حقوق الصورة: ناسا
محليًا ، للأرض حدودها القصوى الصالحة للسكن: أنتاركتيكا ، الصحراء الكبرى ، البحر الميت ، جبل إتنا. على مستوى العالم ، يقع كوكبنا الأزرق في المنطقة الصالحة للسكن في النظام الشمسي ، أو منطقة "Goldilocks" حيث تكون درجة الحرارة والضغط مناسبة تمامًا لدعم الماء السائل والحياة. عبر الحدود من منطقة المعتدل ، يدور جيراننا: كوكب الدفيئة الهارب ، فينوس - والذي من حيث المصوغات "حار جدًا" - والكوكب الأحمر شديد البرودة ، المريخ ، الذي "بارد جدًا".
مع متوسط درجة حرارة عالمية تبلغ -55 درجة مئوية ، يعد كوكب المريخ كوكبًا باردًا جدًا. النماذج النموذجية لتسخين المريخ ترفع متوسط درجة الحرارة هذه بغازات الدفيئة أولاً ، ثم تزرع المحاصيل المعدلة على البارد والميكروبات الاصطناعية. يتضمن نموذج التضاريس هذا العديد من التحسينات مثل المرايا المدارية والمصانع الكيميائية التي تصب الفلوروكربونات. في نهاية المطاف ، بمساعدة علم الأحياء والتصنيع والوقت ، سيبدأ الغلاف الجوي في التكاثف (الغلاف الجوي الحالي للمريخ أرق بنسبة 99٪ من الغلاف الجوي للأرض). يمكن أن يستغرق تغيير كوكب المريخ ، اعتمادًا على اختيار وتركيز غازات الدفيئة المستخدمة ، عدة عقود إلى قرون قبل أن يبدأ رائد الفضاء في رفع حاجب التنفس ، وللمرة الأولى ، يتنفس هواء المريخ. مثل هذه المقترحات ستبدأ أول جهد واعي في هندسة الكواكب ، وتهدف إلى تغيير البيئة العالمية إلى بيئة أقل عداءً للحياة كما نعرفها على الأرض.
نسخة أخرى لهذه التغييرات العالمية هي نسخة محلية مألوفة لأولئك الذين قاموا برحلة الصحراء. في بعض الأحيان تزدهر الحياة في واحة صحراوية. يمكن مقارنة الاستراتيجية المحلية لتغيير المريخ ، وفقًا لعالم الأحياء عمر بنسادو دياز ، مدير مشروع Mex-Areohab ، بتحويل واحة المريخ الواحدة في كل مرة. يمتد الحد الأدنى لحجم الواحة إلى قطر غطاء بلاستيكي على شكل قبة ، يشبه إلى حد كبير الدفيئة مع سخان الفضاء. وبهذه الطريقة ، فإن microterraforming هو البديل الأصغر لكوكب آخر ، وهو نظام مفتوح يتسرب إلى الفضاء. يقارن دياز الطريقة التي قد يغير بها الفيزيائي المريخ بالأدوات الصناعية إلى أساليب الدفيئة لعلم الأحياء.
تحدث دياز مع مجلة علم الأحياء الفلكية حول ما قد يعنيه إعادة تشكيل المريخ بالملاعب الصغيرة ، حتى تنمو لتصبح واحات صحراوية خضراء.
مجلة علم الأحياء الفلكي (AM) : هل يصح الاستنتاج بأنك تدرس الاختلافات بين استراتيجية عالمية ومحلية للإصلاح؟
عمر بنسادو دياز (OPD): إنني أتطلع إلى دمج النماذج ، بدلاً من التركيز على اختلافاتهم. إن التضاريس العالمية ، أو تسخين كوكب بغازات الدفيئة الفائقة ، هي استراتيجية أو نموذج تم تصميمه من منظور الفيزياء ؛ بينما النموذج الذي أقترحه يُرى من وجهة نظر بيولوجية.
أنا أتحدث عن نموذج يسمى microterraforming ، والذي سيكون ممكنًا باستخدام أداة تسمى Minimal Unit of Terraforming (MUT). يتم شرح مفهوم الوحدة الصغرى من Terraforming كنظام بيئي يعمل كوحدة أساسية للطبيعة. يتكون MUT من مجموعة من الكائنات الحية وبيئتها الفيزيائية والكيميائية حيث يعيشون ، ولكن يتم تطبيقها على تطوير الاستعمار البيولوجي وعملية إعادة البناء على المريخ.
تصور الفنان لكيفية ظهور كوكب المريخ ، مع المحيط الذي يمتد على معظم نصف الكرة الشمالي ، من المدار ، المريخ ، كما طوره مايكل كارول. في عام 1991 ، تم استخدام هذه الصورة على الغلاف الأمامي لمسألة "جعل المريخ قابلاً للحياة" الطبيعة.
من الناحية الفنية ، فهي دفيئة مضغوطة على شكل قبة تحتوي على وحماية النظام البيئي الداخلي. لن يتم عزل هذا المجمع عن المناطق المحيطة ؛ على العكس من ذلك ، سيكون على اتصال دائم به ، ولكن بطريقة خاضعة للرقابة.
المهم هو تبادل الغازات بين وحدات MUT وبيئة المريخ ، لذا فإن النظام البيئي نفسه له دور مثير. الهدف من هذه العملية هو توليد التمثيل الضوئي. هنا يجب أن نعتبر النباتات تغطي السطح والمصانع الكيميائية التي تعالج الغلاف الجوي.
صباحا: ما هي مزايا العمل محليًا ، باستخدام نموذج واحة في الصحراء؟ عن طريق القياس البيولوجي لوحدة أساسية للتشكيل ، هل تقصد مثل كيف يكون للخلايا البيولوجية توازن داخلي ، ولكن أيضًا التبادل مع توازن خارجي يختلف عن المضيف بأكمله؟
OPD: المزايا التي أجدها في هذا النموذج هي أنه يمكننا الشروع في عملية التضخيم بشكل أسرع ، ولكن على مراحل ، وهذا هو السبب في أنها تقوم بالتصغير الدقيق.
ولكن الميزة الرئيسية والأكثر أهمية هي أنه يمكننا أن نجعل الحياة النباتية تبدأ في المشاركة في هذه العملية بمساعدة التكنولوجيا. الحياة عبارة عن معلومات وتعالج المعلومات حولها ، وتبدأ عملية التكيف مع الظروف الداخلية للوحدة. هنا نؤكد أن الحياة لها مرونة وأنها لا تتكيف فقط مع الظروف المحيطة بها ، ولكنها أيضًا تكيف البيئة مع ظروفها الخاصة. في لغة علم الوراثة ، هذا يعني أن هناك تفاعلًا بين النمط الجيني والبيئة ، مما ينتج عنه تكييف التعبيرات المظهرية مع الظروف السائدة.
الآن ، في بيئة صغيرة مثل وحدة يبلغ قطرها حوالي 15 أو 20 ياردة ، يمكن أن يكون لدينا بيئة أكثر دفئًا من خارج الوحدة.
صباحا: صف ما قد تبدو عليه الوحدة.
OPD: قبة شفافة من الألياف البلاستيكية مزدوجة الطبقات. ستولد القبة تأثير دفيئة في الداخل من شأنه أن يرفع درجة الحرارة بشكل كبير خلال النهار ويحمي الداخل من درجات الحرارة المنخفضة في الليل. علاوة على ذلك ، سيكون ضغط الغلاف الجوي أعلى من الداخل بمقدار 60 إلى 70 مليبار. سيكون ذلك كافيًا للسماح بعمليات التركيب الضوئي للنباتات بالإضافة إلى الماء السائل.
من ناحية الديناميكا الحرارية ، نتحدث الآن عن نقص التوازن. من أجل إعادة تنشيط المريخ ، نحتاج إلى إنشاء اختلال ديناميكي حراري. ستنتج الوحدة ما هو مطلوب أولاً ، مثل التفريغ الأرضي من اختلافات درجات الحرارة. مثل هذه العملية هدف جنبا إلى جنب مع الطريق إلى استراتيجية عالمية.
بالمعنى الدقيق للكلمة ، ستكون الوحدات مثل مصائد احتجاز ثاني أكسيد الكربون. سيطلقون الأكسجين ويولدون الكتلة الحيوية. ثم يتم إطلاق الأكسجين إلى الغلاف الجوي بشكل دوري. سيطلق نظام الصمامات الغازات إلى الخارج وبمجرد انخفاض الضغط الجوي الداخلي إلى 40 أو 35 مليبارًا ، ستغلق الصمامات تلقائيًا. وآخرون سيفتحون ، وبالشفط ، يدخل الغاز إلى الوحدة وسيستقر الضغط الجوي الأصلي. هذا النظام لن يسمح فقط بإطلاق الأكسجين ولكن أيضًا إطلاق الغازات الأخرى.
صباحا: في نموذج الواحة هذا ، إنه نظام مفتوح ، ولكن لن يكون له تأثير على الظروف الإقليمية. وبعبارة أخرى ، هل سيضعف التسرب المحلي ، وفي هذه الحالات ، كيف يختلف التحويل الدقيق عن تشغيل الصوبات الزراعية فقط؟
OPD: يُعتقد أن الدفيئات - في هذه الحالة الوحدة الدنيا للتشكيلات الأرضية - تبدأ في تغيير تدريجي على المريخ. يعتمد الاختلاف على نطاق عملها ، حيث تبدأ هنا عملية التشكيل الدقيق. إلى جانب ذلك ، يعتمد الأمر على كيفية النظر إليه ، لأننا بهذه الطريقة نحاول تكرار نمط التطور الذي كان ناجحًا على الأرض من أجل تحويل الغلاف الجوي للكوكب إلى آخر ولجعل المريخ يدخل في مرحلة من اختلال التوازن الديناميكي الحراري .
الميزة الرئيسية هي أنه يمكننا التحكم في عملية الترقيع على نطاق صغير. يمكننا تحويل كوكب المريخ إلى مكان مشابه للأرض بشكل أسرع وجعله يتفاعل مع البيئة المحيطة في نفس الوقت. هذا هو أهم جانب منه: المضي قدما في العمليات بشكل أسرع. كما قلت من قبل ، الفكرة هي اتباع نفس نمط التطور الذي تطور على الأرض بعد وقت قصير من ظهور عملية التمثيل الضوئي. كانت هناك نباتات أرضية أعادت تشكيل الأرض وحطمت الأرض وتولدت ثنائي أكسيد الكربون من السطح وتوزيعه على الغلاف الجوي الذي كان موجودًا في ذلك الوقت.
د. قدم كريس ماكاي وروبرت زوبرين نموذجًا مثيرًا للاهتمام يقترح الجمع بين ثلاث مرايا مدارية كبيرة. ستعكس المرايا ضوء الشمس إلى القطب الجنوبي للمريخ وتسامي طبقة الجليد الجاف (ثلج ثاني أكسيد الكربون) من أجل زيادة تأثير الاحتباس الحراري ومن ثم تسريع الاحترار العالمي للكوكب.
ستكون مثل هذه المرايا بحجم ولاية تكساس.
أعتقد أنه إذا تم استخدام نفس البنية التحتية المستخدمة في هذه المرايا بدلاً من ذلك لبناء القباب لوحدة الحد الأدنى من التسليح على سطح المريخ ، فإننا سنولد معدلات تفريغ أعلى وأكسجين الغلاف الجوي بشكل أسرع. بالإضافة إلى ذلك ، سيتم تسخين جزء من السطح على أي حال ، لأن الوحدات ستحمل الحرارة الشمسية ، ولا تعكسها من السطح.
نقص المياه السائلة للأنظمة البيئية داخل الوحدات أمر قابل للنقاش ؛ ومع ذلك ، يمكن استخدام مجموعة متنوعة من مقترح للدكتور آدم بروكنر من جامعة واشنطن. وهو يتألف من استخدام مكثف زيوليت (محفز معدني) ؛ ثم استخراج الماء من رطوبة الهواء الداخل. يصب الماء في الداخل يوميًا. مرة أخرى ، سنقوم بتنشيط بعض مراحل الدورة الهيدرولوجية ، والتقاط ثاني أكسيد الكربون ، وإطلاق الغازات في الغلاف الجوي ، وجعل السطح أرضًا أكثر خصوبة. سنقوم بعمل تسريع للأرض على جزء صغير جدًا من المريخ ، ولكن إذا وضعنا المئات من هذه الوحدات ، فإن تأثيرات التفريغ على السطح والجو ستكون لها تداعيات كوكبية.
صباحا: عندما تم تشغيل الغلاف الحيوي المغلق على الأرض مثل المحيط الحيوي 2 ، نشأت مشاكل مع - على سبيل المثال - فقدان الأكسجين بسبب الجمع مع الصخور لتكوين الكربونات. هل هناك أمثلة اليوم على أنظمة واسعة النطاق ذاتية الاكتفاء على الأرض؟
OPD: نظم واسعة النطاق ، مكتفية ذاتيا من قبل البشر؟ لا أعرف أي شيء ، لكن الحياة نفسها هي نظام قائم بذاته يأخذ من البيئة المحيطة ما يحتاجه للعمل.
كانت هذه مشكلة الغلاف الحيوي المغلق ، ولم يتمكنوا من إنشاء دائرة تغذية مرتدة كما يحدث على الأرض. علاوة على ذلك ، لن يتم إغلاق النظام الذي أقترحه. سوف تتفاعل مع بيئة المريخ على فترات ، عن طريق تحرير جزء مما كان يمكن معالجته بفعل عملية التمثيل الضوئي أثناء دمج غازات جديدة. لن تكون وحدة الحد الأدنى من Terraforming نظامًا مغلقًا.
إذا أخذنا في الاعتبار "نظرية Gaia" لجيمس لوفلوك ، فيمكننا اعتبار الأرض كنظام واسع النطاق ومستدام ذاتيًا ، لأن الدورات البيوجيوكيميائية نشطة - وهو وضع لا يحدث اليوم على كوكب المريخ. يتم دمج جزء كبير من الأكسجين مع سطحه ، مما يمنح الكوكب شخصية مؤكسدة. بهذا المعنى ، سيتم إعادة تنشيط الدورات البيوجيوكيميائية داخل الوحدة الدنيا من Terraforming. ستحرر هذه القباب الأكسجين والكربونات ، من بين أمور أخرى ، لذلك سيبدأ الإطلاق في التدفق تدريجيًا إلى الغلاف الجوي للكوكب.
صباحا: الطريقة الأسرع التي يُستشهد بها غالبًا للتحرير العالمي هي إدخال الفلوروكربونات في الغلاف الجوي للمريخ. مع تغيرات النسبة المئوية الصغيرة ، يتبع ذلك تغيرات كبيرة في درجة الحرارة والضغط. هذا يعتمد على التفاعل الشمسي. هل ستوفر هذه الفقاعة المغلقة هذه الآلية ، على سبيل المثال إذا لم يخترق الضوء فوق البنفسجي القباب؟
OPD: نحن نتحدث عن طريقة بديلة من ذلك - عدم استخدام مركبات الكربون الفلورية وغازات الدفيئة الأخرى. الطريقة التي نقترحها تلتقط ثاني أكسيد الكربون لزيادة الكتلة الحيوية ، وتحرر الأكسجين وتخزين الحرارة الداخلية ، وكل ذلك لتوليد غاز ثاني أكسيد الكربون داخل الوحدة. سيتم إطلاق غازات أخرى عالقة في الأرض اليوم إلى الغلاف الجوي للمريخ لتكثيفه تدريجياً. في الواقع ، فإن التعرض المباشر لنظام بيئي للأشعة فوق البنفسجية سيكون له نتائج عكسية على احتجاز ثاني أكسيد الكربون وتكوين الكتلة الحيوية وتوليد الغاز الأرضي. على وجه التحديد ، تعمل القبة على حماية النظام البيئي من البرد والأشعة فوق البنفسجية ، وكذلك الحفاظ على ضغطها الداخلي.
الآن ، ستكون القبة فخًا حراريًا مهمًا وعازلًا حراريًا. من خلال إجراء مقارنة الخلايا السابقة ، فإن القبة تشبه غشاءًا بيولوجيًا يدفع النظام البيئي المحلي إلى اختلال التوازن الديناميكي الحراري. هذا الاختلال سيسمح بتطور الحياة.
صباحا: هل تكون التركيزات المحلية العالية لغازات الدفيئة (مثل الميثان أو ثاني أكسيد الكربون أو مركبات الكربون الكلورية فلورية) سامة محليًا قبل أن يكون لها أي آثار على مستوى العالم؟
OPD: يمكن للحياة أن تتكيف مع الظروف السامة بالنسبة لنا ؛ يمكن أن يكون التركيز المرتفع لثاني أكسيد الكربون مفيدًا للنباتات ، وحتى زيادة إنتاجها ، أو ، كما هو الحال مع الميثان ، هناك بعض الكائنات الميثانوجينية التي تتطلب هذا الغاز لمعيشتهم.
هذه الغازات مناسبة لرفع درجة الحرارة العالمية. من ناحية أخرى ، ثاني أكسيد الكربون هو الغاز الأنسب لحياة النبات. الهدف هو إعادة إنتاج أنماط تطورية تؤدي إلى تكيف تدريجي لهذه الكائنات الحية مع بيئة جديدة ، وتكييف البيئة مع هذه الكائنات الحية.
صباحا: يمتد التضاريس العالمية على كوكب المريخ من نطاقات زمنية تتراوح بين قرن وأوقات طويلة. هل هناك طرق لتقدير ما إذا كانت الجهود المحلية قد تسرع من قابلية السكن ، باستخدام نموذج الواحة الذي تقترحه؟
OPD: سيعتمد ذلك على كفاءة التركيب الضوئي للنباتات وقدرتها على التكيف مع البيئة أثناء التكيف مع البيئة. ومع ذلك ، يمكننا النظر في تقييمين: أحدهما محلي والآخر عالمي.
بطريقة أكثر وضوحا ، يمكن قياس هذه التقييمات أولا على كل وحدة الحد الأدنى للتشكيل من خلال كفاءتها في التمثيل الضوئي ، وسرعة الأكسجين ، والتقاط ثاني أكسيد الكربون وإزالة سطح القبة. سيعتمد هذا المعدل على معدل حدوث الطاقة الشمسية وتأثير الدفيئة. على المستوى العالمي ، تعتمد سرعة إعادة عرض الكوكب على عدد الوحدات الصغيرة التي يمكن تثبيتها في جميع أنحاء سطح المريخ. هذا يعني أنه إذا كان هناك المزيد من وحدات Minimal Terraforming ، فسيتم استكمال تحول الكوكب بشكل أسرع.
أود أن أوضح شيئًا أعتقد أنه مهم في هذه المرحلة. سيكون الإنجاز الرئيسي هو تحويل كوكب المريخ إلى كوكب أخضر قبل أن يسكنه البشر بالطريقة التي نعيشها على الأرض اليوم. سيكون من غير العادي أن نرى كيف تستجيب الحياة النباتية ، أولاً داخل وحدة الحد الأدنى من Terraforming ، وبعد ذلك ، عندما أنهت تلك الآلات دورتها وظهرت الحياة على أنها انفجار إلى الخارج ، لرؤية الانقسام الذي لا يمكن إيقافه الذي سيحدث ، منذ الحياة ستستجيب للبيئة وستستجيب البيئة للحياة.
وهكذا ، قد نشاهد الأشجار ، مثل أشجار الصنوبر التي تحتوي على خشب كبير ومستقيم على الأرض. على كوكب المريخ ، قد يكون لدينا أنواع أكثر مرونة ، واحدة قوية بما يكفي لمقاومة درجات الحرارة المنخفضة وهبوب الرياح. وباعتبارها آلات التمثيل الضوئي ، فإن أشجار الصنوبر ستؤدي دورها كمحولات كوكبية ، وتحافظ على المياه والمعادن وثاني أكسيد الكربون لتراكم الكتلة الحيوية.
صباحا: ما الخطط المستقبلية لديك للبحث؟
OPD: أريد أن أبدأ محاكاة جزئية للظروف المريخية. هذا مطلوب لاستقصاء وتحسين تشغيل وحدة الحد الأدنى من Terraforming ، وكذلك الاستجابة الفسيولوجية للنباتات في مثل هذه الظروف. وبعبارة أخرى ، البروفات.
هذا تحقيق متعدد التخصصات وبين المؤسسات ، لذلك ستكون مشاركة المهندسين وعلماء الأحياء والأخصائيين الوراثيين ضرورية بالإضافة إلى المنظمات العلمية الأخرى المهتمة بالموضوع. يجب أن أقول أن هذه هي المحاولة الأولى فقط. إنها نظرية لما يمكن فعله ونظرية يمكننا تجربتها على كوكبنا ، على سبيل المثال ، من خلال مكافحة انتشار الصحراء العدواني ، من خلال إعادة تأهيل الأراضي وخلق عقبات لوقف تقدمها التدريجي.
المصدر الأصلي: مجلة علم الأحياء الفلكي
إليك مقال عن مشروع مماثل. تذكر المحيط الحيوي 2؟
