אשראי תמונה: נאס"א
באופן מקומי, לכדור הארץ יש את הקצוות המגורים שלו: אנטארקטיקה, מדבר סהרה, ים המלח, הר אטנה. באופן גלובלי, כוכב הלכת הכחול שלנו ממוקם באזור המגורים של מערכת השמש, או באזור "גולדילוקס", שם הטמפרטורה והלחץ מתאימים בדיוק לתמיכה במים נוזליים ובחיים. מעבר לגבולות מאזור גרבי הזהב הזה מקיף את שני שכנינו: כוכב הלכת החממה הנמלט, ונוס - שבמונחים של גלילי זהב הוא 'חם מדי' - והכוכב האדום הקפוא, מאדים, שהוא 'קר מדי'.
עם טמפרטורה עולמית ממוצעת של -55 צלזיוס, מאדים הוא כוכב לכת קר מאוד. המודלים הסטנדרטיים לחימום מאדים מעלים תחילה את הטמפרטורה הממוצעת הזו עם גזי חממה, ואז שותלים גידולים המותאמים קרים ומיקרובים פוטוסינתטיים. מודל טרורפורמטיבי זה כולל חידודים שונים כמו מראות מסלוליות ומפעלים כימיים ששופכים פחמימנים. בסופו של דבר בעזרת הביולוגיה, התיעוש והזמן, האטמוספירה הייתה מתחילה להתעבה (האווירה המרדית הנוכחית היא 99% יותר רזה מכדור הארץ). כדי לנסות את השטח של מאדים, תלוי בבחירתם וריכוזם של גזי החממה המשמשים, זה יכול לקחת עשרות שנים עד מאות שנים עד שאסטרונאוט עשוי להתחיל להרים מגן ראשונה ולנשום אוויר מרטי. הצעות כאלו יפתחו את המאמץ המודע הראשון בהנדסת פלנטה, ומטרתן לשנות את הסביבה הגלובלית לחיים פחות עוינים לחיים כפי שאנו מכירים אותה באופן ארצי.
גרסה אחרת לשינויים הגלובליים הללו היא גרסה מקומית המוכרת לאלה שטיילו בסהרה. מדי פעם החיים פורחים בתוך נווה מדבר. אסטרטגיה מקומית לשינוי מאדים, על פי הביולוג עומר פנסדו דיאז, מנהל פרויקט Mex-Areohab, ניתן להשוות בצורה הטובה ביותר להפיכת מאדים נווה מדבר בכל פעם. הגודל המינימלי של נווה המדבר משתרע לקוטר של כיסוי פלסטי בצורת כיפה, בדומה לחממה עם מחמם חלל. באופן זה, מיקרו-טרפורמציה היא האלטרנטיבה הקטנה יותר לכוכב לכת, שאחרת היא מערכת פתוחה שדולפת לחלל. דיאז מנוגד לאופן שבו פיזיקאי עשוי לשנות את מאדים בכלים תעשייתיים לשיטות החממה של ביולוג.
דיאז שוחח עם מגזין Astrobiology על המשמעות של זה לשפץ מחדש את מאדים באצטדיונים זעירים, עד שהם יגדלו לכדי נאות מדבר שופעים.
מגזין אסטרוביולוגיה (AM) : האם יהיה נכון להסיק שאתה חוקר את ההבדלים בין אסטרטגיה טרורפורמלית עולמית ומקומית?
עומר פנסדו דיאז (OPD): אני מצפה לשילוב הדגמים, ולא להתמקד בהבדלים ביניהם. טרורפורמציה גלובלית, או התחממות של כוכב לכת בגזי חממה סופר, היא אסטרטגיה או מודל שהגה מנקודת המבט של הפיזיקה; בעוד שהמודל שאני מציע נראה מנקודת מבט ביולוגית.
אני מדבר על דגם שנקרא microterraforming, שיהיה אפשרי עם כלי בשם ה- Minimal Unit of Terraforming (MUT). הרעיון של יחידה מינימלית של טרורפורמציה מוסבר כמערכת אקולוגית הפועלת כיחידה הבסיסית של הטבע. MUT כולל קבוצה של אורגניזמים חיים וסביבתם הפיזית והכימית בה הם חיים, אך הוחל על פיתוח קולוניזציה ותהליך שיפוץ ביולוגי במאדים.
תפיסתו של אמן כיצד מאדים בטראפורמציה, עם אוקיאנוס שמשתרע על רוב חצי הכדור הצפוני שלו, עשויה להראות ממסלול. מארס, כפי שעוצב על ידי טרור מעוצב על ידי מייקל קרול. בשנת 1991 שימשה תמונה זו על השער הקדמי של סוגיית הטבע "Making Mars Habitable".
מבחינה טכנית מדובר בחממה בצורת כיפה בלחץ שתכיל ותגן על מערכת אקולוגית פנים. מתחם זה לא היה מבודד מהסביבה; להפך, זה יהיה בקשר איתו ללא הרף, אך באופן מבוקר.
מה שחשוב הוא חילופי גז בין יחידות ה- MUT לבין הסביבה המאדים, כך שלמערכת האקולוגית עצמה יש תפקיד דרמטי. מטרת התהליך היא לייצר פוטוסינתזה. כאן עלינו לשקול צמחים כמכסים את פני השטח והמפעלים הכימיים המעבדים את האווירה.
AM: מהם היתרונות של עבודה מקומית, שימוש במודל של נווה מדבר במדבר? באנלוגיה ביולוגית ליחידה טרורפורמיסטית בסיסית, אתה מתכוון כמו איך לתאים ביולוגיים יש שיווי משקל פנימי, אך גם מחליפים ביניהם עם חיצונית השונה לכל המארח?
OPD: היתרונות שאני מוצא במודל זה הם שאנחנו יכולים ליזום תהליך טרורפורמציה מהיר יותר, אך בשלבים, זו הסיבה שהוא מתרחש במיקרו-טרור.
אך היתרון העיקרי והחשוב ביותר הוא שנוכל לגרום לחיי הצמח להתחיל להשתתף בתהליך זה בעזרת טכנולוגיה. החיים הם מידע והוא מעבד את המידע סביבו, מתחיל תהליך הסתגלות לתנאים הפנימיים של היחידה. כאן אנו גורסים כי לחיים יש פלסטיות וכי הם לא רק מסתגלים לתנאים הסובבים אותם, אלא גם הם מתאימים את הסביבה לנסיבות שלהם. בשפת הגנטיקה פירוש הדבר שיש אינטראקציה בין הגנוטיפ לסביבה ומייצרת התאמה של ביטויים פנוטיפיים לתנאים הדומיננטיים.
כעת, בסביבה קטנה כמו יחידה בקוטר של 15 או 20 יארד, נוכל לנו לסביבה הרבה יותר חמה מאשר מחוץ ליחידה.
AM: תאר כיצד ייראה יחידה.
OPD: כיפה שקופה עם סיבי פלסטיק ושכבה כפולה. הכיפה תיצור אפקט חממה בפנים שיעלה משמעותית את הטמפרטורה בשעות היום ותגן על פנים מפני טמפרטורות נמוכות בלילה. יתר על כן, הלחץ של האטמוספרה יהיה גבוה יותר בפנים של 60 עד 70 מיליבר. זה יספיק בכדי לאפשר תהליכים פוטוסינתטיים של הצמחים כמו גם מים נוזליים.
במונחים תרמודינמיים, אנו מדברים כעת על חוסר שיווי משקל. על מנת להפעיל מחדש את מאדים עלינו ליצור חוסר שיווי משקל תרמודינמי. היחידה תייצר את הדרוש תחילה, כמו שחרור קרקע מהפרשי טמפרטורה. תהליך כזה הוא יעד יחד עם הדרך לאסטרטגיה עולמית.
באופן קפדני, היחידות יהיו כמו מלכודות פחמן דו חמצני; הם ישחררו חמצן ויצרו ביומסה. לאחר מכן ישוחרר החמצן לאטמוספירה מדי פעם. מערכת שסתומים תשחרר גזים מבחוץ וברגע שהלחץ האטמוספרי הפנימי ירד עד 40 או 35 מיליבר, השסתומים ייסגרו אוטומטית. ואחרים היו נפתחים, ובאופן יניקה, גז היה נכנס ליחידה והלחץ האטמוספרי המקורי היה מפלס. מערכת זו תאפשר לא רק שחרור חמצן אלא גם שחרור של גזים אחרים.
AM: במודל נווה מדבר כזה, מדובר במערכת פתוחה, אך האם אין לה השפעה על התנאים האזוריים. במילים אחרות, האם הדליפה המקומית תיהיה מדוללת, ובמקרים אלה, כיצד שונה המיקרו-טרפורמציה מחממות הפעלה בלבד?
OPD: החממות - במקרה זה היחידה המינימלית של טרורפורמציה - נחשבות להתחיל שינוי הדרגתי במאדים. ההבדל תלוי בטווח הפעולה שלו, מכיוון שכאן מתחיל תהליך הפיכת המיקרו-טרור. חוץ מזה, זה תלוי איך מסתכלים על זה, כי בשיטה זו אנו מנסים לחזור על דפוס האבולוציה שפעם היה מוצלח על פני כדור הארץ, על מנת להפוך את האטמוספרה של הכוכב לשני וכדי לגרום למאדים להיכנס לשלב של חוסר שיווי משקל תרמודינמי. .
היתרון העיקרי הוא שאנחנו יכולים לשלוט בתהליך טרורפורמציה בקנה מידה מיקרו; אנו יכולים להפוך את מאדים למקום דומה לכדור הארץ מהר יותר ולגרום לו לתקשר עם הסביבה שמסביב בו זמנית. זה ההיבט החשוב ביותר בזה: להתקדם בתהליכים מהירים יותר. כפי שאמרתי קודם, הרעיון הוא לעקוב אחר אותה דפוס אבולוציה שהתפתח בכדור הארץ זמן קצר לאחר הופעת הפוטוסינתזה. היו שם צמחים יבשתיים ששופצו מחדש את כדור הארץ והביאו את פני השטח שלהם, ויצרו דיקסואיד פחמן מהשטח והפיצו אותו לאטמוספרה שהייתה באותה תקופה.
דרס. כריס מקי ורוברט זוברין הציגו מודל מעניין המציע ליישב שלוש מראות מסלוליות גדולות. המראות ישקפו את אור השמש לקוטב הדרומי של מאדים ויעלימו את שכבת הקרח היבש (שלג פחמן דו חמצני) בכדי להגדיל את אפקט החממה ואז להאיץ את התחממות כדור הארץ.
מראות כאלה יהיו בגודל של טקסס.
אני חושב שאם אותה תשתית המשמשת במראות האלה היו משמשות במקום לבניית כיפות ליחידה מינימלית של טרורפורמציה על פני המאדים, היינו מייצרים שיעורי גזים גבוהים יותר ומחמיצים את האווירה מהר יותר. בנוסף, חלק מהמשטח יתחמם בכל מקרה, מכיוון שהיחידות היו מחזיקות חום סולארי, ולא משקפות אותו מהשטח.
היעדר מים נוזליים למערכות האקולוגיות בתוך היחידות ניתנים לוויכוח; עם זאת, ניתן להשתמש בגרסה של הצעה של ד"ר אדם ברוקנר מאוניברסיטת וושינגטון. זה מורכב על ידי שימוש במעבה זייוליט (זרז מינרלי); לאחר מכן, מחלץ מים מלחות האוויר הנכנס. מים ישפכו פנימה מדי יום. שוב, אנו מפעילים כמה שלבים של מחזור הידרולוגי, נלכוד פחמן דו חמצני, משחררים גזים לאטמוספרה והופכים את פני השטח לאדמה פורייה יותר. אנו מבצעים טראפורפורמציה מואצת על חלק קטן מאוד ממאדים, אך אם נניח מאות מאותן יחידות, ההשפעות הגיזוזיות על פני השטח והאווירה יהיו בעלות השלכות פלנטאריות.
AM: כאשר ביופסיות סגורות פעלו על פני כדור הארץ כמו ביוספרה 2, נוצרו בעיות עם אובדן חמצן למשל בגלל שילוב עם סלע ליצירת קרבונטים. האם יש דוגמאות כיום למערכות גדולות, שמקיימות את עצמן על פני כדור הארץ?
OPD: מערכות בקנה מידה גדול ושמירה עצמית שנבנו על ידי בני אדם? אני לא מכיר שום דבר, אבל החיים עצמם הם מערכת שמקיימת את עצמה ומוציאה מהסביבה הסובבת את מה שהם צריכים כדי לעבוד.
זו הייתה הבעיה של ביו-ספירות סגורות, הם לא הצליחו ליצור מעגל משוב כפי שהוא קורה על כדור הארץ. יתר על כן, המערכת שאני מציע לא תיסגר; זה היה אינטראקציה עם סביבת מאדים במרווחים, על ידי שחרור חלק ממה שהיה מעובד על ידי פעולת הפוטוסינתזה תוך שילוב גזים חדשים. היחידה המינימלית של הטרור פורמינג לא תהיה מערכת סגורה.
אם ניקח בחשבון את 'תיאוריית הגאיה' של ג'יימס לאבלוק, נוכל לראות את כדור הארץ כמערכת רחבת היקף, שמקיימת את עצמה, מכיוון שהמחזורים הביוגוכימיים פעילים - מצב שלא קורה היום במאדים. חלק גדול מהחמצן שלו משולב עם פני השטח שלו, ומעניק לכוכב הלכת אופי מחומצן. במובן זה, בתוך היחידה המינימלית של טרורפורמציה, המחזורים הביוגיוכימיים יופעלו מחדש. כיפות אלה ישחררו בין השאר חמצן ופחמימות, כך שהשחרור יתחיל לזרום בהדרגה לאטמוספירה של כדור הארץ.
AM: השיטה המהירה ביותר המצוטטת לעתים קרובות לטרפורפורמציה עולמית היא להכניס פחמימנים פלואוריים לאווירה של מאדים. עם שינויים באחוזים קטנים, שינויים בטמפרטורה ולחץ גדולים עוקבים. זה נשען על אינטראקציה סולארית. האם מנגנון זה יהיה זמין בבועה סגורה, למשל אם אור אולטרה סגול אינו חודר לכיפות?
OPD: אנחנו מדברים על דרך חלופית מזה - לא להשתמש בפחמימנים ובגזי חממה אחרים. השיטה שאנו מציעים לוכדת פחמן דו חמצני לעלייה ביומסה, משחררת את אחסון החמצן והחום הפנימי, והכל כדי לייצר פליטה דו תחמוצתית בתוך היחידה. גזים אחרים שנלכדו באדמה היום ישוחררו לאטמוספירה של מאדים כדי לצפיפות בהדרגה. למעשה, החשיפה הישירה של מערכת אקולוגית לקרניים אולטרה-סגולות עשויה להועיל כנגד לכידת הפחמן הדו-חמצני, היווצרות ביומסה ויצירת גז אדמה. בדיוק, הכיפה מתפקדת להגן על מערכת אקולוגית מפני קרינה קרה ואולטרה סגולה, כמו גם לשמור על הלחץ הפנימי שלה.
כעת, הכיפה תהיה מלכודת חום חשובה ובידוד תרמי. בעזרת האנלוגיה של התא הקדום יותר, הכיפה דומה לממברנה ביולוגית המניעה את המערכת האקולוגית המקומית לחוסר שיווי משקל תרמודינמי. חוסר שוויון זה יאפשר לחיים להתפתח.
AM: האם ריכוזים מקומיים גבוהים של גזי חממה (כמו מתאן, פחמן דו חמצני או CFC) יהיו רעילים מקומיים לפני שישפיעו על השפעות כלל-עולמיות?
OPD: החיים יכולים להסתגל לתנאים רעילים עבורנו; ריכוז פחמן דו חמצני מוגבר יכול להועיל לצמחים ואף להגדיל את ייצורם, או כמו במתאן, ישנם כמה אורגניזמים מתנוגניים הדורשים גז זה לצורך קיוםם.
גזים כאלה מתאימים להעלאת הטמפרטורה העולמית; מצד שני, פחמן דו חמצני הוא הגז המתאים ביותר לחיי הצומח. המטרה היא לשחזר דפוסים אבולוציוניים המובילים להתאמה הדרגתית של אורגניזמים אלה לסביבה חדשה, והתאמת הסביבה לאורגניזם זה.
AM: בטורפורמציה גלובלית במאדים יש טווחי זמן שמשתנים בין מאה לתקופות ארוכות אפילו. האם ישנן דרכים להעריך אם המאמצים המקומיים עשויים להאיץ את רמת ההתחייבות, באמצעות מודל הנווה מדבר שאתה מציע?
OPD: זה יהיה תלוי ביעילות הפוטוסינתטית של הצמחים וביכולתם להתאים את עצמם לסביבה תוך התאמת הסביבה. עם זאת, אנו יכולים לשקול שתי הערכות: אחת מקומית ואחת גלובלית.
בצורה מפורשת יותר, ניתן למדוד תחילה את ההערכות הללו על כל יחידה מינימלית של טרורפורמיישן באמצעות היעילות הפוטוסינתטית שלה, מהירות החמצון, לכידת הפחמן הדו-חמצני וגלישה של פני הכיפה. קצב זה יהיה תלוי בשכיחות השמש ובאפקט החממה. ברמה הגלובלית, מהירות השיפוץ של הכוכב תלויה בכמה יחידות מינימליות שניתן להתקין בכל רחבי פני המאדים. כלומר, אם קיימות יחידות מינימליות יותר של טרורפורמציה, הטרנספורמציה של כדור הארץ תושלם מהר יותר.
ברצוני להבהיר משהו שנראה לי חשוב בשלב זה. ההישג העיקרי יהיה להפוך את מאדים לכוכב לכת ירוק לפני שבני האדם יוכלו לאכלס אותו כמו שאנחנו עושים על כדור הארץ כיום. זה יהיה יוצא דופן לראות כיצד חיי הצמח מגיבים, תחילה בתוך היחידה המינימלית של הטרור פורמינג ואז, כשמכונות אלה סיימו את המחזור שלהן והחיים מתגלים כפיצוץ לחיצוניות, לראות את הדמיון הבלתי ניתן לעצירה שיתרחשו, מאז החיים היה מגיב לסביבה והסביבה הייתה מגיבה לחיים.
וכך, אנו עשויים לצפות בעצים, כמו אורנים שעל כדור הארץ יש עץ גדול וישר. במאדים יתכן שיש לנו מין גמיש יותר, כזה חזק מספיק כדי להתנגד לטמפרטורות נמוכות ורוחות נושבות. כמכונות פוטוסינתטיות, האורנים ימלאו את תפקידם כשנאים פלנטריים, ישמרו מים, מינרלים ופחמן דו חמצני להצטברות ביומסה.
AM: אילו תוכניות עתידיות יש לך למחקר?
OPD: אני רוצה להתחיל הדמיות חלקיות של תנאי המאדים. זה נדרש כדי לחקור ולשפר את פעולתה של היחידה המינימלית של טרורפורמינג, כמו גם את התגובה הפיזיולוגית של צמחים בתנאים כאלה. במילים אחרות, חזרות.
מדובר בחקירה רב תחומית ובין-מוסדית, כך שתידרש השתתפותם של מהנדסים, ביולוגים ומומחים גנטיים כמו גם ארגונים מדעיים אחרים המעוניינים בנושא. אני חייב לומר שזה רק הניסיון הראשון; זוהי תיאוריה של מה ניתן לעשות וכזו שנוכל לנסות בכוכב הלכת שלנו, למשל, על ידי לחימה נגד התפשטות המדבר האגרסיבית, על ידי שיקום שטחים ויצירת מכשולים לעצור את התקדמותה ההדרגתית.
המקור המקורי: מגזין אסטרוביולוגיה
הנה מאמר על פרויקט דומה. זוכר את ביוספרה 2?
