Billedkredit: NASA
Lokalt har Jorden sine beboelige ekstremer: Antarktis, Sahara-ørkenen, Dødehavet, Etna-bjerget. Globalt er vores blå planet placeret i solsystemets beboelige zone, eller 'Goldilocks' -region, hvor temperaturen og trykket er helt rigtigt til at understøtte flydende vand og liv. På tværs af grænserne fra denne guldlåsezone kredser vores to naboer: den løbende drivhusplanet, Venus - som i guldlåse 'termer er' for varm '- og den frigide røde planet, Mars, der er' for kold '.
Med en gennemsnitlig global temperatur på -55 C, er Mars en meget kold planet. Standardmodellerne til opvarmning af Mars hæver denne gennemsnitstemperatur med drivhusgasser først, plant derefter koldtilpassede afgrøder og fotosyntetiske mikrober. Denne terraformerende model inkluderer forskellige forfininger såsom orbital spejle og kemiske fabrikker, der hælder fluorcarbons ud. Til sidst ved hjælp af biologi, industrialisering og tid ville atmosfæren begynde at blive tykkere (den aktuelle martiske atmosfære er 99% tyndere end Jorden). Det kan tage mange årtier til århundreder at terraformere Mars, afhængigt af valget og koncentrationen af de anvendte drivhusgasser, før en astronaut måske begynder at løfte et visir og for første gang indånde martians luft. Sådanne forslag ville iværksætte den første bevidste indsats med planetarisk ingeniørarbejde og sigte mod at ændre det globale miljø til et mindre fjendtligt overfor livet, som vi kender det jordisk.
En anden version af disse globale ændringer er en lokal, der er velkendt for dem, der har vandret Sahara. Lejlighedsvis blomstrer livet i en ørkenoase. En lokal strategi for at ændre Mars kan ifølge biolog Omar Pensado Diaz, direktør for Mex-Areohab-projektet, bedst sammenlignes med at omdanne Mars en oase ad gangen. Den minimale størrelse på oasen strækker sig til diameteren på et kuppelformet plastikafdækning, ligesom et drivhus med en rumvarmer. På denne måde er mikroterformning det mindre alternativ for en planet, der ellers er et åbent system, der lækker ud i rummet. Diaz kontrasterer den måde, en fysiker muligvis ændrer Mars med industrielle værktøjer til en biologs drivhusmetoder.
Diaz talte med Astrobiology Magazine om, hvad det kan betyde at renovere Mars med små stadioner, indtil de vokser til frodige, ørkenoaser.
Astrobiology Magazine (AM) : Ville det være korrekt at konkludere, at du studerer forskellene mellem en global og lokal terraformeringsstrategi?
Omar Pensado Diaz (OPD): Jeg ser frem til at integrere modellerne og snarere fokusere på deres forskelle. Global terraforming eller opvarmning af en planet med super drivhusgasser er en strategi eller model udtænkt ud fra fysikens perspektiv; mens modellen, jeg foreslår, ses fra et biologisk synspunkt.
Jeg taler om en model kaldet microterraforming, som vil være mulig med et værktøj kaldet Minimal Unit of Terraforming (MUT). Konceptet med en minimal enhed til terraformering forklares som et økosystem, der fungerer som den grundlæggende enhed i naturen. En MUT omfatter en gruppe af levende organismer og deres fysiske og kemiske miljø, hvor de bor, men anvendt til udviklingen af en biologisk koloniserings- og ombyggingsproces på Mars.
En kunstners opfattelse af, hvordan en terraformet Mars, med et hav, der spænder over det meste af sin nordlige halvkugle, kan se ud fra kredsløb.Mars, som terraformeret af Michael Carroll. I 1991 blev dette billede brugt på forsiden af "Making Mars Habitable" -udgaven af Nature.
Teknisk set er det et kuppelformet drivhus under tryk, der vil indeholde og beskytte et indre økosystem. Dette kompleks ville ikke isoleres fra omgivelserne; tværtimod ville det konstant være i kontakt med det, men på en kontrolleret måde.
Det, der er vigtigt, er gasudveksling mellem MUT-enhederne og det Martiske miljø, så økosystemet i sig selv spiller en dramatisk rolle. Formålet med denne proces er at generere fotosyntese. Her skal vi betragte planter som at dække overflade og kemiske fabrikker, der behandler atmosfæren.
ER: Hvad ville være fordelene ved at arbejde lokalt ved at bruge din model for en oase i en ørken? Med biologisk analogi til en grundlæggende terraformerende enhed, mener du, hvordan biologiske celler har en indre ligevægt, men også udveksles med en ekstern en, der adskiller sig for hele værten?
OPD: Fordelene, jeg finder i denne model, er, at vi hurtigere kan starte en terraformeringsproces, men i trin, er det derfor, det er mikroterformning.
Men den største og vigtigste fordel er, at vi kan få plantelivet til at begynde at deltage i denne proces ved hjælp af teknologi. Livet er information, og det behandler informationen omkring det ved at starte en tilpasningsproces til enhedens indre forhold. Her fastholder vi, at livet har plasticitet, og at det ikke kun tilpasser sig de omgivende forhold, men også det tilpasser miljøet til sine egne forhold. På genetik sprog betyder det, at der er en interaktion mellem genotypen og miljøet, hvilket producerer tilpasning af fænotype udtryk til de dominerende forhold.
I et lille miljø som en enhed med en diameter på cirka 15 eller 20 yards kunne vi have et meget varmere miljø end uden for enheden.
ER: Beskriv, hvordan en enhed kan se ud.
OPD: En gennemsigtig, dobbelt lagret kuppel af plastfiber. Kupplen ville generere en drivhuseffekt inde i, der ville hæve temperaturen markant i løbet af dagen og ville beskytte indersiden mod lave temperaturer om natten. Desuden ville atmosfærens tryk være højere inde med 60 til 70 millibar. Det ville være nok til at tillade planters fotosyntetiske processer såvel som flydende vand.
Termodynamisk set taler vi nu om en mangel på balance. For at genaktivere Mars er vi nødt til at skabe en termodynamisk ubalance. Enheden genererer det, der er nødvendigt først, ligesom jordafgasning fra temperaturforskelle. En sådan proces er et mål sammen med vejen til en global strategi.
Strengt taget ville enhederne være som fangst af kuldioxid; de frigiver ilt og genererer biomasse. Oxygen frigives derefter periodisk til atmosfæren. Et ventilsystem frigiver gasser udefra, og når det indre atmosfæriske tryk var faldet op til 40 eller 35 milibar, ville ventilerne lukkes automatisk. Og andre ville åbne, og ved sugning ville gas komme ind i enheden, og det originale atmosfæretryk ville udjævnes. Dette system tillader ikke kun frigivelse af ilt, men også frigivelse af andre gasser.
ER: I en sådan oasemodel er det et åbent system, men ville det ikke have nogen indflydelse på regionale forhold. Med andre ord, ville lokal lækage blive fortyndet, og i disse tilfælde, hvordan adskiller microterraform sig fra bare drift af drivhuse?
OPD: Drivhuse - i dette tilfælde Minimal Unit of Terraforming - menes at begynde en gradvis ændring på Mars. Forskellen afhænger af dens handlingsområde, da det er her, mikroterreformeringsprocessen begynder. Desuden afhænger det af, hvordan man ser på det, for med denne metode forsøger vi at gentage det evolutionsmønster, der engang var en succes på Jorden for at omdanne planetens atmosfære til en anden og få Mars til at komme ind i et stadie af termodynamisk ubalance .
Den største fordel er, at vi kan styre en terraformeringsproces i mikroskala; vi kan omdanne Mars til et lignende sted som Jorden hurtigere og få det til at interagere med det omgivende miljø på samme tid. Det er det vigtigste aspekt af det: at komme videre med hurtigere processer. Som jeg sagde før, er tanken at følge det samme udviklingsmønster, der udviklede sig på Jorden kort efter, at fotosyntesen dukkede op. Der var jordplanter, der ombyggede og terraformede Jorden, hvilket genererede kuldioxid fra overfladen og distribuerede det til den atmosfære, der eksisterede på det tidspunkt.
Drs. Chris McKay og Robert Zubrin præsenterede en interessant model, der foreslår at samle tre store orbital spejle. Spejle reflekterer solens lys mod Mars sydpol og sublimerer tørris (kuldioxid sne) lag for at øge drivhuseffekten og derefter fremskynde planetens globale opvarmning.
Sådanne spejle ville være på størrelse med Texas.
Jeg tror, at hvis den samme infrastruktur, der blev brugt i disse spejle, i stedet blev brugt til at bygge kupler til en minimal enhed med terrænformning over Marsoverfladen, ville vi generere højere afgasningshastigheder og iltes atmosfæren hurtigere. Derudover vil en del af overfladen blive opvarmet alligevel, da enhederne ville have solvarme og ikke afspejle den fra overfladen.
Manglen på flydende vand til økosystemerne inde i enhederne kan diskuteres; dog kan en variant af et forslag fra Dr. Adam Bruckner fra University of Washington anvendes. Det består af at bruge en zeolit (mineralkatalysator) kondensator; derefter ekstraheres vand fra fugtigheden i den indkommende luft. Vand hældes inde dagligt. Igen ville vi aktivere nogle stadier i en hydrologisk cyklus, fange kuldioxid, frigive gasser til atmosfæren og gøre overfladen til en mere frugtbar jord. Vi ville gøre en accelereret terraforming på en meget lille del af Mars, men hvis vi lægger hundreder af disse enheder, vil de afgasningseffekter over overfladen og atmosfæren have planetariske følger.
ER: Når lukkede biosfærer har fungeret på Jorden som Biosphere 2, opstod der problemer med - for eksempel - iltab på grund af kombination med sten for at danne karbonater. Er der i dag eksempler på store, selvbærende systemer på Jorden?
OPD: Storskala, selvbærende systemer bygget af mennesker? Jeg ved ikke noget, men livet i sig selv er et selvbærende system, der tager fra det omgivende miljø, hvad det har brug for for at arbejde.
Det var problemet med lukkede biosfærer, de var ikke i stand til at oprette et feedbackkredsløb, som det sker på Jorden. Desuden ville det system, jeg foreslår, ikke være lukket; det ville interagere med miljøet i Mars i intervaller ved at frigive en del af, hvad der ville være blevet behandlet ved hjælp af fotosyntesen, mens nye gasser blev indarbejdet. Den minimale enhed til terraformering er ikke et lukket system.
Hvis vi tager højde for James Lovelocks 'Gaia-teori', kunne vi betragte Jorden som et stort, selvbærende system, fordi de biogeokemiske cyklusser er aktive - en situation, der ikke sker i dag på Mars. En stor del af dets ilt kombineres med dets overflade, hvilket giver planeten en oxideret karakter. I denne forstand, inden for den minimale enhed for terraforming, ville de biogeokemiske cyklusser blive genaktiveret. Disse kupler frigav blandt andet ilt og carbonater, så frigivelsen ville begynde at strømme gradvist til planetens atmosfære.
ER: Den hurtigste metode, der ofte citeres til global terraforming, er at introducere fluorcarbons i den Martiske atmosfære. Med små procentvise ændringer følger store temperatur- og trykændringer. Dette afhænger af solinteraktion. Ville en lukket boble have denne mekanisme tilgængelig, for eksempel hvis ultraviolet lys ikke trænger ind i kuplerne?
OPD: Vi taler om en alternativ måde fra det - ikke ved hjælp af fluorcarbons og andre drivhusgasser. Metoden, vi foreslår, opsamler kuldioxid til forøgelse af biomasse, frigiver ilt og indre varmelagring, alt sammen for at generere en kuldioxidafgasning inde i enheden. Andre gasser, der er fanget i jorden i dag, vil blive frigivet til den Martiske atmosfære for gradvis at fortætte den. Faktisk ville den direkte eksponering af et økosystem for ultraviolette stråler være kontraproduktive for kuldioxidfangst, biomassedannelse og jordgasproduktion. Netop fungerer kuppelen til at beskytte et økosystem mod kold og ultraviolet stråling samt at opretholde det indre tryk.
Nu ville kuppelen være en vigtig varmefælde og en varmeisolator. Ved at gøre den tidligere celleanalogi er kuppelen som en biologisk membran, der driver det lokale økosystem til termodynamisk uligevægt. Denne ulighed ville give livet mulighed for at udvikle sig.
ER: Ville høje lokale koncentrationer af drivhusgasser (som metan, carbondioxid eller CFC) være lokalt giftige, før de har nogen virkning globalt?
OPD: Livet kan tilpasse sig forhold, der er giftige for os; en forhøjet kuldioxidkoncentration kan være fordelagtig for planter og endda øge deres produktion, eller som med metan er der nogle methanogene organismer, der kræver denne gas til deres ophold.
Sådanne gasser er passende til at hæve den globale temperatur; på den anden side er kuldioxid den mest passende gas til planteliv. Målet er at gengive evolutionære mønstre, der fører til en gradvis tilpasning af disse organismer til et nyt miljø og tilpasning af miljøet til disse organismer.
ER: Global terraforming på Mars har tidsintervaller, der varierer mellem et århundrede til endda lange tider. Er der måder at estimere, om lokale bestræbelser kan fremskynde levedygtighed ved hjælp af den oase-model, du foreslår?
OPD: Det afhænger af plantenes fotosyntetiske effektivitet og deres evne til at tilpasse sig til miljøet, mens miljøet tilpasser sig. Vi kan dog overveje to vurderinger: en lokal og en global.
På en mere eksplicit måde kan disse vurderinger først måles på hver Minimal Terraformningsenhed gennem dens fotosyntetiske effektivitet, iltningshastighed, fangst af kuldioxid og afgasning af kuppelens overflade. Denne hastighed afhænger af solforekomsten og drivhuseffekten. På globalt plan afhænger hastigheden af planetens ombygning af, hvor mange minimale enheder der kunne installeres over hele Marsoverfladen. Det vil sige, hvis der findes flere minimale enheder til terraforming, ville planetens transformation blive afsluttet hurtigere.
Jeg vil gerne afklare noget, som jeg synes er vigtigt på dette tidspunkt. Den største præstation ville være at omdanne Mars til en grøn planet, før mennesker kunne bebo det på den måde, vi gør på Jorden i dag. Det ville være ekstraordinært at se, hvordan plantelivet reagerer, først inden i Minimal Unit of Terraforming og derefter, når disse maskiner var færdige med deres cyklus, og livet fremstår som en eksplosion mod det ydre, for at se den ustoppelige speciation, der ville finde sted, siden livet ville reagere på miljøet, og miljøet ville reagere på livet.
Og så kan vi måske se træer, såsom fyrretræer, der på Jorden har et stort og lige træ. På Mars har vi muligvis en mere bøjelig art, en stærk nok til at modstå lave temperaturer og blæser vind. Som fotosyntetiske maskiner ville fyrretræerne udfylde deres rolle som planetariske transformatorer og holde vand, mineraler og kuldioxid til akkumulering af biomasse.
ER: Hvilke fremtidige planer har du for forskningen?
OPD: Jeg vil indlede delvis simulering af de maritiske forhold. Dette er nødvendigt for at undersøge og forbedre driften af den minimale terraformingsenhed samt planternes fysiologiske respons under sådanne forhold. Med andre ord, øvelser.
Dette er en tværfaglig og interinstitutionel undersøgelse, så deltagelse af ingeniører, biologer og genetiske specialister vil være nødvendig såvel som andre videnskabelige organisationer, der er interesseret i emnet. Jeg må sige, at dette kun er det første forsøg; det er en teori om, hvad der kunne gøres, og en, som vi kunne prøve på vores egen planet, for eksempel ved at kæmpe mod den aggressive ørkenspredning, ved at rehabilitere grunde og skabe hindringer for at stoppe dens gradvise fremskridt.
Original kilde: Astrobiology Magazine
Her er en artikel om et lignende projekt. Kan du huske Biosphere 2?
