Bildnachweis: NASA
Vor Ort hat die Erde ihre bewohnbaren Extreme: Antarktis, Sahara, Totes Meer, Ätna. Weltweit befindet sich unser blauer Planet in der bewohnbaren Zone des Sonnensystems oder in der Region „Goldlöckchen“, in der Temperatur und Druck genau richtig sind, um flüssiges Wasser und Leben zu unterstützen. Über die Grenzen dieser Goldlöckchen-Zone kreisen unsere beiden Nachbarn: der außer Kontrolle geratene Gewächshausplanet Venus - der in Goldlöckchen-Begriffen „zu heiß“ ist - und der kalte rote Planet Mars, der „zu kalt“ ist.
Mit einer durchschnittlichen globalen Temperatur von -55 ° C ist der Mars ein sehr kalter Planet. Die Standardmodelle zur Erwärmung des Mars erhöhen diese Durchschnittstemperatur zuerst mit Treibhausgasen und pflanzen dann kaltangepasste Pflanzen und photosynthetische Mikroben. Dieses Terraforming-Modell umfasst verschiedene Verfeinerungen wie Orbitalspiegel und chemische Fabriken, in denen Fluorkohlenwasserstoffe ausgeschüttet werden. Mit Hilfe von Biologie, Industrialisierung und Zeit würde die Atmosphäre schließlich dicker werden (die derzeitige Marsatmosphäre ist 99% dünner als die der Erde). Je nach Auswahl und Konzentration der verwendeten Treibhausgase kann es viele Jahrzehnte bis Jahrhunderte dauern, bis ein Astronaut ein Visier anhebt und zum ersten Mal Marsluft atmet. Solche Vorschläge würden die ersten bewussten Bemühungen um die Entwicklung von Planeten initiieren und darauf abzielen, die globale Umwelt in eine weniger lebensfeindliche zu verwandeln, wie wir sie terrestrisch kennen.
Eine andere Version dieser globalen Veränderungen ist eine lokale Version, die denjenigen bekannt ist, die die Sahara bereist haben. Gelegentlich blüht das Leben in einer Wüstenoase auf. Eine lokale Strategie zur Veränderung des Mars kann laut dem Biologen Omar Pensado Diaz, Direktor des Mex-Areohab-Projekts, am besten mit der Umgestaltung des Mars in eine Oase nach der anderen verglichen werden. Die Mindestgröße der Oase erstreckt sich bis zum Durchmesser einer kuppelförmigen Kunststoffabdeckung, ähnlich wie bei einem Gewächshaus mit Raumheizung. Auf diese Weise ist Mikroterraforming die kleinere Alternative für einen Planeten, bei dem es sich ansonsten um ein offenes System handelt, das in den Weltraum gelangt. Diaz kontrastiert die Art und Weise, wie ein Physiker den Mars mit industriellen Werkzeugen verändern könnte, mit den Treibhausmethoden eines Biologen.
Diaz sprach mit dem Astrobiology Magazine darüber, was es bedeuten könnte, den Mars mit winzigen Stadien umzubauen, bis sie zu üppigen Wüstenoasen werden.
Astrobiology Magazine (AM) : Wäre es richtig zu folgern, dass Sie die Unterschiede zwischen einer globalen und einer lokalen Terraforming-Strategie untersuchen?
Omar Pensado Diaz (OPD): Ich freue mich darauf, die Modelle zu integrieren und mich eher auf ihre Unterschiede zu konzentrieren. Globales Terraforming oder Erwärmung eines Planeten mit Super-Treibhausgasen ist eine Strategie oder ein Modell, das aus der Perspektive der Physik konzipiert wurde. während das Modell, das ich vorschlage, aus biologischer Sicht gesehen wird.
Ich spreche von einem Modell namens Microterraforming, das mit einem Tool namens Minimal Unit of Terraforming (MUT) möglich sein wird. Das Konzept einer minimalen Terraforming-Einheit wird als Ökosystem erklärt, das als grundlegende Einheit der Natur fungiert. Ein MUT umfasst eine Gruppe lebender Organismen und ihre physikalische und chemische Umgebung, in der sie leben, wird jedoch auf die Entwicklung eines biologischen Kolonisations- und Umbauprozesses auf dem Mars angewendet.
Die Vorstellung eines Künstlers, wie ein terraformierter Mars mit einem Ozean, der den größten Teil seiner nördlichen Hemisphäre überspannt, aus der Umlaufbahn aussehen könnte. Mars, wie von Michael Carroll terraformiert. 1991 wurde dieses Bild auf der Titelseite der Ausgabe „Making Mars Habitable“ von Nature verwendet.
Technisch gesehen handelt es sich um ein kuppelförmiges Gewächshaus unter Druck, das ein inneres Ökosystem enthalten und schützen würde. Dieser Komplex wäre nicht von der Umgebung isoliert; im Gegenteil, es wäre ständig in Kontakt damit, aber auf kontrollierte Weise.
Wichtig ist der Gasaustausch zwischen den MUT-Einheiten und der Marsumgebung, sodass das Ökosystem selbst eine dramatische Rolle spielt. Ziel dieses Prozesses ist es, eine Photosynthese zu erzeugen. Hier müssen wir Pflanzen als die Oberfläche bedeckend betrachten und chemische Fabriken, die die Atmosphäre verarbeiten.
AM: Was wären die Vorteile einer lokalen Arbeit mit Ihrem Modell einer Oase in der Wüste? Meinen Sie mit biologischer Analogie zu einer grundlegenden Terraforming-Einheit, wie biologische Zellen ein internes Gleichgewicht haben, aber auch mit einem externen austauschen, der sich für den gesamten Wirt unterscheidet?
OPD: Die Vorteile, die ich in diesem Modell finde, sind, dass wir einen Terraforming-Prozess schneller einleiten können, aber in Stufen, deshalb ist es Mikroterraforming.
Der größte und wichtigste Vorteil ist jedoch, dass wir mithilfe von Technologie das Pflanzenleben dazu bringen können, an diesem Prozess teilzunehmen. Das Leben ist Information und es verarbeitet die Informationen um es herum und beginnt einen Anpassungsprozess an die inneren Bedingungen der Einheit. Hier behaupten wir, dass das Leben plastisch ist und sich nicht nur an die Umgebungsbedingungen anpasst, sondern auch die Umwelt an seine eigenen Umstände anpasst. In der Sprache der Genetik bedeutet dies, dass es eine Wechselwirkung zwischen dem Genotyp und der Umwelt gibt, wodurch phänotypische Ausdrücke an die vorherrschenden Bedingungen angepasst werden.
In einer kleinen Umgebung wie einer Einheit mit einem Durchmesser von ungefähr 15 oder 20 Metern könnten wir jetzt eine viel wärmere Umgebung haben als außerhalb der Einheit.
AM: Beschreiben Sie, wie eine Einheit aussehen könnte.
OPD: Eine transparente, doppelschichtige Kuppel aus Kunststofffasern. Die Kuppel würde im Inneren einen Treibhauseffekt erzeugen, der die Temperatur tagsüber erheblich erhöhen und das Innere nachts vor niedrigen Temperaturen schützen würde. Darüber hinaus wäre der Atmosphärendruck im Inneren um 60 bis 70 Millibar höher. Dies würde ausreichen, um die Photosyntheseprozesse der Pflanzen sowie flüssiges Wasser zu ermöglichen.
In thermodynamischer Hinsicht sprechen wir jetzt von einem Mangel an Gleichgewicht. Um den Mars wieder zu aktivieren, müssen wir ein thermodynamisches Ungleichgewicht erzeugen. Die Einheit würde das erzeugen, was zuerst benötigt wird, wie z. B. Bodenentgasung aufgrund von Temperaturunterschieden. Ein solcher Prozess ist ein Ziel zusammen mit dem Weg zu einer globalen Strategie.
Genau genommen wären die Einheiten wie Kohlendioxid-Einfangfallen; Sie würden Sauerstoff freisetzen und Biomasse erzeugen. Der Sauerstoff würde dann periodisch an die Atmosphäre abgegeben. Ein Ventilsystem würde Gase nach außen abgeben und sobald der innere atmosphärische Druck auf 40 oder 35 Milibar gesunken war, würden die Ventile automatisch schließen. Andere würden sich öffnen und durch Absaugen würde Gas in das Gerät gelangen und der ursprüngliche atmosphärische Druck würde sich abflachen. Dieses System würde nicht nur die Freisetzung von Sauerstoff ermöglichen, sondern auch die Freisetzung anderer Gase.
AM: In einem solchen Oasenmodell handelt es sich um ein offenes System, das jedoch keine Auswirkungen auf die regionalen Bedingungen hätte. Mit anderen Worten, würde die lokale Leckage verdünnt werden, und wie unterscheidet sich in diesen Fällen die Mikroterraforming vom Betrieb von Gewächshäusern?
OPD: Es wird angenommen, dass die Gewächshäuser - in diesem Fall die Minimal Unit of Terraforming - eine allmähliche Veränderung auf dem Mars beginnen. Der Unterschied hängt von seinem Wirkungsbereich ab, da hier der Mikroterraforming-Prozess beginnt. Außerdem hängt es davon ab, wie Sie es betrachten, denn mit dieser Methode versuchen wir, das einst auf der Erde erfolgreiche Evolutionsmuster zu wiederholen, um die Atmosphäre des Planeten in eine andere zu verwandeln und den Mars in ein Stadium des thermodynamischen Ungleichgewichts zu bringen .
Der Hauptvorteil besteht darin, dass wir einen Terraforming-Prozess im Mikromaßstab steuern können. Wir können den Mars schneller in einen ähnlichen Ort wie die Erde verwandeln und ihn gleichzeitig mit der Umgebung interagieren lassen. Das ist der wichtigste Aspekt: schnellere Prozesse voranzutreiben. Wie ich bereits sagte, besteht die Idee darin, dem gleichen Evolutionsmuster zu folgen, das sich kurz nach dem Auftreten der Photosynthese auf der Erde entwickelt hat. Es gab Landpflanzen, die die Erde umgestalteten und terraformten, Kohlendioxid von der Oberfläche erzeugten und es an die damals existierende Atmosphäre verteilten.
Drs. Chris McKay und Robert Zubrin präsentierten ein interessantes Modell, das vorschlägt, drei große Orbitalspiegel zusammenzustellen. Die Spiegel würden das Sonnenlicht zum Südpol des Mars reflektieren und die Trockeneisschicht (Kohlendioxidschnee) sublimieren, um den Treibhauseffekt zu erhöhen und dann die globale Erwärmung des Planeten zu beschleunigen.
Solche Spiegel hätten die Größe von Texas.
Ich denke, wenn dieselbe Infrastruktur, die in diesen Spiegeln verwendet wird, stattdessen verwendet würde, um Kuppeln für eine minimale Terraforming-Einheit über der Marsoberfläche zu bauen, würden wir höhere Entgasungsraten erzeugen und die Atmosphäre schneller mit Sauerstoff versorgen. Außerdem würde ein Teil der Oberfläche ohnehin erwärmt, da die Einheiten Sonnenwärme halten und nicht von der Oberfläche reflektieren würden.
Der Mangel an flüssigem Wasser für die Ökosysteme innerhalb der Einheiten ist umstritten; Es kann jedoch eine Variante eines Vorschlags von Dr. Adam Bruckner von der University of Washington verwendet werden. Es besteht aus der Verwendung eines Zeolithkondensators (Mineralkatalysator); dann Wasser aus der Feuchtigkeit der einströmenden Luft extrahieren. Täglich floss Wasser hinein. Wieder würden wir einige Phasen eines Wasserkreislaufs aktivieren, Kohlendioxid einfangen, Gase an die Atmosphäre abgeben und die Oberfläche fruchtbarer machen. Wir würden eine beschleunigte Terraforming auf einem sehr kleinen Teil des Mars durchführen, aber wenn wir Hunderte dieser Einheiten einsetzen, werden die Entgasungseffekte über der Oberfläche und der Atmosphäre planetare Auswirkungen haben.
AM: Wenn geschlossene Biosphären wie Biosphäre 2 auf der Erde betrieben wurden, traten Probleme mit beispielsweise Sauerstoffverlust aufgrund der Kombination mit Gestein unter Bildung von Carbonaten auf. Gibt es heute Beispiele für große, sich selbst tragende Systeme auf der Erde?
OPD: Große, autarke Systeme, die von Menschen gebaut wurden? Ich kenne keine, aber das Leben selbst ist ein sich selbst tragendes System, das der Umgebung das entnimmt, was es zum Arbeiten benötigt.
Das war das Problem geschlossener Biosphären, sie konnten keinen Rückkopplungskreis bilden, wie es auf der Erde geschieht. Außerdem würde das von mir vorgeschlagene System nicht geschlossen werden. es würde in Intervallen mit der Umgebung des Mars interagieren, indem es einen Teil dessen freisetzt, was durch die Wirkung der Photosynthese unter Einbeziehung neuer Gase verarbeitet worden wäre. Die minimale Terraforming-Einheit ist kein geschlossenes System.
Wenn wir James Lovelocks „Gaia-Theorie“ berücksichtigen, könnten wir die Erde als ein großes, sich selbst tragendes System betrachten, da die biogeochemischen Zyklen aktiv sind - eine Situation, die heute auf dem Mars nicht vorkommt. Ein großer Teil seines Sauerstoffs wird mit seiner Oberfläche kombiniert, was dem Planeten einen oxidierten Charakter verleiht. In diesem Sinne würden innerhalb der Minimal Unit of Terraforming die biogeochemischen Zyklen reaktiviert. Diese Kuppeln würden unter anderem Sauerstoff und Karbonate freisetzen, sodass die Freisetzung allmählich in die Atmosphäre des Planeten fließen würde.
AM: Die schnellste Methode, die häufig für das globale Terraforming genannt wird, ist die Einführung von Fluorkohlenwasserstoffen in die Marsatmosphäre. Mit kleinen prozentualen Änderungen folgen große Temperatur- und Druckänderungen. Dies beruht auf solaren Wechselwirkungen. Hätte eine geschlossene Blase diesen Mechanismus zur Verfügung, wenn beispielsweise ultraviolettes Licht nicht in die Kuppeln eindringt?
OPD: Wir sprechen über einen alternativen Weg - keine Fluorkohlenwasserstoffe und andere Treibhausgase zu verwenden. Die von uns vorgeschlagene Methode fängt Kohlendioxid zur Erhöhung der Biomasse ein, setzt Sauerstoff und innere Wärmespeicherung frei, um eine Kohlendioxidentgasung innerhalb der Einheit zu erzeugen. Andere heute im Boden eingeschlossene Gase würden in die Marsatmosphäre freigesetzt, um sie allmählich zu verdichten. Tatsächlich wäre die direkte Exposition eines Ökosystems gegenüber ultravioletten Strahlen für die Abscheidung von Kohlendioxid, die Bildung von Biomasse und die Erzeugung von Erdgas kontraproduktiv. Die Kuppel schützt ein Ökosystem vor Kälte und ultravioletter Strahlung und hält seinen Innendruck aufrecht.
Jetzt wäre die Kuppel eine wichtige Wärmefalle und ein Wärmeisolator. In Anlehnung an die frühere Zellanalogie ist die Kuppel wie eine biologische Membran, die das lokale Ökosystem in ein thermodynamisches Ungleichgewicht treibt. Dieses Ungleichgewicht würde die Entwicklung des Lebens ermöglichen.
AM: Wären hohe lokale Konzentrationen von Treibhausgasen (wie Methan, Kohlendioxid oder FCKW) lokal toxisch, bevor sie weltweit Auswirkungen haben?
OPD: Das Leben kann sich an Bedingungen anpassen, die für uns giftig sind. Eine erhöhte Kohlendioxidkonzentration kann für Pflanzen von Vorteil sein und sogar ihre Produktion steigern, oder wie bei Methan gibt es einige methanogene Organismen, die dieses Gas für ihren Lebensunterhalt benötigen.
Solche Gase sind geeignet, um die globale Temperatur zu erhöhen; Auf der anderen Seite ist Kohlendioxid das am besten geeignete Gas für das Pflanzenleben. Ziel ist es, evolutionäre Muster zu reproduzieren, die zu einer allmählichen Anpassung dieser Organismen an eine neue Umgebung und zur Anpassung der Umgebung an diese Organismen führen.
AM: Globales Terraforming auf dem Mars hat Zeitbereiche, die zwischen einem Jahrhundert und sogar langen Zeiten variieren. Gibt es Möglichkeiten, anhand des von Ihnen vorgeschlagenen Oasenmodells abzuschätzen, ob lokale Anstrengungen die Bewohnbarkeit beschleunigen könnten?
OPD: Dies hängt von der Photosyntheseeffizienz der Pflanzen und ihrer Fähigkeit ab, sich an die Umwelt anzupassen und gleichzeitig die Umwelt anzupassen. Wir können jedoch zwei Bewertungen berücksichtigen: eine lokale und eine globale.
Genauer gesagt können diese Bewertungen zunächst an jeder minimalen Terraforming-Einheit anhand ihrer Photosyntheseeffizienz, Sauerstoffanreicherungsgeschwindigkeit, Kohlendioxidabscheidung und Entgasung der Kuppeloberfläche gemessen werden. Diese Rate würde von der Sonneneinstrahlung und dem Treibhauseffekt abhängen. Auf globaler Ebene würde die Geschwindigkeit des Umbaus des Planeten davon abhängen, wie viele Minimaleinheiten auf der gesamten Marsoberfläche installiert werden könnten. Das heißt, wenn es mehr minimale Terraforming-Einheiten gibt, wäre die Transformation des Planeten schneller abgeschlossen.
Ich möchte etwas klarstellen, das ich an dieser Stelle für wichtig halte. Die größte Errungenschaft wäre, den Mars in einen grünen Planeten zu verwandeln, bevor die Menschen ihn so bewohnen könnten, wie wir es heute auf der Erde tun. Es wäre außergewöhnlich zu sehen, wie das Pflanzenleben zuerst innerhalb der Minimal Unit of Terraforming reagiert und dann, wenn diese Maschinen ihren Zyklus beendet haben und das Leben als Explosion nach außen erscheint, die unaufhaltsame Speziation zu sehen, die seit dem Leben stattfinden würde würde auf die Umwelt reagieren und die Umwelt würde auf das Leben reagieren.
Und so können wir Bäume beobachten, wie Kiefern, die auf der Erde ein großes und gerades Holz haben. Auf dem Mars haben wir möglicherweise eine geschmeidigere Art, die stark genug ist, um niedrigen Temperaturen und wehenden Winden zu widerstehen. Als Photosynthesemaschinen würden die Kiefern ihre Rolle als Planetentransformatoren erfüllen und Wasser, Mineralien und Kohlendioxid für die Anreicherung von Biomasse speichern.
AM: Welche Zukunftspläne haben Sie für die Forschung?
OPD: Ich möchte Teilsimulationen der Marsbedingungen initiieren. Dies ist erforderlich, um den Betrieb der Minimal Unit of Terraforming sowie die physiologische Reaktion von Pflanzen unter solchen Bedingungen zu untersuchen und zu verbessern. Mit anderen Worten, Proben.
Dies ist eine multidisziplinäre und interinstitutionelle Untersuchung, daher müssen Ingenieure, Biologen und genetische Spezialisten sowie andere an dem Thema interessierte wissenschaftliche Organisationen teilnehmen. Ich muss sagen, dass dies nur der erste Versuch ist; Es ist eine Theorie darüber, was getan werden könnte und eine, die wir auf unserem eigenen Planeten versuchen könnten, indem wir beispielsweise gegen die aggressive Ausbreitung der Wüste kämpfen, das Gelände sanieren und Hindernisse schaffen, um ihren allmählichen Fortschritt zu stoppen.
Originalquelle: Astrobiology Magazine
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