Obrazový kredit: NASA
Lokálně má Země své obyvatelné extrémy: Antarktidu, poušť Sahara, Mrtvé moře, Etnu. Globálně je naše modrá planeta umístěna v obyvatelné zóně sluneční soustavy neboli oblasti „Zlatovlásky“, kde jsou teplota a tlak tak akorát pro podporu kapalné vody a života. Za hranicemi z této zóny zlatovlásky obíhají naši dva sousedé: uprchlá skleníková planeta Venuše – která je ve slovech zlatovlásky „příliš horká“ – a mrazivá rudá planeta Mars, která je „příliš studená“.
Mars je s průměrnou globální teplotou -55 C velmi chladnou planetou. Standardní modely pro oteplování Marsu zvyšují tuto průměrnou teplotu nejprve skleníkovými plyny, pak zasadí plodiny přizpůsobené chladu a fotosyntetické mikroby. Tento model terraformování zahrnuje různá vylepšení, jako jsou orbitální zrcadla a chemické továrny, které vylévají fluorované uhlovodíky. Nakonec s pomocí biologie, industrializace a času by atmosféra začala houstnout (současná marťanská atmosféra je o 99 % tenčí než zemská). Terraformace Marsu, v závislosti na volbě a koncentraci použitých skleníkových plynů, může trvat mnoho desetiletí až staletí, než astronaut začne zvedat hledí a poprvé dýchat marťanský vzduch. Takové návrhy by zahájily první vědomé úsilí o planetární inženýrství a jejich cílem by bylo změnit globální prostředí na prostředí méně nepřátelské k životu, jak ho známe pozemsky.
Další verzí těchto globálních změn je místní verze, kterou znají ti, kdo prošli Saharou. Život občas vykvete do pouštní oázy. Místní strategii pro změnu Marsu lze podle biologa Omara Pensado Diaze, ředitele projektu Mex-Areohab, nejlépe přirovnat k přeměně Marsu jednu oázu po druhé. Minimální velikost oázy sahá do průměru kupolovitého plastového krytu, podobně jako skleník s ohřívačem. Tímto způsobem je mikroterraformace menší alternativou pro planetu, která je jinak otevřeným systémem unikajícím do vesmíru. Diaz staví do protikladu způsob, jakým by fyzik mohl změnit Mars průmyslovými nástroji, se skleníkovými metodami biologů.
Diaz hovořil s časopisem Astrobiology Magazine o tom, co by mohlo znamenat předělat Mars s malými stadiony, dokud z nich nevyrostou bujné pouštní oázy.
Časopis astrobiologie (AM): Bylo by správné dojít k závěru, že studujete rozdíly mezi globální a lokální terraformační strategií?
Omar Pensado Diaz (OPD): Těším se na integraci modelů, spíše se zaměřím na jejich rozdíly. Globální terraformování neboli oteplování planety super skleníkovými plyny je strategie nebo model pojatý z pohledu fyziky; zatímco model, který navrhuji, je viděn z biologického hlediska.
Mluvím o modelu zvaném microterraforming, který bude možný s nástrojem nazvaným Minimal Unit of Terraforming (MUT). Koncept minimální jednotky terraformingu je vysvětlen jako ekosystém běžící jako základní jednotka přírody. MUT zahrnuje skupinu živých organismů a jejich fyzikální a chemické prostředí, kde žijí, ale aplikované na vývoj biologické kolonizace a procesu přestavby na Marsu.
Umělcova představa o tom, jak by mohl z oběžné dráhy vypadat terraformovaný Mars s oceánem pokrývajícím většinu jeho severní polokoule. Mars, jak jej teraformoval Michael Carroll. V roce 1991 byl tento obrázek použit na přední obálce vydání „Making Mars Habitable“ časopisu Nature.
Technicky vzato se jedná o přetlakový kupolovitý skleník, který by obsahoval a chránil vnitřní ekosystém. Tento komplex by nebyl izolován od okolí; naopak by s ním byl neustále v kontaktu, ale kontrolovaným způsobem.
Důležitá je výměna plynů mezi jednotkami MUT a prostředím Marsu, takže samotný ekosystém hraje dramatickou roli. Cílem tohoto procesu je generovat fotosyntézu. Zde musíme považovat rostliny za pokrývající povrch a chemické továrny zpracovávající atmosféru.
DOPOLEDNE:Jaké by byly výhody práce na místě s využitím vašeho modelu oázy v poušti? Biologickou analogií k základní terraformující jednotce máte na mysli to, jak mají biologické buňky vnitřní rovnováhu, ale také výměny s vnější, která se liší pro celého hostitele?
OPD:Výhody, které v tomto modelu nacházím, jsou, že můžeme zahájit proces terraformování rychleji, ale ve fázích, proto je to mikroterraformace.
Ale hlavní a nejdůležitější výhodou je, že můžeme přimět rostliny, aby se do tohoto procesu zapojily pomocí technologie. Život je informace a zpracovává informace kolem sebe a začíná adaptační proces na vnitřní podmínky jednotky. Zde zastáváme názor, že život má plasticitu a že se nejen přizpůsobuje okolním podmínkám, ale také přizpůsobuje prostředí svým okolnostem. V jazyce genetiky to znamená, že existuje interakce mezi genotypem a prostředím, což vede k přizpůsobení fenotypových projevů dominantním podmínkám.
Nyní, v malém prostředí, jako je jednotka o průměru přibližně 15 nebo 20 yardů, bychom mohli mít mnohem teplejší prostředí než mimo jednotku.
DOPOLEDNE:Popište, jak může jednotka vypadat.
OPD:Průhledná dvouvrstvá kupole z plastových vláken. Kopule by uvnitř vytvořila skleníkový efekt, který by výrazně zvýšil teplotu během dne a chránil by vnitřek před nízkými teplotami v noci. Kromě toho by byl tlak atmosféry uvnitř vyšší o 60 až 70 milibarů. To by stačilo k umožnění fotosyntetických procesů rostlin i kapalné vody.
Z termodynamického hlediska nyní mluvíme o nedostatku rovnováhy. Abychom Mars znovu aktivovali, musíme vytvořit termodynamickou nerovnováhu. Jednotka by nejdříve vytvořila to, co je potřeba, jako je zemní odplynění z teplotních rozdílů. Tento proces je cílem spolu s cestou ke globální strategii.
Přísně vzato, Jednotky by byly jako pasti zachycující oxid uhličitý; uvolňovaly by kyslík a generovaly biomasu. Kyslík by se pak periodicky uvolňoval do atmosféry. Ventilový systém by vypouštěl plyny ven a jakmile se vnitřní atmosférický tlak snížil na 40 nebo 35 milibarů, ventily by se automaticky uzavřely. A další by se otevřely a nasáváním by se do bloku dostal plyn a vyrovnal by se původní atmosférický tlak. Tento systém by umožňoval nejen uvolňování kyslíku, ale také uvolňování dalších plynů.
DOPOLEDNE:V takovém modelu oázy je to otevřený systém, ale nemělo by to žádný vliv na regionální podmínky. Jinými slovy, zředí se místní únik a jak se v těchto případech liší mikroterraformování od pouhého provozu skleníků?
OPD:Předpokládá se, že skleníky – v tomto případě Minimální jednotka Terraformingu – začnou na Marsu postupnou změnu. Rozdíl závisí na rozsahu jeho působení, protože tam začíná proces mikroterraformování. Kromě toho záleží na tom, jak se na to díváte, protože touto metodou se snažíme zopakovat evoluční vzorec, který byl kdysi úspěšný na Zemi, abychom přeměnili atmosféru planety na jinou a přiměli Mars vstoupit do fáze termodynamické nerovnováhy. .
Hlavní výhodou je, že můžeme řídit proces terraformování v mikroměřítku; můžeme Mars proměnit v místo podobné Zemi rychleji a zároveň jej přimět k interakci s okolním prostředím. To je nejdůležitější aspekt: dostat se kupředu s rychlejšími procesy. Jak jsem řekl dříve, myšlenkou je sledovat stejný vývojový vzorec, který se vyvinul na Zemi brzy poté, co se objevila fotosyntéza. Existovaly suchozemské rostliny, které přemodelovaly a terraformovaly Zemi, vytvářely oxid uhličitý z povrchu a distribuovaly jej do atmosféry, která v té době existovala.
Dr. Chris McKay a Robert Zubrin představili zajímavý model, který navrhuje umístit tři velká orbitální zrcadla. Zrcadla by odrážela sluneční světlo k jižnímu pólu Marsu a sublimovala by vrstvu suchého ledu (sníh z oxidu uhličitého), aby se zvýšil skleníkový efekt a pak se urychlilo globální oteplování planety.
Taková zrcadla by měla velikost Texasu.
Myslím, že kdyby se stejná infrastruktura používaná v těchto zrcadlech místo toho použila ke stavbě kopulí pro minimální jednotku terraformování nad marťanským povrchem, generovali bychom vyšší rychlost odplyňování a rychleji okysličovali atmosféru. Kromě toho by se část povrchu stejně zahřála, protože Jednotky by sluneční teplo zadržovaly, nikoli odrážely od povrchu.
Nedostatek kapalné vody pro ekosystémy uvnitř jednotek je diskutabilní; lze však použít variantu návrhu Dr. Adama Brucknera z University of Washington. Spočívá v použití zeolitového (minerálního katalyzátoru) kondenzátoru; poté odebírá vodu z vlhkosti přiváděného vzduchu. Voda by dovnitř proudila denně. Opět bychom aktivovali některé fáze hydrologického cyklu, zachycovali oxid uhličitý, uvolňovali plyny do atmosféry a dělali z povrchu úrodnější půdu. Prováděli bychom zrychlenou terraformaci na velmi malé části Marsu, ale pokud bychom umístili stovky těchto jednotek, odplyňovací efekty nad povrchem a atmosférou budou mít planetární dopady.
DOPOLEDNE:Když na Zemi fungovaly uzavřené biosféry jako Biosféra 2, vyvstaly problémy – například – ztráta kyslíku kvůli kombinaci s horninou za vzniku uhličitanů. Existují dnes příklady rozsáhlých, soběstačných systémů na Zemi?
OPD:Rozsáhlé, soběstačné systémy postavené lidmi? Neznám žádné, ale život sám je soběstačný systém, který si z okolního prostředí bere to, co potřebuje, aby fungoval.
To byl problém uzavřených biosfér, nebyly schopny vytvořit zpětnovazební obvod, jak se to děje na Zemi. Kromě toho by systém, který navrhuji, nebyl uzavřen; interagoval by s prostředím Marsu v intervalech tím, že by uvolňoval část toho, co by bylo zpracováno působením fotosyntézy, zatímco by zahrnovalo nové plyny. Minimální jednotka terraformingu nebude uzavřeným systémem.
Pokud vezmeme v úvahu „teorii Gaia“ Jamese Lovelocka, mohli bychom Zemi považovat za rozsáhlý, soběstačný systém, protože biogeochemické cykly jsou aktivní – situace, která se dnes na Marsu neděje. Velká část jeho kyslíku je spojena s jeho povrchem, což dává planetě oxidovaný charakter. V tomto smyslu by se uvnitř Minimální jednotky Terraformingu biogeochemické cykly znovu aktivovaly. Tyto kopule by mimo jiné uvolňovaly kyslík a uhličitany, takže by uvolňování začalo postupně proudit do atmosféry planety.
DOPOLEDNE:Nejrychlejší metodou často citovanou pro globální terraformování je zavedení fluorovaných uhlovodíků do atmosféry Marsu. S malými procentuálními změnami následují velké změny teploty a tlaku. To závisí na sluneční interakci. Měla by uzavřená bublina tento mechanismus k dispozici, například pokud ultrafialové světlo neproniká do kopulí?
OPD:Hovoříme o alternativním způsobu – nepoužívat fluorované uhlovodíky a další skleníkové plyny. Metoda, kterou navrhujeme, zachycuje oxid uhličitý pro zvýšení biomasy, uvolňuje kyslík a akumuluje vnitřní teplo, to vše za účelem vytvoření odplynění oxidu uhličitého uvnitř jednotky. Další plyny zachycené dnes v zemi by se uvolnily do atmosféry Marsu, aby ji postupně zhušťovaly. Ve skutečnosti by přímé vystavení ekosystému ultrafialovému záření bylo kontraproduktivní pro zachycování oxidu uhličitého, tvorbu biomasy a tvorbu zemního plynu. Přesně řečeno, kupole funguje tak, že chrání ekosystém před chladem a ultrafialovým zářením a také udržuje jeho vnitřní tlak.
Nyní by kupole byla důležitým tepelným lapačem a tepelným izolátorem. Pokud jde o dřívější buněčnou analogii, kupole je jako biologická membrána, která pohání místní ekosystém k termodynamické nerovnováze. Tato nerovnováha by umožnila rozvoj života.
DOPOLEDNE:Byly by vysoké lokální koncentrace skleníkových plynů (jako je metan, oxid uhličitý nebo CFC) lokálně toxické, než by měly nějaké globální účinky?
OPD:Život se dokáže přizpůsobit podmínkám, které jsou pro nás toxické; zvýšená koncentrace oxidu uhličitého může být pro rostliny prospěšná a dokonce může zvýšit jejich produkci, nebo jako u metanu existují některé metanogenní organismy, které tento plyn ke své obživě vyžadují.
Takové plyny jsou vhodné pro zvýšení globální teploty; na druhé straně je oxid uhličitý nejvhodnějším plynem pro život rostlin. Cílem je reprodukovat evoluční vzorce vedoucí k postupné adaptaci těchto organismů na nové prostředí a přizpůsobení prostředí těmto organismům.
DOPOLEDNE:Globální terraformování na Marsu má časové rozsahy, které se pohybují od století až po dlouhé časy. Existují způsoby, jak odhadnout, zda místní úsilí může urychlit obyvatelnost, pomocí modelu oázy, který navrhujete?
OPD:To bude záviset na fotosyntetické účinnosti rostlin a jejich schopnosti přizpůsobit se prostředí a zároveň přizpůsobit prostředí. Můžeme však zvážit dvě hodnocení: jedno lokální a druhé globální.
Jednoznačnějším způsobem lze tato hodnocení nejprve měřit na každé minimální jednotce terraformování prostřednictvím její fotosyntetické účinnosti, rychlosti okysličování, zachycování oxidu uhličitého a odplyňování povrchu kupole. Tato rychlost bude záviset na slunečním dopadu a skleníkovém efektu. Na globální úrovni by rychlost přestavby planety závisela na tom, kolik minimálních jednotek by bylo možné nainstalovat po celém povrchu Marsu. To znamená, že pokud existuje více minimálních jednotek terraformování, transformace planety by byla dokončena rychleji.
Rád bych upřesnil něco, co považuji v tomto bodě za důležité. Hlavním úspěchem by bylo proměnit Mars v zelenou planetu dříve, než by ji lidé mohli obývat způsobem, jakým to dnes děláme na Zemi. Bylo by mimořádné vidět, jak život rostlin reaguje, nejprve uvnitř Minimální jednotky terraformování a poté, když tyto stroje dokončí svůj cyklus a život se vynoří jako exploze do exteriéru, vidět nezastavitelnou speciaci, která by se odehrávala od života. by reagovalo na prostředí a prostředí by reagovalo na život.
A tak můžeme sledovat stromy, jako jsou borovice, které na Zemi mají velké a rovné dřevo. Na Marsu můžeme mít poddajnější druh, jeden dostatečně silný, aby odolal nízkým teplotám a vanoucím větrům. Jako fotosyntetické stroje by borovice plnily svou roli planetárních transformátorů, udržujících vodu, minerály a oxid uhličitý pro akumulaci biomasy.
DOPOLEDNE:Jaké máte s výzkumem plány do budoucna?
OPD:Chci zahájit částečné simulace podmínek na Marsu. To je potřeba k prozkoumání a zlepšení fungování minimální jednotky terraformingu, stejně jako fyziologické reakce rostlin v takových podmínkách. Jinými slovy, zkoušky.
Jedná se o multidisciplinární a interinstitucionální výzkum, proto bude nutná účast inženýrů, biologů a genetických specialistů i dalších vědeckých organizací, které se o toto téma zajímají. Musím říct, že je to jen první pokus; je to teorie toho, co by se dalo dělat a kterou bychom mohli vyzkoušet na naší vlastní planetě, například bojem proti agresivnímu šíření pouště, obnovou území a vytvářením překážek, které by zastavily její postupný postup.
Původní zdroj: Časopis astrobiologie
Zde je článek o podobném projektu. Pamatujete si Biosphere 2?