Bildnachweis: NASA
Lokal hat die Erde ihre bewohnbaren Extreme: die Antarktis, die Wüste Sahara, das Tote Meer, den Ätna. Weltweit befindet sich unser blauer Planet in der bewohnbaren Zone des Sonnensystems oder der „Goldlöckchen“-Region, in der Temperatur und Druck genau richtig sind, um flüssiges Wasser und Leben zu unterstützen. Jenseits der Grenzen dieser Goldlöckchen-Zone umkreisen 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 globalen Durchschnittstemperatur von -55 °C ist der Mars ein sehr kalter Planet. Die Standardmodelle für die Erwärmung des Mars erhöhen diese Durchschnittstemperatur zuerst mit Treibhausgasen, pflanzen dann kälteangepasste Pflanzen und photosynthetische Mikroben an. Dieses Terraforming-Modell umfasst verschiedene Verfeinerungen wie Orbitalspiegel und chemische Fabriken, die Fluorkohlenwasserstoffe ausgießen. Mit Hilfe von Biologie, Industrialisierung und Zeit würde die Atmosphäre schließlich dicker werden (die derzeitige Marsatmosphäre ist 99% dünner als die der Erde). Die Terraformierung des Mars kann je nach Wahl und Konzentration der verwendeten Treibhausgase viele Jahrzehnte bis Jahrhunderte dauern, bis ein Astronaut beginnt, ein Visier zu heben und zum ersten Mal Marsluft einzuatmen. Solche Vorschläge würden die ersten bewussten Bemühungen um planetares Engineering in Gang setzen und darauf abzielen, die globale Umwelt in eine weniger lebensfeindliche Umgebung zu verwandeln, wie wir sie auf der Erde kennen.
Eine andere Version dieser globalen Veränderungen ist eine lokale Version, die denen bekannt ist, die die Sahara bereist haben. Gelegentlich erblüht das Leben zu einer Wüstenoase. Eine lokale Strategie zur Veränderung des Mars, so der Biologe Omar Pensado Diaz, Direktor des Mex-Areohab-Projekts, lässt sich am besten damit vergleichen, den Mars eine Oase nach der anderen zu verändern. Die minimale Größe der Oase reicht bis zum Durchmesser einer kuppelförmigen Plastikhülle, ähnlich wie bei einem Gewächshaus mit einer Raumheizung. Auf diese Weise ist Microterraforming die kleinere Alternative für einen Planeten, der ansonsten ein offenes System ist, das in den Weltraum leckt. Diaz stellt die Art und Weise, wie ein Physiker den Mars mit industriellen Werkzeugen verändern könnte, den Treibhausmethoden eines Biologen gegenüber.
Diaz sprach mit dem Astrobiology Magazine darüber, was es bedeuten könnte, den Mars mit winzigen Stadien umzugestalten, bis er zu üppigen Wüstenoasen heranwächst.
Astrobiologie-Magazin (AM): Wäre es richtig zu schlussfolgern, 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 die Erwärmung eines Planeten mit Super-Treibhausgasen ist eine Strategie oder ein Modell, das aus der Perspektive der Physik konzipiert wurde; während das von mir vorgeschlagene Modell aus biologischer Sicht betrachtet wird.
Ich spreche von einem Modell namens Microterraforming, das mit einem Tool namens Minimal Unit of Terraforming (MUT) möglich sein wird. Das Konzept einer Minimal Unit of Terraforming wird als Ökosystem erklärt, das als grundlegende Einheit der Natur agiert. Ein MUT umfasst eine Gruppe lebender Organismen und ihre physikalische und chemische Umgebung, in der sie leben, wird jedoch auf die Entwicklung eines biologischen Kolonisierungs- und Umbauprozesses auf dem Mars angewendet.
Die Vorstellung eines Künstlers, wie ein terraformierter Mars mit einem Ozean, der den größten Teil seiner nördlichen Hemisphäre bedeckt, aus der Umlaufbahn aussehen könnte.Mars, wie von Michael Carroll terraformiert. 1991 wurde dieses Bild auf der Titelseite der „Making Mars Habitable“-Ausgabe von Nature verwendet.
Technisch gesehen handelt es sich um ein unter Druck stehendes kuppelförmiges Gewächshaus, das ein inneres Ökosystem enthalten und schützen würde. Dieser Komplex wäre nicht von der Umgebung isoliert; im Gegenteil, es würde ständig mit ihm in Kontakt stehen, aber auf kontrollierte Weise.
Wichtig ist der Gasaustausch zwischen den MUT-Einheiten und der Marsumgebung, daher spielt das Ökosystem selbst eine dramatische Rolle. Das Ziel dieses Prozesses ist es, Photosynthese zu erzeugen. Hier müssen wir Pflanzen als Oberflächenbedeckung und chemische Fabriken betrachten, die die Atmosphäre verarbeiten.
BIN:Welche Vorteile hätte es, lokal zu arbeiten, mit Ihrem Modell einer Oase in der Wüste? Mit biologischer Analogie zu einer fundamentalen Terraforming-Einheit meinen Sie, wie biologische Zellen ein inneres Gleichgewicht haben, aber auch einen Austausch mit einem äußeren, der für den gesamten Wirt unterschiedlich ist?
OPD:Die Vorteile, die ich in diesem Modell finde, sind, dass wir einen Terraforming-Prozess schneller einleiten können, aber in Etappen, deshalb ist es Mikroterraforming.
Der größte und wichtigste Vorteil ist jedoch, dass wir mit Hilfe der Technik die Pflanzenwelt an diesem Prozess teilhaben lassen können. Das Leben ist Information und es verarbeitet die Informationen um sich herum und beginnt einen Anpassungsprozess an die inneren Bedingungen der Einheit. Hier behaupten wir, dass das Leben Plastizität hat und sich nicht nur den Umgebungsbedingungen anpasst, sondern auch die Umwelt an ihre eigenen Umstände anpasst. In der Sprache der Genetik bedeutet dies, dass es eine Wechselwirkung zwischen dem Genotyp und der Umwelt gibt, die eine Anpassung phänotypischer Ausdrücke an die vorherrschenden Bedingungen bewirkt.
In einer kleinen Umgebung wie einer Einheit mit einem Durchmesser von ungefähr 15 oder 20 Metern könnten wir nun eine viel wärmere Umgebung haben als außerhalb der Einheit.
BIN:Beschreiben Sie, wie eine Einheit aussehen könnte.
OPD:Eine transparente, doppellagige 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. Außerdem wäre der Druck der Atmosphäre im Inneren um 60 bis 70 Millibar höher. Das würde ausreichen, um die Photosynthese der Pflanzen sowie flüssiges Wasser zu ermöglichen.
Thermodynamisch sprechen wir jetzt von einem Mangel an Gleichgewicht. Um den Mars zu reaktivieren, müssen wir ein thermodynamisches Ungleichgewicht herstellen. Die Einheit würde das erzeugen, was zuerst benötigt wird, wie beispielsweise die Bodenentgasung durch Temperaturunterschiede. Ein solcher Prozess ist neben dem Weg zu einer globalen Strategie ein Ziel.
Streng genommen wären die Einheiten wie Kohlendioxid-Fangfallen; sie würden Sauerstoff freisetzen und Biomasse erzeugen. Der Sauerstoff würde dann periodisch an die Atmosphäre abgegeben. Ein Ventilsystem würde Gase nach außen ablassen und sobald der innere Atmosphärendruck auf 40 oder 35 Millibar gesunken war, würden die Ventile automatisch schließen. Andere würden sich öffnen und durch Sog würde Gas in das Innere der Einheit gelangen und der ursprüngliche Atmosphärendruck würde sich einpendeln. Dieses System würde nicht nur die Freisetzung von Sauerstoff, sondern auch die Freisetzung anderer Gase ermöglichen.
BIN:Bei einem solchen Oasenmodell handelt es sich um ein offenes System, das jedoch keine Auswirkungen auf die regionalen Gegebenheiten hätte. Mit anderen Worten, würden lokale Leckagen verdünnt werden, und wie unterscheidet sich Mikroterraforming in diesen Fällen vom reinen Betrieb von Gewächshäusern?
OPD:Die Gewächshäuser – in diesem Fall die Minimal Unit of Terraforming – sollen eine allmähliche Veränderung auf dem Mars beginnen. Der Unterschied hängt vom Wirkungsbereich ab, denn hier beginnt der Mikroterraforming-Prozess. Außerdem kommt es darauf an, wie man es betrachtet, denn mit dieser Methode versuchen wir, das einst auf der Erde erfolgreiche Evolutionsmuster zu wiederholen, um die Atmosphäre des Planeten in eine andere umzuwandeln und den Mars in ein Stadium des thermodynamischen Ungleichgewichts zu bringen .
Der große Vorteil besteht darin, dass wir einen Terraforming-Prozess im Mikromaßstab steuern können; Wir können den Mars schneller in einen erdähnlichen Ort verwandeln und ihn gleichzeitig mit der Umgebung interagieren lassen. Das ist der wichtigste Aspekt: mit schnelleren Prozessen voranzukommen. Wie ich bereits sagte, ist die Idee, dem gleichen Evolutionsmuster zu folgen, das sich auf der Erde entwickelt hat, kurz nachdem die Photosynthese auftrat. Es gab terrestrische Pflanzen, die die Erde um- und terraformierten, Kohlendioxid aus der Oberfläche erzeugten und an die damals vorhandene Atmosphäre verteilten.
Drs. Chris McKay und Robert Zubrin präsentierten ein interessantes Modell, das die Anordnung von drei großen Orbitalspiegeln vorschlägt. Die Spiegel würden das Licht der Sonne zum Südpol des Mars reflektieren und die Trockeneisschicht (Kohlendioxid-Schnee) sublimieren, um den Treibhauseffekt zu verstärken und dann die globale Erwärmung des Planeten zu beschleunigen.
Solche Spiegel hätten die Größe von Texas.
Ich denke, wenn die gleiche 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 anreichern. Außerdem würde ein Teil der Oberfläche ohnehin erwärmt, da die Einheiten die Sonnenwärme speichern 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 darin, einen Kondensator aus Zeolith (mineralischer Katalysator) zu verwenden; dann Extrahieren von Wasser aus der Feuchtigkeit der einströmenden Luft. Wasser würde täglich hineinfließen. Auch hier würden wir einige Stadien eines Wasserkreislaufs aktivieren, Kohlendioxid einfangen, Gase an die Atmosphäre abgeben und die Oberfläche zu einem fruchtbareren Boden machen. Wir würden ein beschleunigtes 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.
BIN:Als auf der Erde geschlossene Biosphären wie Biosphäre 2 betrieben wurden, traten beispielsweise Probleme mit Sauerstoffverlusten aufgrund der Verbindung mit Gesteinen zur Bildung von Karbonaten auf. Gibt es heute Beispiele für groß angelegte, sich selbst erhaltende Systeme auf der Erde?
OPD:Von Menschen gebaute, autarke Großsysteme? Ich kenne keine, aber das Leben selbst ist ein sich selbst erhaltendes System, das der Umgebung das nimmt, was es zum Funktionieren braucht.
Das war das Problem der geschlossenen Biosphären, sie waren nicht in der Lage, einen Rückkopplungskreis zu bilden, wie es auf der Erde passiert. Außerdem wäre das von mir vorgeschlagene System nicht geschlossen; es würde in Intervallen mit der Umgebung des Mars interagieren, indem es einen Teil dessen freisetzte, was durch die Wirkung der Photosynthese verarbeitet worden wäre, während neue Gase eingebaut wurden. Die Minimal Unit of Terraforming wird kein geschlossenes System sein.
Wenn wir James Lovelocks „Gaia-Theorie“ berücksichtigen, könnten wir die Erde als großräumiges, sich selbst erhaltendes System betrachten, da die biogeochemischen Kreisläufe aktiv sind – eine Situation, die heute auf dem Mars nicht vorkommt. Ein Großteil seines Sauerstoffs verbindet sich mit seiner Oberfläche, wodurch der Planet einen oxidierten Charakter erhält. In diesem Sinne würden innerhalb der Minimal Unit of Terraforming die biogeochemischen Kreisläufe reaktiviert. Diese Kuppeln würden unter anderem Sauerstoff und Karbonate freisetzen, sodass die Freisetzung allmählich in die Atmosphäre des Planeten fließen würde.
BIN:Die schnellste Methode, die oft für globales Terraforming genannt wird, besteht darin, Fluorkohlenwasserstoffe in die Marsatmosphäre einzubringen. Bei kleinen prozentualen Änderungen folgen große Temperatur- und Druckänderungen. Dies beruht auf der solaren Wechselwirkung. Hätte eine geschlossene Blase diesen Mechanismus zur Verfügung, wenn beispielsweise kein ultraviolettes Licht in die Kuppeln eindringt?
OPD:Wir sprechen hier über einen alternativen Weg – den Verzicht auf Fluorkohlenwasserstoffe und andere Treibhausgase. Die von uns vorgeschlagene Methode fängt Kohlendioxid für die Biomasseerhöhung ab, setzt Sauerstoff frei und sorgt für einen inneren Wärmespeicher, um eine Kohlendioxidentgasung innerhalb der Einheit zu erzeugen. Andere Gase, die heute im Boden eingeschlossen sind, würden in die Marsatmosphäre freigesetzt, um sie allmählich zu verdichten. Tatsächlich wäre die direkte Exposition eines Ökosystems gegenüber ultravioletten Strahlen kontraproduktiv für die Kohlendioxidabscheidung, die Biomassebildung und die Bodengaserzeugung. Gerade die Kuppel dient dazu, ein Ökosystem vor Kälte und ultravioletter Strahlung zu schützen und seinen inneren Druck aufrechtzuerhalten.
Nun wäre die Kuppel eine wichtige Wärmefalle und ein Wärmeisolator. In der früheren 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.
BIN:Wären hohe lokale Konzentrationen von Treibhausgasen (wie Methan, Kohlendioxid oder FCKW) lokal toxisch, bevor sie weltweite 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 es gibt, wie bei Methan, einige methanogene Organismen, die dieses Gas für ihre Existenz benötigen.
Solche Gase sind geeignet, 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.
BIN: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 Bemühungen die Bewohnbarkeit beschleunigen könnten?
OPD:Das hängt von der photosynthetischen Effizienz der Pflanzen und ihrer Fähigkeit ab, sich an die Umgebung anzupassen und gleichzeitig die Umgebung anzupassen. Wir können jedoch zwei Bewertungen berücksichtigen: eine lokale und eine globale.
Genauer gesagt können diese Bewertungen zunächst an jeder Minimaleinheit von Terraforming durch ihre Photosyntheseeffizienz, Sauerstoffanreicherungsgeschwindigkeit, Kohlendioxidabscheidung und Entgasung der Kuppeloberfläche gemessen werden. Diese Rate würde vom Sonneneinfall und dem Treibhauseffekt abhängen. Auf globaler Ebene würde die Geschwindigkeit der Umgestaltung des Planeten davon abhängen, wie viele Minimaleinheiten auf der gesamten Marsoberfläche installiert werden könnten. Das heißt, wenn es mehr Minimaleinheiten von Terraforming gäbe, wäre die Transformation des Planeten schneller abgeschlossen.
Ich möchte an dieser Stelle etwas klarstellen, was ich 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 reagiert, zuerst innerhalb der Minimaleinheit des Terraforming und dann, wenn diese Maschinen ihren Zyklus beendet haben und das Leben als Explosion nach außen auftaucht, die unaufhaltsame Artbildung 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 wie Kiefern beobachten, die auf der Erde ein großes und gerades Holz haben. Auf dem Mars haben wir möglicherweise eine nachgiebigere Spezies, die stark genug ist, um niedrigen Temperaturen und Winden zu widerstehen. Als Photosynthesemaschinen würden die Kiefern ihre Rolle als planetarische Transformatoren erfüllen, die Wasser, Mineralien und Kohlendioxid für die Ansammlung von Biomasse bereithalten.
BIN:Welche Zukunftspläne haben Sie für die Forschung?
OPD:Ich möchte Teilsimulationen der Marsbedingungen initiieren. Dies wird benötigt, 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.
Da es sich um eine multidisziplinäre und interinstitutionelle Untersuchung handelt, ist die Beteiligung von Ingenieuren, Biologen und Genspezialisten sowie anderen an diesem Thema interessierten wissenschaftlichen Organisationen erforderlich. Ich muss sagen, dies ist nur der erste Versuch; Es ist eine Theorie dessen, was getan werden könnte, und eine, die wir auf unserem eigenen Planeten ausprobieren könnten, zum Beispiel indem wir gegen die aggressive Ausbreitung der Wüste kämpfen, indem wir Böden rehabilitieren und Hindernisse schaffen, um ihr allmähliches Vordringen zu stoppen.
Originalquelle: Astrobiologie-Magazin
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