Bildkredit: NASA
Lokalt har jorden sina bostadliga ytterligheter: Antarktis, Sahara-öknen, Döda havet, Etna-berget. Globalt är vår blå planet placerad i solsystemets bebodliga zon, eller "Goldilocks" -regionen där temperaturen och trycket är helt rätt för att stödja flytande vatten och liv. Tvärs över gränserna från denna guldfärgade zon kretsar vi om våra två grannar: den sprungna växthusplaneten, Venus - som i guldfärgade termer är "för varm" - och den frigida röda planeten, Mars, som är "för kallt".
Med en genomsnittlig global temperatur på -55 C är Mars en mycket kall planet. Standardmodellerna för att värma Mars höjer denna medeltemperatur med växthusgaser först och planterar sedan kallanpassade grödor och fotosyntetiska mikrober. Denna terraformande modell inkluderar olika förfiningar såsom orbital speglar och kemiska fabriker som häller ut fluorkolväten. Så småningom med hjälp av biologi, industrialisering och tid skulle atmosfären börja bli tjockare (den nuvarande martianska atmosfären är 99% tunnare än jordens). Att terrraformera Mars, beroende på valet och koncentrationen av växthusgaser som används, kan ta många decennier till århundraden innan en astronaut kan börja lyfta ett visir och för första gången andas martianluft. Sådana förslag skulle initiera den första medvetna ansträngningen vid planering av planeten och syfta till att förändra den globala miljön till en mindre fientlig mot livet som vi känner till det på marken.
En annan version av dessa globala förändringar är en lokal version som är bekant för dem som har vandrat Sahara. Ibland blomstrar livet i en ökenoas. En lokal strategi för att förändra Mars, enligt biolog Omar Pensado Diaz, chef för Mex-Areohab-projektet, kan bäst jämföras med att förvandla Mars till en oas i taget. Oasens minsta storlek sträcker sig till diametern på ett kupolformigt plasthölje, ungefär som ett växthus med en rymdvärmare. På detta sätt är mikroterformning det mindre alternativet för en planet som annars är ett öppet system som läcker ut i rymden. Diaz står i kontrast till hur en fysiker kan förändra Mars med industriella verktyg till en biologers växthusmetoder.
Diaz pratade med Astrobiology Magazine om vad det kan betyda att bygga om Mars med små stadioner, tills de växer till frodiga, ökenoaser.
Astrobiology Magazine (AM) : Skulle det vara korrekt att dra slutsatsen att du studerar skillnaderna mellan en global och lokal terformeringsstrategi?
Omar Pensado Diaz (OPD): Jag ser fram emot att integrera modellerna, snarare fokusera på deras skillnader. Global terraforming eller uppvärmning av en planet med super växthusgaser är en strategi eller modell utformad ur fysikens perspektiv; medan modellen jag föreslår ses ur en biologisk synvinkel.
Jag talar om en modell som heter mikroterraforming, som kommer att vara möjlig med ett verktyg som heter Minimal Unit of Terraforming (MUT). Konceptet med en minimal enhet för terraformning förklaras som ett ekosystem som fungerar som den grundläggande naturens enhet. En MUT består av en grupp levande organismer och deras fysiska och kemiska miljö där de bor, men tillämpas på utvecklingen av en biologisk koloniserings- och ombyggnadsprocess på Mars.
En konstnärs uppfattning om hur en terrformad Mars, med ett hav som sträcker sig över större delen av dess norra halvklot, kan se ut från bana. Mars, som terraformad av Michael Carroll. 1991 användes denna bild på framsidan av "Making Mars Habitable" -utgåvan av naturen.
Tekniskt sett är det ett tryckkupolformat växthus som skulle innehålla och skydda ett inre ekosystem. Detta komplex skulle inte isoleras från omgivningen. tvärtom skulle det ständigt vara i kontakt med det, men på ett kontrollerat sätt.
Det som är viktigt är gasutbyte mellan MUT-enheterna och den Martiska miljön, så ekosystemet själv har en dramatisk roll. Syftet med denna process är att generera fotosyntes. Här måste vi betrakta växter som täcker ytan och kemiska fabriker som bearbetar atmosfären.
AM: Vilka skulle vara fördelarna med att arbeta lokalt genom att använda din modell av en oas i en öken? Med biologisk analogi till en grundläggande terraformande enhet, menar du som biologiska celler har en inre jämvikt, men utbyter också med en extern enhet som skiljer sig åt hela värden?
OPD: Fördelarna med den här modellen är att vi kan initiera en terraformningsprocess snabbare, men i steg är det därför det är mikroterformning.
Men den stora och viktigaste fördelen är att vi kan få växter att börja delta i denna process med hjälp av teknik. Livet är information och det bearbetar informationen runt det och börjar en anpassningsprocess till enhetens inre förhållanden. Här hävdar vi att livet har plasticitet och att det inte bara anpassar sig till de omgivande förhållandena utan också anpassar miljön till sina egna omständigheter. På genetikens språk betyder det att det finns en interaktion mellan genotypen och miljön, vilket ger anpassning av fenotypiska uttryck till de dominerande förhållandena.
Nu, i en liten miljö som en enhet med en diameter på cirka 15 eller 20 meter, kan vi ha en mycket varmare miljö än utanför enheten.
AM: Beskriv hur en enhet kan se ut.
OPD: En transparent, dubbelskikad kupol av plastfiber. Kupolen skulle generera en växthuseffekt inuti som skulle höja temperaturen avsevärt under dagen och skulle skydda insidan från låga temperaturer på natten. Dessutom skulle atmosfärens tryck vara högre inuti med 60 till 70 millibar. Det räcker för att tillåta växternas fotosyntetiska processer såväl som flytande vatten.
I termodynamiska termer talar vi nu om brist på jämvikt. För att återaktivera Mars måste vi skapa en termodynamisk ojämvikt. Enheten skulle generera det som behövs först, som markavgasning från temperaturskillnader. En sådan process är ett mål tillsammans med vägen till en global strategi.
Strängt taget skulle enheterna vara som koldioxid som fångar fällor; de skulle släppa syre och generera biomassa. Syre släpps sedan ut till atmosfären med jämna mellanrum. Ett ventilsystem skulle frigöra gaser till utsidan och när det inre atmosfärstrycket hade sjunkit upp till 40 eller 35 milibar stängdes ventilerna automatiskt. Och andra skulle öppna och, genom sug, skulle gas komma in i enheten och det ursprungliga atmosfärstrycket skulle jämnas ut. Detta system skulle inte bara möjliggöra frigörande av syre utan också frigöring av andra gaser.
AM: I en sådan oasmodell är det ett öppet system, men skulle det inte ha någon effekt på regionala förhållanden. Med andra ord, skulle lokalt läckage utspädas, och i sådana fall, hur skiljer sig mikroterra från bara drivande växthus?
OPD: Växthusarna - i detta fall Minimal Unit of Terraforming - tros inleda en gradvis förändring på Mars. Skillnaden beror på dess handlingsområde, eftersom det är där mikroterformningsprocessen börjar. Dessutom beror det på hur du ser på det, eftersom vi med denna metod försöker upprepa det evolutionsmönster som en gång var framgångsrikt på jorden för att förvandla planetens atmosfär till en annan och för att Mars ska komma in i ett stadium av termodynamisk ojämlikhet .
Den stora fördelen är att vi kan styra en terraformeringsprocess i mikroskala; vi kan förvandla Mars till en plats som liknar jorden snabbare och få den att interagera med omgivningen samtidigt. Det är den viktigaste aspekten av det: att gå vidare med snabbare processer. Som jag sa tidigare är tanken att följa samma utvecklingsmönster som utvecklats på jorden strax efter att fotosyntesen dök upp. Det fanns markväxter som ombyggde och terformade jorden, som genererade koldioxid från ytan och fördelade den till den atmosfär som fanns vid den tiden.
Drs. Chris McKay och Robert Zubrin presenterade en intressant modell som föreslår att samlokalisera tre stora kretsspeglar. Speglarna skulle återspegla solens ljus till Marspolen och sublimera torrisen (koldioxid snö) för att öka växthuseffekten och sedan påskynda planetens globala uppvärmning.
Sådana speglar skulle vara storleken på Texas.
Jag tror att om samma infrastruktur som användes i dessa speglar istället användes för att bygga kupoler för en minimal enhet av terrformning över Marsytan, skulle vi generera högre avgasningsgrader och syre atmosfären snabbare. Dessutom skulle en del av ytan värmas ändå, eftersom enheterna skulle hålla solvärme, inte reflektera den från ytan.
Avsaknaden av flytande vatten för ekosystemen i enheterna är diskutabelt; emellertid kan en variant av ett förslag från Dr. Adam Bruckner från University of Washington användas. Den består av att använda en zeolit (mineralkatalysator) kondensator; sedan extraherar vatten från fukten i inkommande luft. Vatten hälls in dagligen. Återigen skulle vi aktivera några steg i en hydrologisk cykel, fånga koldioxid, släppa ut gaser till atmosfären och göra ytan till en mer fruktbar mark. Vi skulle göra en accelererad terraforming på en mycket liten del av Mars, men om vi lägger hundratals av dessa enheter kommer de avgassande effekterna på ytan och atmosfären att få planetära återverkningar.
AM: När stängda biosfärer har fungerat på jorden som biosfär 2 uppstod problem med till exempel syreförlust på grund av kombination med berg för att bilda karbonater. Finns det idag exempel på storskaliga, självhushållande system på jorden?
OPD: Stora, självförsörjande system byggda av människor? Jag vet inte något, men livet i sig är ett självhushållande system som tar från den omgivande miljön vad det behöver för att fungera.
Det var problemet med stängda biosfärer, de kunde inte skapa en återkopplingskrets som det händer på jorden. Dessutom skulle systemet jag föreslår inte stängas. det skulle interagera med miljön i Mars i intervaller, genom att släppa en del av vad som skulle ha behandlats genom handlingen av fotosyntesen samtidigt som nya gaser införlivades. Minimala enheten för terformering är inte ett slutet system.
Om vi tar hänsyn till James Lovelocks 'Gaia-teori', kan vi betrakta Jorden som ett storskaligt, självbärande system, eftersom de biogeokemiska cyklerna är aktiva - en situation som inte händer idag på Mars. En stor del av dess syre kombineras med dess yta, vilket ger planeten en oxiderad karaktär. I detta avseende skulle de biogeokemiska cyklerna inaktiveras i Minimal Unit of Terraforming. Dessa kupoler skulle frigöra bland annat syre och karbonater, så att frigöringen började strömma gradvis till planetens atmosfär.
AM: Den snabbaste metoden som ofta citeras för global terraformning är att införa fluorkolväten i den Martiska atmosfären. Med små procentuella förändringar följer stora temperatur- och tryckförändringar. Detta är beroende av solinteraktion. Skulle en sluten bubbla ha denna mekanism tillgänglig, till exempel om ultraviolett ljus inte tränger in i kupolerna?
OPD: Vi pratar om ett alternativt sätt från det - att inte använda fluorkolväten och andra växthusgaser. Metoden vi föreslår fångar upp koldioxid för ökad biomassa, frigör syre- och inre värmelagring, allt för att generera en koldioxidavgasning i enheten. Andra gaser som fångas i marken idag skulle släppas till den Martiska atmosfären för att förtäta den gradvis. Egentligen skulle ett ekosystems direkta exponering för ultravioletta strålar vara kontraproduktivt för koldioxidupptagning, bildning av biomassa och produktion av markgas. Precis fungerar kupolen för att skydda ett ekosystem från kallt och ultraviolett strålning, såväl som att upprätthålla det inre trycket.
Nu skulle kupolen vara en viktig värmefälla och en värmeisolator. Genom att göra den tidigare cellanalogin, är kupolen som ett biologiskt membran som driver det lokala ekosystemet till termodynamisk ojämvikt. Denna ojämvikt skulle göra det möjligt för livet att utvecklas.
AM: Skulle höga lokala koncentrationer av växthusgaser (som metan, koldioxid eller CFC) vara lokalt giftiga innan de har några effekter globalt?
OPD: Livet kan anpassa sig till förhållanden som är giftiga för oss; en förhöjd koldioxidkoncentration kan vara fördelaktigt för växter, och till och med öka deras produktion, eller, som med metan, det finns några metanogena organismer som kräver denna gas för deras uppehälle.
Sådana gaser är lämpliga för att höja den globala temperaturen. å andra sidan är koldioxid den mest lämpliga gasen för växtliv. Syftet är att reproducera evolutionära mönster som leder till en gradvis anpassning av dessa organismer till en ny miljö och anpassning av miljön till dessa organismer.
AM: Global terraforming på Mars har tidsintervall som varierar mellan ett sekel till till och med långa tider. Finns det sätt att uppskatta om lokala ansträngningar kan påskynda livsmiljön med hjälp av oasmodellen du föreslår?
OPD: Det beror på växternas fotosyntetiska effektivitet och deras förmåga att anpassa sig till miljön medan de anpassar miljön. Vi kan dock överväga två bedömningar: en lokal och en global.
På ett mer tydligt sätt kan dessa bedömningar först mätas på varje Minimal Terraformningsenhet genom dess fotosyntetiska effektivitet, syresättningshastighet, koldioxidupptagning och avgasning av kupolens yta. Denna hastighet skulle bero på solfrekvensen och växthuseffekten. På global nivå skulle hastigheten för planetens ombyggnad bero på hur många Minimala enheter som kan installeras över hela Marsytan. Det vill säga, om det finns fler minimala enheter för terraforming, skulle planetens omvandling genomföras snabbare.
Jag skulle vilja klargöra något som jag tycker är viktigt vid denna tidpunkt. Den största framstegen skulle vara att förvandla Mars till en grön planet innan människor kunde bebo det på det sätt vi gör på jorden idag. Det vore ovanligt att se hur växtlivet reagerar, först i Minimal Unit of Terraforming och sedan, när dessa maskiner hade avslutat sin cykel och livet framträder som en explosion till utsidan, att se den ostoppbara specifikationen som skulle äga rum, sedan livet skulle svara på miljön och miljön skulle svara på livet.
Och så kan vi se träd, till exempel tallar som på jorden har ett stort och rakt virke. På Mars har vi kanske en mer flexibel art, en stark nog att motstå låga temperaturer och blåser vindar. Som fotosyntetiska maskiner skulle tallarna fylla sin roll som planettransformatorer, hålla vatten, mineraler och koldioxid för ansamling av biomassa.
AM: Vilka framtidsplaner har du för forskningen?
OPD: Jag vill inleda partiella simuleringar av marsförhållandena. Detta behövs för att undersöka och förbättra driften av Minimal Unit of Terraforming, såväl som det fysiologiska svaret från växter under sådana förhållanden. Med andra ord repetitioner.
Detta är en tvärvetenskaplig och interinstitutionell undersökning, så deltagande av ingenjörer, biologer och genetiska specialister kommer att vara nödvändigt såväl som andra vetenskapliga organisationer som är intresserade av ämnet. Jag måste säga att detta bara är det första försöket. det är en teori om vad som kan göras och en som vi kan försöka på vår egen planet, till exempel genom att kämpa mot den aggressiva ökenspridningen, genom att rehabilitera grunder och skapa hinder för att stoppa dess gradvisa framsteg.
Originalkälla: Astrobiology Magazine
Här är en artikel om ett liknande projekt. Kommer du ihåg Biosphere 2?
