Credito d'immagine: NASA
A livello locale, la Terra ha i suoi estremi abitabili: Antartide, il deserto del Sahara, il Mar Morto, l'Etna. A livello globale, il nostro pianeta blu è posizionato nella zona abitabile del sistema solare, o regione dei "riccioli d'oro" dove la temperatura e la pressione sono giuste per sostenere l'acqua e la vita liquide. Dall'altra parte dei confini di questa zona di riccioli d'oro orbita attorno ai nostri due vicini: il pianeta serra in fuga, Venere - che in termini di riccioli d'oro è "troppo caldo" - e il pianeta rosso gelido, Marte, che è "troppo freddo".
Con una temperatura globale media di -55 ° C, Marte è un pianeta molto freddo. I modelli standard per il riscaldamento di Marte aumentano prima questa temperatura media con i gas serra, quindi piantano colture adattate al freddo e microbi fotosintetici. Questo modello di terraformazione comprende vari perfezionamenti come specchi orbitali e fabbriche chimiche che riversano fluorocarburi. Alla fine, con l'aiuto della biologia, dell'industrializzazione e del tempo, l'atmosfera inizierebbe a diventare più densa (l'attuale atmosfera marziana è più sottile del 99% rispetto a quella terrestre). Terraformare Marte, a seconda della scelta e della concentrazione dei gas serra utilizzati, può richiedere molti decenni o secoli prima che un astronauta possa iniziare a sollevare una visiera e per la prima volta respirare aria marziana. Tali proposte darebbero inizio al primo sforzo cosciente di ingegneria planetaria e mirerebbero a cambiare l'ambiente globale in uno meno ostile alla vita come la conosciamo a livello terrestre.
Un'altra versione di questi cambiamenti globali è una versione locale familiare a coloro che hanno percorso il Sahara. Di tanto in tanto la vita sboccia in un'oasi nel deserto. Una strategia locale per cambiare Marte, secondo il biologo Omar Pensado Diaz, direttore del progetto Mex-Areohab, può essere paragonata al meglio alla trasformazione di Marte un'oasi alla volta. La dimensione minima dell'oasi si estende al diametro di una copertura di plastica a forma di cupola, molto simile a una serra con un riscaldatore di spazio. In questo modo, il microterraforming è l'alternativa più piccola per un pianeta che altrimenti è un sistema aperto che perde nello spazio. Diaz contrasta il modo in cui un fisico potrebbe cambiare Marte con strumenti industriali con i metodi della serra di un biologo.
Diaz ha parlato con Astrobiology Magazine di ciò che potrebbe significare rimodellare Marte con minuscoli stadi, fino a quando non si trasformano in lussureggianti oasi nel deserto.
Astrobiology Magazine (AM) : Sarebbe corretto concludere che stai studiando le differenze tra una strategia di terraformazione globale e locale?
Omar Pensado Diaz (OPD): Non vedo l'ora di integrare i modelli, concentrandomi piuttosto sulle loro differenze. La terraformazione globale, o il riscaldamento di un pianeta con super gas a effetto serra, è una strategia o un modello concepito dal punto di vista della fisica; mentre il modello che propongo è visto da un punto di vista biologico.
Sto parlando di un modello chiamato microterraforming, che sarà possibile con uno strumento chiamato Minimal Unit of Terraforming (MUT). Il concetto di unità minima di terraformazione è spiegato come un ecosistema che funziona come unità fondamentale della natura. Un MUT comprende un gruppo di organismi viventi e il loro ambiente fisico e chimico in cui vivono, ma applicati allo sviluppo di un processo di colonizzazione biologica e rimodellamento su Marte.
La concezione di un artista di come un Marte terraformato, con un oceano che attraversa la maggior parte del suo emisfero settentrionale, potrebbe apparire dall'orbita. Marte, come terraformato da Michael Carroll. Nel 1991 questa immagine è stata usata sulla copertina del numero "Nature Mars Habitable" di Nature.
Tecnicamente parlando, è una serra a forma di cupola pressurizzata che dovrebbe contenere e proteggere un ecosistema interno. Questo complesso non sarebbe isolato dall'ambiente circostante; al contrario sarebbe costantemente in contatto con esso, ma in modo controllato.
Ciò che è importante è lo scambio di gas tra le unità MUT e l'ambiente marziano, quindi l'ecosistema stesso ha un ruolo drammatico. L'obiettivo di questo processo è generare fotosintesi. Qui è dove dobbiamo considerare le piante che coprono la superficie e le fabbriche chimiche che elaborano l'atmosfera.
AM: Quali sarebbero i vantaggi di lavorare localmente, usando il tuo modello di oasi in un deserto? Per analogia biologica con un'unità fondamentale di terraformazione, intendi come le cellule biologiche hanno un equilibrio interno, ma si scambiano anche con una esterna che differisce per l'intero ospite?
OPD: I vantaggi che trovo in questo modello sono che possiamo avviare un processo di terraformazione più velocemente, ma a fasi, ecco perché è microterraforming.
Ma il vantaggio principale e più importante è che possiamo far iniziare la vita delle piante a partecipare a questo processo con l'aiuto della tecnologia. La vita è informazione e elabora le informazioni che la circondano, avviando un processo di adattamento alle condizioni interne dell'unità. Qui sosteniamo che la vita ha plasticità e che non solo si adatta alle condizioni circostanti, ma adatta anche l'ambiente alle proprie circostanze. Nel linguaggio della genetica, ciò significa che esiste un'interazione tra il genotipo e l'ambiente, producendo l'adattamento delle espressioni fenotipiche alle condizioni dominanti.
Ora, in un piccolo ambiente come un'unità con un diametro di circa 15 o 20 iarde, potremmo avere un ambiente molto più caldo rispetto all'esterno.
AM: Descrivi come potrebbe apparire un'unità.
OPD: Una cupola a doppio strato trasparente, in fibra di plastica. La cupola genererebbe un effetto serra all'interno che aumenterebbe significativamente la temperatura durante il giorno e proteggerebbe l'interno dalle basse temperature di notte. Inoltre, la pressione dell'atmosfera sarebbe più alta all'interno da 60 a 70 millibar. Ciò sarebbe sufficiente per consentire i processi fotosintetici delle piante e l'acqua liquida.
In termini termodinamici, stiamo ora parlando di una mancanza di equilibrio. Per riattivare Marte, dobbiamo creare uno squilibrio termodinamico. L'unità genererebbe per prima cosa ciò che è necessario, come il degasaggio del terreno dalle differenze di temperatura. Tale processo è un obiettivo insieme al percorso verso una strategia globale.
A rigor di termini, le Unità sarebbero come trappole che catturano l'anidride carbonica; rilasciano ossigeno e generano biomassa. L'ossigeno verrebbe quindi rilasciato periodicamente nell'atmosfera. Un sistema di valvole rilasciava gas all'esterno e una volta che la pressione atmosferica interna era diminuita fino a 40 o 35 milibar, le valvole si chiudevano automaticamente. E altri si aprivano e, per aspirazione, il gas entrava nell'unità e la pressione atmosferica originale si livellava. Questo sistema consentirebbe non solo il rilascio di ossigeno ma anche il rilascio di altri gas.
AM: In un tale modello di oasi, è un sistema aperto, ma non avrebbe alcun effetto sulle condizioni regionali. In altre parole, le perdite locali verrebbero diluite e, in quei casi, in che modo la microterraformazione è diversa dal semplice funzionamento delle serre?
OPD: Si pensa che le serre - in questo caso l'unità minima di terraformazione - inizino un graduale cambiamento su Marte. La differenza dipende dal suo raggio di azione, poiché è qui che inizia il processo di microterraformazione. Inoltre, dipende da come lo guardi, perché con questo metodo stiamo cercando di ripetere il modello evolutivo che una volta ebbe successo sulla Terra, al fine di trasformare l'atmosfera del pianeta in un'altra e far entrare Marte in una fase di disequilibrio termodinamico .
Il principale vantaggio è che possiamo controllare un processo di terraformazione su micro-scala; possiamo trasformare Marte in un luogo simile alla Terra più velocemente e contemporaneamente interagire con l'ambiente circostante. Questo è l'aspetto più importante: andare avanti con processi più veloci. Come ho detto prima, l'idea è di seguire lo stesso modello di evoluzione che si è sviluppato sulla Terra subito dopo la comparsa della fotosintesi. C'erano piante terrestri che rimodellarono e terraformarono la Terra, generando diossido di carbonio dalla superficie e distribuendolo all'atmosfera esistente in quel momento.
Drs. Chris McKay e Robert Zubrin hanno presentato un modello interessante che propone di collocare tre grandi specchi orbitali. Gli specchi riflettono la luce del Sole sul polo sud di Marte e sublimano lo strato di ghiaccio secco (anidride carbonica) al fine di aumentare l'effetto serra e quindi accelerare il riscaldamento globale del pianeta.
Tali specchi sarebbero delle dimensioni del Texas.
Penso che se la stessa infrastruttura utilizzata in quegli specchi fosse invece usata per costruire cupole per un'unità minima di terraformazione sulla superficie marziana, genereremmo tassi di degasaggio più elevati e ossigenere l'atmosfera più velocemente. Inoltre, una parte della superficie verrebbe comunque riscaldata, poiché le Unità trattengono il calore solare, non lo riflettono dalla superficie.
La mancanza di acqua liquida per gli ecosistemi all'interno delle Unità è discutibile; tuttavia, è possibile utilizzare una variante di una proposta del Dr. Adam Bruckner dell'Università di Washington. Consiste nell'utilizzare un condensatore di zeolite (catalizzatore minerale); quindi, estraendo acqua dall'umidità dell'aria in entrata. L'acqua si riverserebbe dentro ogni giorno. Ancora una volta, attiveremmo alcune fasi di un ciclo idrologico, catturando l'anidride carbonica, rilasciando gas nell'atmosfera e rendendo la superficie un terreno più fertile. Faremmo una terraformatura accelerata su una parte molto piccola di Marte, ma se mettessimo centinaia di quelle Unità, gli effetti di degassamento sulla superficie e sull'atmosfera avranno ripercussioni planetarie.
AM: Quando le biosfere chiuse hanno operato sulla Terra come la Biosfera 2, si sono verificati problemi con, ad esempio, la perdita di ossigeno dovuta alla combinazione con la roccia per formare carbonati. Esistono oggi esempi di sistemi su larga scala e autosufficienti sulla Terra?
OPD: Sistemi su larga scala e autosufficienti costruiti dall'uomo? Non ne conosco nessuno, ma la vita stessa è un sistema autosufficiente che prende dall'ambiente circostante ciò di cui ha bisogno per funzionare.
Questo era il problema delle biosfere chiuse, non erano in grado di creare un circuito di feedback come accade sulla Terra. Inoltre, il sistema che propongo non sarebbe chiuso; interagirebbe con l'ambiente di Marte a intervalli, rilasciando parte di ciò che sarebbe stato elaborato dall'azione della fotosintesi mentre incorporava nuovi gas. L'unità minima di Terraforming non sarà un sistema chiuso.
Se prendiamo in considerazione la "teoria di Gaia" di James Lovelock, potremmo considerare la Terra come un sistema autosufficiente su larga scala, perché i cicli biogeochimici sono attivi, una situazione che non sta accadendo oggi su Marte. Una grande porzione del suo ossigeno è combinata con la sua superficie, conferendo al pianeta un carattere ossidato. In questo senso, all'interno dell'unità minima di terraformazione, i cicli biogeochimici sarebbero riattivati. Queste cupole libererebbero ossigeno e carbonati, tra gli altri, quindi il rilascio inizierebbe a fluire gradualmente nell'atmosfera del pianeta.
AM: Il metodo più rapido spesso citato per la terraformazione globale è quello di introdurre fluorocarburi nell'atmosfera marziana. Con piccole variazioni percentuali, seguono grandi variazioni di temperatura e pressione. Questo si basa sull'interazione solare. Una bolla chiusa avrebbe questo meccanismo disponibile, ad esempio se la luce ultravioletta non penetra nelle cupole?
OPD: Stiamo parlando di un modo alternativo da quello - non usare fluorocarburi e altri gas serra. Il metodo che proponiamo cattura l'anidride carbonica per aumentare la biomassa, libera l'ossigeno e l'accumulo di calore interno, tutto per generare un degassamento dell'anidride carbonica all'interno dell'unità. Altri gas intrappolati nel terreno oggi sarebbero rilasciati nell'atmosfera marziana per densificarlo gradualmente. In realtà, l'esposizione diretta di un ecosistema ai raggi ultravioletti sarebbe controproducente per la cattura di biossido di carbonio, la formazione di biomassa e la generazione di gas di terra. Precisamente, la cupola funziona per proteggere un ecosistema dalle radiazioni fredde e ultraviolette, oltre a mantenere la sua pressione interna.
Ora, la cupola sarebbe un'importante trappola di calore e un isolante termico. Facendo l'analogia cellulare precedente, la cupola è come una membrana biologica che guida l'ecosistema locale verso uno squilibrio termodinamico. Questo disequilibrio permetterebbe alla vita di svilupparsi.
AM: Alte concentrazioni locali di gas a effetto serra (come metano, anidride carbonica o CFC) sarebbero tossiche localmente prima di avere effetti a livello globale?
OPD: La vita può adattarsi a condizioni che sono tossiche per noi; un'elevata concentrazione di anidride carbonica può essere benefica per le piante e persino aumentarne la produzione o, come nel caso del metano, esistono alcuni organismi metanogenici che richiedono questo gas per la loro sussistenza.
Tali gas sono appropriati per aumentare la temperatura globale; d'altra parte, l'anidride carbonica è il gas più appropriato per la vita delle piante. L'obiettivo è riprodurre schemi evolutivi che conducano ad un adattamento graduale di questi organismi a un nuovo ambiente e all'adattamento dell'ambiente a questi organismi.
AM: La terraformazione globale su Marte ha intervalli di tempo che variano da un secolo a tempi anche lunghi. Esistono modi per stimare se gli sforzi locali potrebbero accelerare l'abitabilità, utilizzando il modello di oasi che suggerisci?
OPD: Ciò dipenderà dall'efficienza fotosintetica delle piante e dalla loro capacità di adattarsi all'ambiente adattando l'ambiente. Tuttavia, possiamo prendere in considerazione due valutazioni: una locale e una globale.
In un modo più esplicito, tali valutazioni possono essere prima misurate su ogni Unità minima di Terraforming attraverso la sua efficienza fotosintetica, la velocità di ossigenazione, la cattura di anidride carbonica e il degassamento della superficie della cupola. Questo tasso dipenderebbe dall'incidenza solare e dall'effetto serra. A livello globale, la velocità del rimodellamento del pianeta dipenderebbe da quante Unità Minime potrebbero essere installate su tutta la superficie marziana. Vale a dire, se esistessero più unità minime di terraformazione, la trasformazione del pianeta sarebbe completata più velocemente.
Vorrei chiarire qualcosa che ritengo importante a questo punto. Il risultato principale sarebbe quello di trasformare Marte in un pianeta verde prima che gli umani potessero abitarlo come facciamo oggi sulla Terra. Sarebbe straordinario vedere come risponde la vita delle piante, prima all'interno dell'Unità minima di Terraforming e poi, quando quelle macchine avevano terminato il loro ciclo e la vita emerge come un'esplosione verso l'esterno, per vedere l'inarrestabile speciazione che avrebbe luogo, dal momento che la vita risponderebbe all'ambiente e l'ambiente risponderebbe alla vita.
E così, possiamo guardare alberi, come i pini che sulla Terra hanno un legno grande e dritto. Su Marte possiamo avere una specie più flessibile, abbastanza forte da resistere alle basse temperature e ai venti che soffiano. Come macchine fotosintetiche, i pini avrebbero adempiuto al loro ruolo di trasformatori planetari, mantenendo acqua, minerali e anidride carbonica per l'accumulo di biomassa.
AM: Quali piani futuri hai per la ricerca?
OPD: Voglio iniziare simulazioni parziali delle condizioni marziane. Ciò è necessario per sondare e migliorare il funzionamento dell'unità minima di terraformazione, nonché la risposta fisiologica delle piante in tali condizioni. In altre parole, prove.
Questa è un'indagine multidisciplinare e interistituzionale, quindi sarà necessaria la partecipazione di ingegneri, biologi e specialisti genetici così come altre organizzazioni scientifiche interessate all'argomento. Devo dire che questo è solo il primo tentativo; è una teoria di ciò che potrebbe essere fatto e una che potremmo provare sul nostro pianeta, per esempio, combattendo contro l'aggressiva diffusione del deserto, riabilitando i terreni e creando ostacoli per fermare il suo progresso graduale.
Fonte originale: Astrobiology Magazine
Ecco un articolo su un progetto simile. Ricorda Biosphere 2?
