Kreditna slika: NASA
Lokalno gledano, Zemlja ima naseljene krajnosti: Antarktika, pustinja Sahara, Mrtvo more, planina Etna. Naš globalni plavi planet smješten je u zoni nastanka Sunčevog sustava, ili području Zlatkockanja, gdje su temperatura i tlak baš kao podrška tekućoj vodi i životu. Preko granica ove zone zlatića kruže orbiti naša dva susjeda: odbegli staklenički planet, Venera - koja je u zlatokockim izrazima „prevruća“ - i hladni crveni planet Mars, koji je „previše hladan“.
S prosječnom globalnom temperaturom od -55 C, Mars je vrlo hladan planet. Standardni modeli za zagrijavanje Marsa podižu ovu prosječnu temperaturu prvo stakleničkim plinovima, a zatim sadi usjeve prilagođene hladnoći i fotosintetske mikrobe. Ovaj model oblikovanja terena uključuje različita poboljšanja, poput orbitalnih zrcala i kemijskih tvornica koje izlučuju fluorokarbone. Na kraju bi uz pomoć biologije, industrijalizacije i vremena atmosfera počela postajati sve gušća (trenutna marsovska atmosfera je 99% tanja od Zemljine). Za oblikovanje Marsa, ovisno o izboru i koncentraciji stakleničkih plinova, može proći mnogo desetljeća do stoljeća prije nego što bi astronaut mogao početi dizati vizir i prvi put udahnuti marsovski zrak. Takvi bi prijedlozi pokrenuli prvi svjesni napor u planetarnom inženjeringu i imali za cilj promijeniti globalno okruženje u manje neprijateljski nastrojen prema životu kakav ga mi zemaljski znamo.
Druga verzija ovih globalnih promjena lokalna je poznata onima koji su putovali po Sahari. Povremeno život procvjeta u pustinjskoj oazi. Lokalna strategija promjene Marsa, prema biologu Omaru Pensado Diazu, direktoru projekta Mex-Areohab, najbolje se može usporediti s transformiranjem Marsa u jednu oazu. Minimalna veličina oaze proteže se na promjeru plastičnog poklopca u obliku kupole, slično kao staklenik s grijačem prostora. Na ovaj je način mikroteroformiranje manja alternativa za planet koji je inače otvoren sustav koji propušta prostor. Diaz je u suprotnosti s načinom kako fizičar može Mars promijeniti industrijskim alatima prema biološkim metodama.
Diaz je razgovarao s Astrobiology Magazine o tome što bi moglo značiti preuređenje Marsa sićušnim stadionima, dok oni ne prerastu u bujne, pustinjske oaze.
Astrobiology Magazine (AM) : Da li bi bilo ispravno zaključiti da proučavate razlike između globalne i lokalne strategije oblikovanja terena?
Omar Pensado Diaz (OPD): Radujem se integraciji modela, radije usredotočujući se na njihove razlike. Globalno oblikovanje ili zagrijavanje planeta super stakleničkim plinovima je strategija ili model zamišljen iz perspektive fizike; dok se model koji predlažem promatra s biološkog gledišta.
Govorim o modelu koji se zove mikroterformiranje, što će biti moguće pomoću alata koji se zove Minimalna jedinica za oblikovanje (MUT). Koncept minimalne jedinice oblikovanja objašnjava se kao ekosustav koji djeluje kao temeljna prirodna jedinica. MUT se sastoji od grupe živih organizama i njihovog fizičkog i kemijskog okruženja u kojem žive, ali primjenjuju se na razvoj biološke kolonizacije i procesa remodeliranja na Marsu.
Umjetnikova koncepcija kako teraformirani Mars s oceanom koji prostire veći dio njegove sjeverne polutke može izgledati iz orbite.Mars, kako ga je oblikovao Michael Carroll. Godine 1991. ta se slika koristila na naslovnici časopisa "Omogućivanje nastanka Marsa".
Tehnički gledano, staklenik pod pritiskom u obliku kupole koji bi sadržavao i štitio unutarnji ekosustav. Ovaj kompleks ne bi bio izoliran od okoline; naprotiv, bio bi stalno s njim u kontaktu, ali na kontroliran način.
Važna je razmjena plina između jedinica MUT i marsovskog okoliša, pa sam ekosustav ima dramatičnu ulogu. Cilj ovog procesa je stvaranje fotosinteze. Ovdje moramo smatrati da biljke pokrivaju površinske i kemijske tvornice koje obrađuju atmosferu.
AM: Koje bi bile prednosti rada na lokalnoj razini, koristeći svoj model oaze u pustinji? Pod biološkom analogijom s osnovnom jedinicom za oblikovanje terena, mislite li na način na koji biološke ćelije imaju unutarnju ravnotežu, ali i razmjenjuju s vanjskom koja se razlikuje za čitavog domaćina?
OPD: Prednosti koje vidim u ovom modelu su u tome što možemo brže pokrenuti postupak oblikovanja terena, ali u fazama, i zato je mikroterformiranje.
Ali glavna i najvažnija prednost je ta što možemo učiniti da biljni život počne sudjelovati u ovom procesu uz pomoć tehnologije. Život je informacija i ona obrađuje informacije oko sebe, započinjući proces prilagodbe unutarnjim uvjetima jedinice. Ovdje držimo da život ima plastičnost i da se ne samo prilagođava okolnim uvjetima, već i prilagođava okoliš vlastitim okolnostima. Na genetičkom jeziku to znači da postoji interakcija između genotipa i okoliša, što omogućuje prilagođavanje fenotipskih izraza dominantnim uvjetima.
Sada, u malom okruženju poput jedinice s promjerom od približno 15 ili 20 metara, mogli bismo imati mnogo toplije okruženje nego izvan jedinice.
AM: Opišite kako jedinica može izgledati
OPD: Prozirna, dvoslojna kupola od plastičnog vlakna. Kupola bi stvorila efekt staklenika iznutra, koji bi tijekom dana znatno podigao temperaturu i zaštitio iznutra od niskih temperatura noću. Nadalje, tlak u atmosferi bio bi veći unutar 60 do 70 milibara. To bi bilo dovoljno da se omoguće fotosintetski procesi biljaka kao i tekuća voda.
U termodinamičkom smislu, sada govorimo o nedostatku ravnoteže. Da bismo ponovo aktivirali Mars, moramo stvoriti termodinamičku neravnotežu. Jedinica će prvo generirati ono što je potrebno, poput otplinjavanja tla od temperaturnih razlika. Takav je postupak cilj i put ka globalnoj strategiji.
Strogo govoreći, Jedinice bi bile poput hvatajućih zamki ugljičnog dioksida; oni bi oslobađali kisik i stvarali biomasu. Tada bi se povremeno ispuštao kisik u atmosferu. Ventilski sustav ispušta plinove izvana i nakon što se unutarnji atmosferski tlak smanji do 40 ili 35 milibara, ventili bi se automatski zatvorili. A drugi bi se otvorili i usisavanjem bi plin dospio u jedinicu, a izvorni bi atmosferski tlak nestao. Ovaj sustav ne bi omogućio samo oslobađanje kisika, već i ispuštanje drugih plinova.
AM: U takvom je modelu oaza otvoren sustav, ali ne bi imao utjecaja na regionalne uvjete. Drugim riječima, da li bi lokalno curenje bilo razrijeđeno, i u tim se slučajevima, kako mikroterformiranje razlikuje od samo staklenika koji djeluje?
OPD: Smatra se da će staklenici - u ovom slučaju minimalna jedinica oblikovanja - započeti postupnu promjenu na Marsu. Razlika ovisi o njegovom opsegu djelovanja, jer tu počinje postupak mikroterformiranja. Osim toga, to ovisi o tome kako gledate, jer ovom metodom pokušavamo ponoviti obrazac evolucije koji je jednom bio uspješan na Zemlji, kako bismo transformirali atmosferu planeta u drugu i kako bi Mars ušao u fazu termodinamičke neravnoteže ,
Glavna prednost je što možemo kontrolirati proces oblikovanja terena na mikro-skali; možemo brže pretvoriti Mars u slično mjesto sa Zemljom i omogućiti mu da istovremeno djeluje s okolinom. To je najvažniji aspekt: ići naprijed s bržim procesima. Kao što sam rekao prije, ideja je slijediti isti obrazac evolucije koji se razvio na Zemlji ubrzo nakon pojave fotosinteze. Bilo je zemaljskih biljaka koje su preuređivale i oblikovale Zemlju, stvarajući ugljični diksoid s površine i distribuirajući ga u atmosferu koja je postojala u to vrijeme.
Dr. Chris McKay i Robert Zubrin predstavili su zanimljiv model kojim se predlaže postavljanje tri velika orbitalna ogledala. Ogledala bi odražavala sunčevu svjetlost na južni pol Marsa i sublimirala sloj suvog leda (snijeg ugljičnog dioksida) kako bi se povećao efekt staklenika, a zatim ubrzalo globalno zagrijavanje planeta.
Takva bi ogledala bila veličine Teksasa.
Mislim da ako se ista infrastruktura koja se koristi u tim ogledalima koristi za izgradnju kupola za Minimalnu jedinicu teraformiranja preko Marsovske površine, stvarali bismo veće stope otplinjavanja i brže oksigenaciju atmosfere. Osim toga, dio površine bi se ionako zagrijao, jer jedinice drže solarnu toplinu, a ne odbijaju je od površine.
Nedostatak tekuće vode za ekosustave unutar jedinica je diskutabilan; međutim, može se upotrijebiti varijanta prijedloga dr. Adama Brucknera sa Sveučilišta u Washingtonu. Sastoji se od korištenja zeolitnog (mineralnog katalizatora) kondenzatora; zatim, vađenje vode iz vlage dolaznog zraka. Voda bi se izlila svakodnevno. Opet bismo aktivirali neke faze hidrološkog ciklusa, hvatajući ugljični dioksid, ispuštajući plinove u atmosferu i čineći površinu plodnijom zemljom. Izvodili bismo ubrzanu teraformu na vrlo malom dijelu Marsa, ali ako stavimo stotine tih Jedinica, degagazioni učinci na površinu i atmosferu imat će planetarne posljedice.
AM: Kad su zatvorene biosfere djelovale na Zemlji poput Biosfere 2, nastali su problemi sa, na primjer, gubitkom kisika uslijed kombinacije sa stijenom kako bi nastali karbonati. Postoje li danas primjeri velikih, samoodrživih sustava na Zemlji?
OPD: Samostojeći sustavi velikih razmjera koje su izgradili ljudi? Ne poznajem nijednog, ali sam život je samoodrživ sustav koji uzima iz okoline sve što treba za rad.
To je bio problem zatvorene biosfere, oni nisu mogli uspostaviti povratni krug kao što se događa na Zemlji. Nadalje, sustav koji predlažem ne bi bio zatvoren; ona bi u intervalima komunicirala s okolinom Marsa, oslobađajući dio onoga što bi se preradilo djelovanjem fotosinteze uz uklapanje novih plinova. Minimalna jedinica za oblikovanje neće biti zatvoreni sustav.
Ako uzmemo u obzir „Teoriju Gaje“ Jamesa Lovelocka, mogli bismo smatrati Zemlju velikim, samoodrživim sustavom, jer su biogeokemijski ciklusi aktivni - situacija koja se danas na Marsu ne događa. Veliki dio kisika kombinira se s njegovom površinom, što planeti daje oksidirani karakter. U tom bi se smislu unutar minimalne jedinice za oblikovanje biogeokemijskih ciklusa ponovno aktivirali. Te kupole bi, između ostalog, oslobađale kisik i karbonate, tako da bi puštanje moglo početi postupno teći u atmosferu planeta.
AM: Najbrža metoda koja se često navodi za globalno oblikovanje tla jest unošenje fluoro-ugljikovodika u marsovsku atmosferu. S malim postotnim promjenama slijede velike promjene temperature i tlaka. To se oslanja na solarnu interakciju. Bi li zatvoreni mjehurić imao ovaj mehanizam na raspolaganju, na primjer, ako ultraljubičasto svjetlo ne prodire u kupole?
OPD: Govorimo o alternativnom načinu ne upotrebljavajući fluoro ugljikovodike i druge stakleničke plinove. Metoda koju predlažemo obuhvaća ugljični dioksid za povećanje biomase, oslobađa kisika i unutarnju pohranu topline, a sve u svrhu stvaranja otplinjavanja ugljičnog dioksida unutar jedinice. Ostali plinovi zarobljeni u zemlji danas bi bili pušteni u marsovsku atmosferu da bi je postupno gubili. Zapravo bi izravna izloženost ekosustava ultraljubičastim zracima bila kontraproduktivna za hvatanje ugljičnog dioksida, stvaranje biomase i stvaranje zemaljskog plina. Upravo kupola funkcionira kako bi zaštitila ekosustav od hladnog i ultraljubičastog zračenja, kao i održavala njegov unutarnji pritisak.
Sada bi kupola bila važna zamka topline i toplinski izolator. Čineći raniju staničnu analogiju, kupola je poput biološke membrane koja tjera lokalni ekosustav u termodinamičku neravnotežu. Ta bi neravnoteža omogućila život.
AM: Bi li visoke lokalne koncentracije stakleničkih plinova (poput metana, ugljičnog dioksida ili CFC-a) bile lokalno toksične prije nego što bi imale bilo kakve posljedice na globalnoj razini?
OPD: Život se može prilagoditi uvjetima koji su za nas toksični; povišena koncentracija ugljičnog dioksida može biti korisna za biljke, pa čak i povećati njihovu proizvodnju, ili, kao što je to slučaj s metanom, postoje neki metanogeni organizmi kojima je potreban ovaj plin za svoje izdržavanje.
Takvi su plinovi prikladni za podizanje globalne temperature; s druge strane, ugljični dioksid je najprikladniji plin za život biljaka. Cilj je reproducirati evolucijske obrasce koji vode postupnoj prilagodbi tih organizama na novo okruženje i prilagođavanju okoliša tim organizmima.
AM: Globalno oblikovanje terena na Marsu ima vremenski raspon koji varira između stoljeća do čak dugo vremena. Postoje li načini za procjenu mogu li lokalni napori ubrzati stanovanje, koristeći model oaze koji predlažete?
OPD: To će ovisiti o fotosintetskoj učinkovitosti biljaka i njihovoj sposobnosti da se prilagode na okoliš, istovremeno prilagođavajući. Međutim, možemo razmotriti dvije ocjene: jednu lokalnu i jednu globalnu.
Izričnije rečeno, te ocjene mogu se prvo mjeriti na svakoj minimalnoj jedinici oblikovanja pomoću fotosintetske učinkovitosti, brzine oksigenacije, zarobljavanja ugljičnog dioksida i otplinjavanja površine kupole. Ova stopa ovisila bi o solarnoj incidenciji i efektu staklene bašte. Na globalnoj razini, brzina preuređenja planete ovisila bi o tome koliko minimalnih jedinica može biti instalirano na cijeloj površini Marsa. To jest, da postoji više minimalnih jedinica oblikovanja planeta, transformacija planeta bila bi brže dovršena.
Želio bih objasniti nešto što mislim da je u ovom trenutku važno. Glavno postignuće bilo bi pretvaranje Marsa u zeleni planet prije nego što bi ga ljudi mogli obitavati na način na koji to danas radimo na Zemlji. Bilo bi izvanredno vidjeti kako reagira život biljaka, prvo unutar Minimalne jedinice za oblikovanje, a zatim, kad su ti strojevi završili svoj ciklus i život se pojavljuje kao eksplozija u vanjštini, da se vidi nezaustavljiva specifikacija koja će se dogoditi, od života odgovarao bi okolini, a okolina bi odgovarala životu.
I tako, mi možemo gledati drveće, poput borova koji na Zemlji imaju veliko i ravno drvo. Na Marsu bismo mogli imati popustljiviju vrstu, onu dovoljno jaku da se odupre niskim temperaturama i puhanju. Kao fotosintetski strojevi, borovi bi izvršavali svoju ulogu planetarnih transformatora, čuvajući vodu, minerale i ugljični dioksid za akumulaciju biomase.
AM: Koje buduće planove imate za istraživanje?
OPD: Želim pokrenuti djelomične simulacije marsovskih uvjeta. Ovo je potrebno za ispitivanje i poboljšanje rada Minimalne jedinice za oblikovanje, kao i za fiziološki odgovor biljaka u takvim uvjetima. Drugim riječima, proba.
Ovo je multidisciplinarna i međuinstitucionalna istraga, pa će biti potrebno sudjelovanje inženjera, biologa i genetskih stručnjaka, kao i drugih znanstvenih organizacija koje su zainteresirane za tu temu. Moram reći da je ovo tek prvi pokušaj; to je teorija onoga što se može učiniti i ono što možemo pokušati na vlastitom planetu, na primjer, borbom protiv agresivnog širenja pustinje, rehabilitacijom terena i stvaranjem prepreka za zaustavljanje njezina postupnog napretka.
Izvorni izvor: Astrobiology Magazine
Evo članka o sličnom projektu. Sjećate se biosfere 2?
