Bildekreditt: NASA
Lokalt har jorden sine beboelige ytterpunkter: Antarktis, Sahara-ørkenen, Dødehavet, Etna-fjellet. Globalt er vår blå planet plassert i solsystemets beboelige sone, eller 'Goldilocks' -region der temperaturen og trykket er helt riktig for å støtte flytende vann og liv. Tvers over grensene fra denne gullilokkesonen går vi i bane rundt våre to naboer: den løpende drivhusplaneten, Venus - som i gullilokkers termer er ‘for varm’ - og den frigide røde planeten Mars, som er ‘for kald’.
Med en gjennomsnittlig global temperatur på -55 C, er Mars en veldig kald planet. Standardmodellene for oppvarming av Mars hever denne gjennomsnittstemperaturen med klimagasser først, deretter plantes kaldtilpassede avlinger og fotosyntetiske mikrober. Denne terraformerende modellen inkluderer forskjellige foredlinger som for eksempel banespeil og kjemiske fabrikker som strømmer ut fluorkarboner. Etter hvert ved hjelp av biologi, industrialisering og tid, ville atmosfæren begynne å bli tykkere (den nåværende martianske atmosfæren er 99% tynnere enn jordens). Avhengig av valg og konsentrasjon av klimagasser som brukes, kan det ta mange tiår til århundrer å terrassere Mars, før en astronaut kan begynne å løfte et visir og for første gang puste inn martiansluft. Slike forslag ville sette i gang den første bevisste innsatsen for planlegging av planlegging, og tar sikte på å endre det globale miljøet til et mindre fiendtlig mot livet slik vi kjenner det terrestrisk.
En annen versjon av disse globale endringene er en lokal versjon som er kjent for de som har trukket Sahara. Noen ganger blomstrer livet i en ørkenoase. En lokal strategi for å endre Mars, ifølge biolog Omar Pensado Diaz, direktør for Mex-Areohab-prosjektet, kan best sammenlignes med å transformere Mars en oase om gangen. Minste størrelse på oasen strekker seg til diameteren på et kuppelformet plastdeksel, omtrent som et drivhus med en romvarmer. På denne måten er mikroterforming det mindre alternativet for en planet som ellers er et åpent system som lekker ut i verdensrommet. Diaz kontrasterer måten en fysiker kan endre Mars med industrielle verktøy til drivhusmetodene til en biolog.
Diaz snakket med Astrobiology Magazine om hva det kan bety å renovere Mars med bittesmå stadioner, helt til de vokser til frodige, ørkenoaser.
Astrobiology Magazine (AM) : Ville det være riktig å konkludere med at du studerer forskjellene mellom en global og lokal terraformeringsstrategi?
Omar Pensado Diaz (OPD): Jeg gleder meg til å integrere modellene, og heller fokusere på forskjellene deres. Global terraforming, eller oppvarming av en planet med super klimagasser, er en strategi eller modell utformet fra fysikkens perspektiv; mens modellen jeg foreslår er sett fra et biologisk synspunkt.
Jeg snakker om en modell som heter microterraforming, som vil være mulig med et verktøy som heter Minimal Unit of Terraforming (MUT). Konseptet med en minimal enhet av terraforming blir forklart som et økosystem som kjører som den grunnleggende naturens enhet. En MUT består av en gruppe levende organismer og deres fysiske og kjemiske miljø der de bor, men anvendt på utviklingen av en biologisk koloniserings- og ombyggingsprosess på Mars.
En kunstners oppfatning av hvordan en terraformet Mars, med et hav som spenner over det meste av den nordlige halvkule, kan se ut fra bane. Mars, som terraformert av Michael Carroll. I 1991 ble dette bildet brukt på forsiden av "Making Mars Habitable" -utgaven av Nature.
Teknisk sett er det et trykk kuppelformet drivhus som vil inneholde og beskytte et indre økosystem. Dette komplekset ville ikke være isolert fra omgivelsene; tvert imot vil det hele tiden være i kontakt med det, men på en kontrollert måte.
Det som er viktig er gassutveksling mellom MUT-enhetene og Martian-miljøet, så økosystemet i seg selv har en dramatisk rolle. Målet med denne prosessen er å generere fotosyntese. Her må vi betrakte planter som dekker overflaten og kjemiske fabrikker som behandler atmosfæren.
ER: Hva ville være fordelene med å jobbe lokalt, ved å bruke modellen til en oase i en ørken? Med biologisk analogi til en grunnleggende terraformerende enhet, mener du som biologiske celler har en indre likevekt, men også utveksles med en ekstern en som skiller seg for hele verten?
OPD: Fordelene jeg finner i denne modellen er at vi kan sette i gang en terraformeringsprosess raskere, men i trinn, er det derfor den er mikroterforming.
Men den største og viktigste fordelen er at vi kan få plantelivet til å begynne å delta i denne prosessen ved hjelp av teknologi. Livet er informasjon og det behandler informasjonen rundt det, og begynner en tilpasningsprosess til enhetens indre forhold. Her fastholder vi at livet har plastisitet og at det ikke bare tilpasser seg omgivelsene, men også tilpasser miljøet til sine egne forhold. På genetisk språk betyr dette at det er en interaksjon mellom genotypen og miljøet, og det produserer tilpasning av fenotypiske uttrykk til de dominerende forholdene.
I et lite miljø som en enhet med en diameter på omtrent 15 eller 20 meter, kan vi ha et mye varmere miljø enn utenfor enheten.
ER: Beskriv hvordan en enhet kan se ut.
OPD: En gjennomsiktig, plastfiber, dobbeltlags kuppel. Kuppelen ville generere en drivhuseffekt inne som ville øke temperaturen betydelig på dagtid og vil beskytte innsiden mot lave temperaturer om natten. Videre ville atmosfærens trykk være høyere inne med 60 til 70 millibar. Det vil være nok til å tillate plantenes fotosyntetiske prosesser så vel som flytende vann.
I termodynamiske termer snakker vi nå om mangel på likevekt. For å reaktivere Mars, må vi lage en termodynamisk ulikhet. Enheten vil generere det som trengs først, som avgass fra bakken fra temperaturforskjeller. En slik prosess er et mål sammen med veien til en global strategi.
Strengt tatt vil enhetene være som fangst av karbondioksid. de ville frigjøre oksygen og generere biomasse. Oksygenet vil deretter bli frigitt til atmosfæren med jevne mellomrom. Et ventilsystem ville frigjøre gasser til utsiden, og når det indre atmosfæretrykket hadde sunket opp til 40 eller 35 milibar, ville ventilene stenge automatisk. Og andre ville åpne, og ved sug ville gass komme inn i enheten og det opprinnelige atmosfæretrykket ville flate ut. Dette systemet tillater ikke bare frigjøring av oksygen, men også frigjøring av andre gasser.
ER: I en slik oasemodell er det et åpent system, men ville det ikke ha noen innvirkning på regionale forhold. Med andre ord, vil lokal lekkasje bli utvannet, og i hvilke tilfeller, hvordan er mikroterraforming annerledes enn bare å drive drivhus?
OPD: Drivhusene - i dette tilfellet Minimal Unit of Terraforming - antas å starte en gradvis forandring på Mars. Forskjellen avhenger av handlingsområdet, siden det er her mikroterformingsprosessen begynner. Dessuten avhenger det av hvordan du ser på det, for med denne metoden prøver vi å gjenta evolusjonsmønsteret som en gang var vellykket på Jorden, for å forvandle planetens atmosfære til en annen og for å få Mars til å komme inn i et stadium av termodynamisk ulikhet .
Den største fordelen er at vi kan kontrollere en terraformeringsprosess i mikroskala; Vi kan gjøre Mars til et lignende sted som Jorden raskere og få den til å samhandle med omgivelsene samtidig. Det er det viktigste ved det: å komme videre med raskere prosesser. Som jeg sa før, ideen er å følge det samme evolusjonsmønsteret som utviklet seg på jorden like etter at fotosyntesen dukket opp. Det var landplanter som ombygde og terraformerte jorden, og genererte karbondioksid fra overflaten og distribuerte den til atmosfæren som eksisterte på den tiden.
Drs. Chris McKay og Robert Zubrin presenterte en interessant modell som foreslår å samle tre store orbital speil. Speilene reflekterer solens lys til sørpolen av Mars og sublimerer tørrsjiktet (karbondioksid-snø) for å øke drivhuseffekten og deretter få fart på planetens globale oppvarming.
Slike speil ville være på størrelse med Texas.
Jeg tror at hvis den samme infrastrukturen som ble brukt i disse speilene i stedet ble brukt til å bygge kupler for en minimal enhet av terrengforming over Marsoverflaten, ville vi generert høyere avgassingshastigheter og oksygenert atmosfæren raskere. I tillegg vil en del av overflaten bli varmet uansett, siden enhetene ville holde solvarme, og ikke reflektere den fra overflaten.
Mangelen på flytende vann for økosystemene i enhetene er diskutabel; Imidlertid kan en variant av et forslag fra Dr. Adam Bruckner fra University of Washington brukes. Den består av å bruke en zeolitt (mineral katalysator) kondensator; deretter trekke ut vann fra fuktigheten til innkommende luft. Vann strømmet inn daglig. Igjen vil vi aktivere noen stadier av en hydrologisk syklus, fange opp karbondioksid, frigjøre gasser til atmosfæren og gjøre overflaten til en mer fruktbar grunn. Vi ville gjøre en akselerert terrforming på en veldig liten del av Mars, men hvis vi legger hundrevis av disse enhetene, vil avgassingseffektene over overflaten og atmosfæren få planetariske konsekvenser.
ER: Når lukkede biosfærer har operert på jorden som biosfære 2, oppsto det problemer med for eksempel oksygentap på grunn av kombinasjon med berg for å danne karbonater. Finnes det eksempler i dag på store, selvopprettholdende systemer på jorden?
OPD: Storskala, selvopprettholdende systemer bygget av mennesker? Jeg vet ikke noe, men livet i seg selv er et selvopprettholdende system som tar fra omgivelsene det som trengs for å fungere.
Det var problemet med lukkede biosfærer, de klarte ikke å lage en tilbakemeldingskrets slik det skjer på jorden. Videre ville systemet jeg foreslår ikke være lukket; det ville samhandle med Mars-miljøet i intervaller, ved å frigjøre en del av det som ville blitt behandlet ved handlingen av fotosyntesen mens det innarbeidet nye gasser. Minimal Unit of Terraforming vil ikke være et lukket system.
Hvis vi tar hensyn til James Lovelocks ‘Gaia-teori’, kan vi betrakte Jorden som et storstilt, selvopprettholdende system, fordi de biogeokjemiske syklusene er aktive - en situasjon som ikke skjer i dag på Mars. En stor del av oksygenet er kombinert med overflaten, noe som gir planeten en oksidert karakter. I denne forstand, innenfor Minimal Unit of Terraforming, ville de biogeokjemiske syklusene bli aktivert på nytt. Disse kuplene vil frigjøre blant annet oksygen og karbonater, så frigjøringen ville begynne å strømme gradvis til planetens atmosfære.
ER: Den raskeste metoden som ofte siteres for global terraforming er å introdusere fluorkarboner i den Martiske atmosfæren. Med små prosentvise endringer følger store temperatur- og trykkendringer. Dette er avhengig av solinteraksjon. Ville en lukket boble ha denne mekanismen tilgjengelig, for eksempel hvis ultrafiolett lys ikke trenger inn i kuplene?
OPD: Vi snakker om en alternativ måte fra det - ikke å bruke fluorokarboner og andre klimagasser. Metoden vi foreslår fanger opp karbondioksid for økning av biomasse, frigjør oksygen og indre varmelagring, alt for å generere en karbondioksid avgassing inne i enheten. Andre gasser fanget i bakken i dag ville bli sluppet ut til den Martiske atmosfæren for å fortette den gradvis. Egentlig ville en direkte eksponering av et økosystem for ultrafiolette stråler være kontraproduktiv for karbondioksidfangst, biomassedannelse og grunngassgenerering. Nettopp kuppelen fungerer for å beskytte et økosystem mot kald og ultrafiolett stråling, i tillegg til å opprettholde det indre trykket.
Nå ville kuppelen være en viktig varmefelle og en varmeisolator. Ved å gjøre den tidligere celleanalogien, er kuppelen som en biologisk membran som driver det lokale økosystemet til termodynamisk ulikhet. Den ulikheten ville gi liv til å utvikle seg.
ER: Ville høye lokale konsentrasjoner av klimagasser (som metan, karbondioksid eller KFK) være lokalt giftige før de har noen innvirkning globalt?
OPD: Livet kan tilpasse seg forhold som er giftige for oss; en forhøyet karbondioksidkonsentrasjon kan være gunstig for planter, og til og med øke deres produksjon, eller, som med metan, er det noen metanogene organismer som krever denne gassen for deres livsopphold.
Slike gasser er passende for å heve den globale temperaturen; på den annen side er karbondioksid den mest passende gassen for plantelivet. Målet er å reprodusere evolusjonsmønstre som fører til en gradvis tilpasning av disse organismer til et nytt miljø, og tilpasning av miljøet til disse organismene.
ER: Global terraforming på Mars har tidsintervaller som varierer mellom et århundre til til og med lange tider. Er det måter å estimere om lokal innsats kan øke hastigheten på brukbarheten ved å bruke oasemodellen du foreslår?
OPD: Dette vil avhenge av plantenes fotosyntetiske effektivitet og deres evne til å tilpasse seg miljøet mens de tilpasser miljøet. Imidlertid kan vi vurdere to takseringer: en lokal og en global.
På en mer eksplisitt måte kan disse vurderingene først måles på hver Minimal Terraforming-enhet gjennom dens fotosyntetiske effektivitet, oksygeneringshastighet, fangst av karbondioksid og avgassing av kuppelens overflate. Denne frekvensen vil avhenge av solforekomsten og drivhuseffekten. På globalt nivå vil hastigheten på planetens ombygging avhenge av hvor mange minimale enheter som kan installeres over hele Marsoverflaten. Det vil si at hvis det eksisterer flere minimale enheter for terrforming, ville planetens transformasjon bli fullført raskere.
Jeg vil tydeliggjøre noe jeg synes er viktig på dette tidspunktet. Den største bragden ville være å gjøre Mars til en grønn planet før mennesker kunne bebo den på den måten vi gjør på jorden i dag. Det ville være ekstraordinært å se hvordan plantelivet reagerer, først inne i Minimal Unit of Terraforming, og deretter, når disse maskinene hadde avsluttet sin syklus og livet fremstår som en eksplosjon på utsiden, for å se den ustoppelige spesiasjonen som ville finne sted, siden livet ville svare på miljøet og miljøet ville reagere på livet.
Og så kan vi se trær, for eksempel furutrær som på jorden har et stort og rett tømmer. På Mars har vi kanskje en mer bøyelig art, en sterk nok til å motstå lave temperaturer og blåser vind. Som fotosyntetiske maskiner ville furuene oppfylle sin rolle som planetariske transformatorer, holde vann, mineraler og karbondioksid for akkumulering av biomasse.
ER: Hvilke fremtidsplaner har du for forskningen?
OPD: Jeg vil sette i gang delvis simulering av forholdene til Mars. Dette er nødvendig for å undersøke og forbedre driften av Minimal Unit of Terraforming, så vel som den fysiologiske responsen til planter under slike forhold. Med andre ord øving.
Dette er en tverrfaglig og interinstitusjonell undersøkelse, så deltakelse fra ingeniører, biologer og genetiske spesialister vil være nødvendig, så vel som andre vitenskapelige organisasjoner som er interessert i emnet. Jeg må si dette er bare det første forsøket; det er en teori om hva som kan gjøres og en som vi kan prøve på vår egen planet, for eksempel ved å kjempe mot den aggressive ørkenens spredning, ved å rehabilitere grunnlag og skape hindringer for å stoppe dens gradvise fremskritt.
Originalkilde: Astrobiology Magazine
Her er en artikkel om et lignende prosjekt. Husker du Biosphere 2?
