Afbeelding tegoed: NASA
Lokaal heeft de aarde zijn bewoonbare uitersten: Antarctica, de Sahara, de Dode Zee, de Etna. Wereldwijd bevindt onze blauwe planeet zich in de bewoonbare zone van het zonnestelsel, of ‘Goldilocks’ regio waar de temperatuur en druk precies goed zijn om vloeibaar water en leven te ondersteunen. Over de grenzen van deze goudlokjezone draaien om onze twee buren: de weggelopen kassenplaneet Venus, die in goldilocks ‘te heet’ is, en de ijskoude rode planeet Mars, die ‘te koud’ is.
Met een gemiddelde temperatuur van -55 C is Mars een erg koude planeet. De standaardmodellen voor het opwarmen van Mars verhogen deze gemiddelde temperatuur eerst met broeikasgassen, en planten dan koud aangepaste gewassen en fotosynthetische microben. Dit terraforming-model omvat verschillende verfijningen zoals orbitale spiegels en chemische fabrieken die fluorkoolwaterstoffen uitstoten. Uiteindelijk zou met behulp van biologie, industrialisatie en tijd de atmosfeer dikker worden (de huidige atmosfeer van Mars is 99% dunner dan die van de aarde). Om Mars te terraformen, kan het, afhankelijk van de keuze en concentratie van de gebruikte broeikasgassen, tientallen jaren tot eeuwen duren voordat een astronaut een vizier begint op te tillen en voor het eerst martiaanse lucht inademt. Dergelijke voorstellen zouden de eerste bewuste inspanning op het gebied van planetair machineren in gang zetten en beogen de mondiale omgeving te veranderen in een wereld die minder vijandig staat tegenover het leven zoals we dat terrestrisch kennen.
Een andere versie van deze wereldwijde veranderingen is een lokale versie die bekend is bij degenen die de Sahara hebben bezocht. Af en toe bloeit het leven op in een woestijnoase. Een lokale strategie om Mars te veranderen, kan volgens bioloog Omar Pensado Diaz, directeur van het Mex-Areohab-project, het beste worden vergeleken met het transformeren van Mars één oase tegelijk. De minimale afmeting van de oase strekt zich uit tot de diameter van een koepelvormige plastic afdekking, net als een kas met een kachel. Op deze manier is microterraforming het kleinere alternatief voor een planeet die anders een open systeem is dat naar de ruimte lekt. Diaz contrasteert de manier waarop een fysicus Mars kan veranderen met industriële gereedschappen met de broeikasmethoden van een bioloog.
Diaz sprak met Astrobiology Magazine over wat het zou kunnen betekenen om Mars te verbouwen met kleine stadions, totdat ze uitgroeien tot weelderige woestijnoases.
Astrobiology Magazine (AM) : Zou het correct zijn om te concluderen dat je de verschillen bestudeert tussen een globale en lokale terraforming-strategie?
Omar Pensado Diaz (OPD): Ik kijk er naar uit om de modellen te integreren, in plaats van me te concentreren op hun verschillen. Global terraforming, of opwarmen van een planeet met super broeikasgassen, is een strategie of model bedacht vanuit het perspectief van de natuurkunde; terwijl het model dat ik voorstel vanuit biologisch oogpunt gezien wordt.
Ik heb het over een model genaamd microterraforming, dat mogelijk zal zijn met een tool genaamd de Minimal Unit of Terraforming (MUT). Het concept van een minimale eenheid van terraforming wordt uitgelegd als een ecosysteem dat fungeert als de fundamentele eenheid van de natuur. Een MUT bestaat uit een groep levende organismen en hun fysische en chemische omgeving waarin ze leven, maar toegepast op de ontwikkeling van een biologisch kolonisatie- en hermodelleringsproces op Mars.
De opvatting van een kunstenaar over hoe een terrasvormige Mars, met een oceaan die het grootste deel van het noordelijk halfrond beslaat, er vanuit de ruimte uit zou kunnen zien. Mars, zoals terraformed door Michael Carroll. In 1991 werd deze afbeelding gebruikt op de voorkant van het nummer 'Making Mars Habitable' van Nature.
Technisch gezien is het een onder druk staande koepelvormige kas die een binnenecosysteem zou bevatten en beschermen. Dit complex zou niet geïsoleerd zijn van de omgeving; integendeel, het zou er constant mee in contact staan, maar op een gecontroleerde manier.
Wat belangrijk is, is de gasuitwisseling tussen de MUT-eenheden en de Marsomgeving, dus het ecosysteem zelf heeft een dramatische rol. Het doel van dit proces is het genereren van fotosynthese. Hier moeten we planten beschouwen als het oppervlak en chemische fabrieken die de atmosfeer verwerken.
AM: Wat zijn de voordelen van lokaal werken met uw model van een oase in een woestijn? Met biologische analogie met een fundamentele terravormende eenheid, bedoel je zoals hoe biologische cellen een intern evenwicht hebben, maar ook uitwisselingen met een extern evenwicht dat voor de hele gastheer verschilt?
OPD: De voordelen die ik in dit model vind, zijn dat we sneller een terraforming-proces kunnen starten, maar in fasen is dat de reden waarom het microterraforming is.
Maar het belangrijkste en belangrijkste voordeel is dat we het plantenleven met behulp van technologie kunnen laten deelnemen aan dit proces. Het leven is informatie en het verwerkt de informatie eromheen en begint een aanpassingsproces aan de innerlijke omstandigheden van de eenheid. Hier houden we vol dat het leven plasticiteit heeft en dat het zich niet alleen aanpast aan de omgevingsomstandigheden, maar ook de omgeving aanpast aan zijn eigen omstandigheden. In de taal van de genetica betekent dit dat er een interactie is tussen het genotype en de omgeving, wat leidt tot aanpassing van fenotypische expressies aan de dominante omstandigheden.
Nu, in een kleine omgeving zoals een Unit met een diameter van ongeveer 15 of 20 meter, zouden we een veel warmere omgeving kunnen hebben dan buiten de Unit.
AM: Beschrijf hoe een eenheid eruit zou kunnen zien.
OPD: Een transparante, dubbellaagse koepel van kunststofvezel. De koepel zou binnen een broeikaseffect genereren dat de temperatuur overdag aanzienlijk zou verhogen en de binnenkant zou beschermen tegen lage temperaturen 's nachts. Bovendien zou de druk van de atmosfeer binnen 60 tot 70 millibar hoger zijn. Dat zou voldoende zijn om zowel de fotosynthetische processen van de planten als vloeibaar water mogelijk te maken.
In thermodynamische termen hebben we het nu over een gebrek aan evenwicht. Om Mars opnieuw te activeren, moeten we een thermodynamisch onevenwicht creëren. De eenheid genereert eerst wat nodig is, zoals grondontgassen door temperatuurverschillen. Een dergelijk proces is een doelstelling samen met het pad naar een globale strategie.
Strikt genomen zouden de Eenheden als kooldioxide vallen zijn die vallen opvangen; ze zouden zuurstof afgeven en biomassa genereren. De zuurstof zou dan periodiek aan de atmosfeer worden afgegeven. Een klepsysteem zou gassen naar buiten afgeven en zodra de binnenluchtdruk tot 40 of 35 milibars was gedaald, zouden de kleppen automatisch sluiten. Anderen zouden opengaan en door aanzuiging zou er gas in de eenheid komen en zou de oorspronkelijke atmosferische druk afvlakken. Dit systeem zou niet alleen de afgifte van zuurstof mogelijk maken, maar ook de afgifte van andere gassen.
AM: In zo'n oasemodel is het een open systeem, maar zou het geen invloed hebben op de regionale omstandigheden. Met andere woorden, zou lokale lekkage worden verdund, en hoe verschilt in die gevallen microterraforming van alleen het exploiteren van kassen?
OPD: De kassen - in dit geval de Minimal Unit of Terraforming - zouden op Mars een geleidelijke verandering beginnen. Het verschil hangt af van de actieradius, want daar begint het microterformatievormingsproces. Bovendien hangt het ervan af hoe je ernaar kijkt, want met deze methode proberen we het evolutiepatroon te herhalen dat ooit succesvol was op aarde, om de atmosfeer van de planeet in een andere te transformeren en Mars binnen te laten in een stadium van thermodynamisch onevenwicht .
Het grote voordeel is dat we een terraforming proces op microschaal kunnen aansturen; we kunnen Mars sneller in een vergelijkbare plaats als de aarde veranderen en tegelijkertijd interactie met de omgeving mogelijk maken. Dat is het belangrijkste aspect: vooruitgaan met snellere processen. Zoals ik eerder zei, is het de bedoeling om hetzelfde evolutiepatroon te volgen dat zich op aarde ontwikkelde kort nadat de fotosynthese verscheen. Er waren terrestrische planten die de aarde verbouwden en terraformed, waardoor koolstofdixoide uit het oppervlak werd gegenereerd en verspreid naar de atmosfeer die op dat moment bestond.
Drs. Chris McKay en Robert Zubrin presenteerden een interessant model dat voorstelt drie grote orbitale spiegels te plaatsen. De spiegels reflecteren het licht van de zon naar de zuidpool van Mars en sublimeren de laag droogijs (kooldioxidesneeuw) om het broeikaseffect te vergroten en vervolgens de opwarming van de aarde te versnellen.
Dergelijke spiegels zouden zo groot zijn als Texas.
Ik denk dat als dezelfde infrastructuur die in die spiegels werd gebruikt, in plaats daarvan werd gebruikt om koepels te bouwen voor een minimale eenheid van terraforming over het oppervlak van Mars, we hogere ontgassingssnelheden zouden genereren en de atmosfeer sneller zuurstof zouden geven. Bovendien zou sowieso een deel van het oppervlak worden verwarmd, omdat de eenheden zonnewarmte zouden vasthouden en niet vanaf het oppervlak zouden reflecteren.
Het gebrek aan vloeibaar water voor de ecosystemen binnen de eenheden is discutabel; er kan echter een variant worden gebruikt op een voorstel van Dr. Adam Bruckner van de Universiteit van Washington. Het bestaat uit het gebruik van een zeoliet (minerale katalysator) condensor; vervolgens water aan het vocht van binnenkomende lucht onttrekken. Water zou dagelijks naar binnen stromen. Nogmaals, we zouden enkele stadia van een hydrologische cyclus activeren, waarbij koolstofdioxide wordt opgevangen, gassen in de atmosfeer vrijkomen en het oppervlak een vruchtbaardere grond wordt. We zouden een versnelde terraforming uitvoeren op een heel klein deel van Mars, maar als we honderden van die eenheden plaatsen, zullen de ontgassingseffecten op het oppervlak en de atmosfeer planetaire gevolgen hebben.
AM: Toen gesloten biosferen op aarde hebben gewerkt zoals Biosphere 2, ontstonden er problemen met bijvoorbeeld zuurstofverlies door combinatie met gesteente om carbonaten te vormen. Zijn er vandaag voorbeelden van grootschalige, zelfvoorzienende systemen op aarde?
OPD: Grootschalige, zelfvoorzienende systemen gebouwd door mensen? Ik weet er niets van, maar het leven zelf is een zelfvoorzienend systeem dat uit de omgeving haalt wat het nodig heeft om te werken.
Dat was het probleem van gesloten biosferen, ze waren niet in staat om een feedbackcircuit te maken zoals het op aarde gebeurt. Bovendien zou het systeem dat ik voorstel niet worden gesloten; het zou met tussenpozen in wisselwerking staan met de omgeving van Mars, door een deel vrij te maken van wat zou zijn verwerkt door de werking van fotosynthese terwijl er nieuwe gassen in zijn verwerkt. De Minimal Unit of Terraforming wordt geen gesloten systeem.
Als we rekening houden met de ‘Gaia-theorie’ van James Lovelock, zouden we de aarde kunnen beschouwen als een grootschalig, zelfvoorzienend systeem, omdat de biogeochemische cycli actief zijn - een situatie die zich vandaag niet op Mars voordoet. Een groot deel van de zuurstof wordt gecombineerd met het oppervlak, waardoor de planeet een geoxideerd karakter krijgt. In deze zin zouden binnen de Minimal Unit of Terraforming de biogeochemische cycli opnieuw geactiveerd worden. Deze koepels zouden onder andere zuurstof en carbonaten vrijmaken, zodat de afgifte geleidelijk naar de atmosfeer van de planeet zou gaan stromen.
AM: De snelste methode die vaak wordt aangehaald voor wereldwijde terraforming, is het introduceren van fluorkoolwaterstoffen in de atmosfeer van Mars. Met kleine procentuele veranderingen volgen grote temperatuur- en drukveranderingen. Dit is afhankelijk van interactie met de zon. Zou een gesloten bel dit mechanisme beschikbaar hebben, bijvoorbeeld als ultraviolet licht niet in de koepels doordringt?
OPD: We hebben het hier over een alternatieve manier: geen gebruik maken van fluorkoolstoffen en andere broeikasgassen. De door ons voorgestelde methode vangt koolstofdioxide op voor toename van biomassa, maakt zuurstof en interne warmteopslag vrij, allemaal om een kooldioxide-ontgassing in de eenheid te genereren. Andere gassen die vandaag in de grond vastzitten, zouden worden vrijgegeven aan de atmosfeer van Mars om deze geleidelijk te verdichten. Eigenlijk zou de directe blootstelling van een ecosysteem aan ultraviolette straling contraproductief zijn voor de afvang van kooldioxide, de vorming van biomassa en de opwekking van aardgas. Precies, de koepel werkt om een ecosysteem te beschermen tegen koude en ultraviolette straling en om de innerlijke druk te behouden.
Nu zou de koepel een belangrijke warmteafleider en een thermische isolator zijn. De koepel, die de eerdere celanalogie maakt, is als een biologisch membraan dat het lokale ecosysteem naar thermodynamisch onevenwicht drijft. Door dat onevenwicht zou het leven zich kunnen ontwikkelen.
AM: Zouden hoge lokale concentraties van broeikasgassen (zoals methaan, kooldioxide of CFK's) lokaal giftig zijn voordat ze wereldwijd effecten hebben?
OPD: Het leven kan zich aanpassen aan omstandigheden die giftig zijn voor ons; een verhoogde kooldioxideconcentratie kan gunstig zijn voor planten en zelfs hun productie verhogen, of, zoals bij methaan, er zijn enkele methanogene organismen die dit gas nodig hebben voor hun levensonderhoud.
Dergelijke gassen zijn geschikt om de temperatuur op aarde te verhogen; aan de andere kant is koolstofdioxide het meest geschikte gas voor het plantenleven. Het doel is om evolutionaire patronen te reproduceren die leiden tot een geleidelijke aanpassing van deze organismen aan een nieuwe omgeving en de aanpassing van de omgeving aan dit organisme.
AM: Wereldwijde terraforming op Mars heeft tijdsbereiken die variëren van een eeuw tot zelfs lange tijden. Zijn er manieren om te schatten of lokale inspanningen de bewoonbaarheid kunnen versnellen, met behulp van het door u voorgestelde oasismodel?
OPD: Dat hangt af van de fotosynthetische efficiëntie van de planten en hun vermogen om zichzelf aan te passen aan de omgeving terwijl ze de omgeving aanpassen. We kunnen echter twee taxaties overwegen: één lokaal en één wereldwijd.
Op een meer expliciete manier kunnen die beoordelingen eerst worden gemeten op elke minimale eenheid van terraforming door zijn fotosynthetische efficiëntie, zuurstofsnelheid, kooldioxide-opvang en ontgassing van het oppervlak van de koepel. Dit percentage is afhankelijk van de zonne-incidentie en het broeikaseffect. Op mondiaal niveau hangt de snelheid van de verbouwing van de planeet af van hoeveel Minimal Units er over het hele Marsoppervlak kunnen worden geïnstalleerd. Dat wil zeggen, als er meer minimale eenheden van terraforming bestaan, zou de transformatie van de planeet sneller worden voltooid.
Ik wil graag iets verduidelijken waarvan ik denk dat het op dit moment belangrijk is. De belangrijkste prestatie zou zijn om van Mars een groene planeet te maken voordat mensen hem zouden kunnen bewonen zoals we dat nu op aarde doen. Het zou buitengewoon zijn om te zien hoe het plantenleven reageert, eerst in de Minimal Unit of Terraforming en vervolgens, wanneer die machines hun cyclus hadden beëindigd en het leven als een explosie naar buiten komt, om de onstuitbare soortvorming te zien die sinds het leven zou plaatsvinden. zou reageren op de omgeving en de omgeving zou reageren op het leven.
En dus kunnen we naar bomen kijken, zoals dennen die op aarde een groot en recht hout hebben. Op Mars hebben we misschien een meer buigzame soort, een soort die sterk genoeg is om lage temperaturen en waaiende wind te weerstaan. Als fotosynthetische machines zouden de dennen hun rol vervullen als planetaire transformatoren en water, mineralen en koolstofdioxide vasthouden voor de accumulatie van biomassa.
AM: Welke toekomstplannen heb je voor het onderzoek?
OPD: Ik wil gedeeltelijke simulaties van de omstandigheden op Mars initiëren. Dit is nodig om de werking van de Minimal Unit of Terraforming te onderzoeken en te verbeteren, evenals de fysiologische respons van planten onder dergelijke omstandigheden. Met andere woorden, repetities.
Dit is een multidisciplinair en interinstitutioneel onderzoek, dus de deelname van ingenieurs, biologen en genetisch specialisten zal nodig zijn, evenals andere wetenschappelijke organisaties die geïnteresseerd zijn in het onderwerp. Ik moet zeggen dat dit slechts de eerste poging is; het is een theorie over wat er zou kunnen worden gedaan en die we zouden kunnen proberen op onze eigen planeet, bijvoorbeeld door te vechten tegen de agressieve woestijnuitbreiding, door terreinen te rehabiliteren en obstakels te creëren om de geleidelijke opmars te stoppen.
Oorspronkelijke bron: Astrobiology Magazine
Hier is een artikel over een soortgelijk project. Onthoud Biosphere 2?
