ki predlaga združitev treh velikih orbitalnih ogledal. Ogledala bi odražala sončno svetlobo na južni pol Marsa in sublimirala plast suhega ledu (sneg ogljikovega dioksida), da bi povečala učinek tople grede in nato pospešila globalno segrevanje planeta.
Takšna ogledala bi bila velikosti Teksasa.
Mislim, da če bi namesto tega uporabili isto infrastrukturo, ki je bila uporabljena v teh ogledalih, za izgradnjo kupol za minimalno enoto terraformiranja nad površino Marsa, bi ustvarili višje stopnje razplinjevanja in hitreje oksigenirali atmosfero. Poleg tega bi se del površine vseeno ogrel, saj bi Enote zadrževale sončno toploto, ne pa je odbijale od površine.
Pomanjkanje tekoče vode za ekosisteme znotraj enot je sporno; vendar je mogoče uporabiti različico predloga dr. Adama Brucknerja z univerze v Washingtonu. Sestoji iz uporabe kondenzatorja zeolita (mineralni katalizator); nato črpanje vode iz vlage vhodnega zraka. Voda bi se zlila v notranjost vsak dan. Spet bi aktivirali nekatere faze hidrološkega cikla, zajemali bi ogljikov dioksid, sproščali pline v ozračje in naredili površje bolj rodovitna tla. Izvedli bi pospešeno teraformiranje na zelo majhnem delu Marsa, a če bi postavili na stotine teh enot, bodo učinki razplinjevanja na površini in atmosferi imeli planetarne posledice.
AM:Ko so zaprte biosfere delovale na Zemlji, kot je Biosfera 2, so se pojavile težave z – na primer – izgubo kisika zaradi kombinacije s kamnino in tvorbo karbonatov. Ali obstajajo danes primeri obsežnih, samozadostnih sistemov na Zemlji?
OPD:Obsežni, samozadostni sistemi, ki so jih zgradili ljudje? Ne poznam nobenega, toda življenje samo je samovzdrževalni sistem, ki jemlje iz okolice, kar potrebuje za delovanje.
To je bil problem zaprtih biosfer, niso mogli narediti povratnega vezja, kot se to dogaja na Zemlji. Poleg tega sistem, ki ga predlagam, ne bi bil zaprt; v intervalih bi sodeloval z okoljem Marsa, tako da bi sproščal del tega, kar bi bilo predelano z delovanjem fotosinteze, hkrati pa bi vključeval nove pline. Minimalna enota terraformiranja ne bo zaprt sistem.
Če upoštevamo 'teorijo Gaia' Jamesa Lovelocka, bi lahko Zemljo obravnavali kot obsežen, samovzdržen sistem, ker so biogeokemični cikli aktivni - situacija, ki se danes na Marsu ne dogaja. Velik del njegovega kisika je združen z njegovo površino, kar daje planetu oksidiran značaj. V tem smislu bi se znotraj minimalne enote teraformiranja ponovno aktivirali biogeokemični cikli. Te kupole bi med drugim sproščale kisik in karbonate, tako da bi sproščanje začelo postopoma teči v ozračje planeta.
AM:Najhitrejša metoda, ki se pogosto omenja za globalno teraformiranje, je uvedba fluoroogljikovodikov v Marsovo atmosfero. Z majhnimi odstotnimi spremembami sledijo velike spremembe temperature in tlaka. To je odvisno od interakcije s soncem. Ali bi imel zaprt mehurček ta mehanizem na voljo, na primer, če ultravijolična svetloba ne prodira v kupole?
OPD:Govorimo o drugem načinu – brez uporabe fluoroogljikovodikov in drugih toplogrednih plinov. Metoda, ki jo predlagamo, zajema ogljikov dioksid za povečanje biomase, sprošča kisik in notranje shranjevanje toplote, vse za ustvarjanje razplinjevanja ogljikovega dioksida znotraj enote. Drugi plini, ki so danes ujeti v zemljo, bi se sprostili v Marsovo atmosfero, da bi jo postopoma zgostili. Pravzaprav bi bila neposredna izpostavljenost ekosistema ultravijoličnim žarkom kontraproduktivna za zajemanje ogljikovega dioksida, tvorbo biomase in nastajanje zemeljskega plina. Natančneje, kupola deluje tako, da ščiti ekosistem pred hladnim in ultravijoličnim sevanjem ter ohranja njegov notranji tlak.
Zdaj bi bila kupola pomembna toplotna past in toplotni izolator. Po prejšnji analogiji s celicami je kupola kot biološka membrana, ki poganja lokalni ekosistem v termodinamično neravnovesje. To neravnovesje bi omogočilo razvoj življenja.
AM:Ali bi bile visoke lokalne koncentracije toplogrednih plinov (kot so metan, ogljikov dioksid ali CFC) lokalno strupene, preden bi imele kakršne koli posledice po vsem svetu?
OPD:Življenje se lahko prilagodi razmeram, ki so za nas strupene; povišana koncentracija ogljikovega dioksida je lahko koristna za rastline in celo poveča njihovo proizvodnjo, ali pa, kot pri metanu, obstajajo nekateri metanogeni organizmi, ki potrebujejo ta plin za svoje preživetje.
Takšni plini so primerni za dvig globalne temperature; po drugi strani pa je ogljikov dioksid najprimernejši plin za življenje rastlin. Cilj je reproducirati evolucijske vzorce, ki vodijo v postopno prilagajanje teh organizmov na novo okolje in prilagajanje okolja tem organizmu.
AM:Globalno teraformiranje na Marsu ima časovne razpone, ki se gibljejo od stoletja do celo dolgih časov. Ali obstajajo načini za oceno, ali bi lokalna prizadevanja lahko pospešila bivalnost z uporabo modela oaze, ki ga predlagate?
OPD:To bo odvisno od fotosintetske učinkovitosti rastlin in njihove sposobnosti prilagajanja okolju, medtem ko se prilagaja okolju. Vendar pa lahko upoštevamo dve oceni: eno lokalno in eno globalno.
Na bolj eksplicitni način je mogoče te ocene najprej izmeriti na vsaki minimalni enoti terraformiranja z njeno fotosintetično učinkovitostjo, hitrostjo oksigenacije, zajemanjem ogljikovega dioksida in razplinjevanjem površine kupole. Ta stopnja bi bila odvisna od sončne incidence in učinka tople grede. Na globalni ravni bi bila hitrost preoblikovanja planeta odvisna od tega, koliko minimalnih enot bi bilo mogoče namestiti po vsej površini Marsa. Se pravi, če obstaja več minimalnih enot terraformiranja, bi se preobrazba planeta končala hitreje.
Rad bi pojasnil nekaj, kar se mi zdi pomembno na tej točki. Največji dosežek bi bil spremeniti Mars v zeleni planet, preden bi ga ljudje lahko naselili na način, kot to počnemo na Zemlji danes. Nenavadno bi bilo videti, kako se rastlinsko življenje odziva, najprej znotraj minimalne enote terraformiranja, nato pa, ko so ti stroji končali svoj cikel in se življenje pojavi kot eksplozija v zunanjosti, videti neustavljivo speciacijo, ki bi se zgodila od življenja bi se odzvali na okolje in okolje bi se odzvalo na življenje.
Tako lahko opazujemo drevesa, kot so borovci, ki imajo na Zemlji velik in raven les. Na Marsu imamo morda bolj prožno vrsto, ki je dovolj močna, da se upre nizkim temperaturam in pihajočim vetrom. Kot fotosintetični stroji bi borovci izpolnjevali svojo vlogo planetarnih transformatorjev, ohranjali vodo, minerale in ogljikov dioksid za kopičenje biomase.
AM:Kakšne načrte za prihodnost imate glede raziskave?
OPD:Želim sprožiti delne simulacije marsovskih razmer. To je potrebno za sondiranje in izboljšanje delovanja minimalne enote terraformiranja ter fiziološkega odziva rastlin v takšnih razmerah. Z drugimi besedami, vaje.
To je multidisciplinarna in medinstitucionalna raziskava, zato bo potrebna udeležba inženirjev, biologov in genetskih specialistov ter drugih znanstvenih organizacij, ki jih zanima tematika. Moram reči, da je to le prvi poskus; je teorija o tem, kaj bi lahko storili in ki bi jo lahko preizkusili na našem planetu, na primer z bojem proti agresivnemu širjenju puščave, s sanacijo terena in ustvarjanjem ovir za zaustavitev njenega postopnega napredovanja.
Originalni vir: Astrobiološka revija
Tukaj je članek o podobnem projektu. Se spomnite Biosfere 2?
