Обезлесение

Время на прочтение

Привет, Хабр! Сегодня поговорим о колонизации Марса, точнее, о подготовке к развитию самодостаточной колонии на Красной планете. Один из основных вопросов, которые нужно для этого решить, — создание экосистемы, причём замкнутой, которая позволяла бы более-менее комфортно существовать всем — как самим колонистам, так и кирпичикам этой экосистемы.

Чисто в теории здесь нет ничего невозможного. Впервые человек создал замкнутую экосистему, хотя и очень маленькую, в 1829 году. Это был врач из Лондона, который закинул несколько семян травы и спор папоротника в бутылку, предварительно засыпав в неё увлажнённую почву. Бутылку врач запечатал, но с жизнью всё было хорошо — растения взошли и продолжительное время нормально существовали, используя в качестве источника энергии солнечный свет. Теперь пришло время создать примерно такую же бутылку, только большего размера и с большим количеством участников. Но нужно всё это не на Земле, а на других планетах — например, Марсе, который тот же Маск собирается колонизировать в ближайшие пару десятилетий. Как это сделать?

История экосистем и космических полётов

Идея о создании замкнутой системы, которая бы поддерживала жизнь космонавтов или колонистов, не новая. Сначала появилась концепция биосферы. Это оболочка Земли, заселённая живыми организмами, находящаяся под их воздействием и занятая продуктами их жизнедеятельности, а также совокупность её свойств как планеты, где создаются условия для развития биологических систем. Биосфера — глобальная экосистема нашей планеты. Концепцию в 1926 году предложил академик Владимир Иванович Вернадский.

Затем другой известный учёный, Константин Эдуардович Циолковский, предложил создать небольшие замкнутые биосферы, т. е. экосистемы для поддержания жизни на кораблях во время длительных и не очень перелётов. Эта идея затем была растиражирована писателями-фантастами, причём в самых разных формах.

Впервые реализовать идею решили советские учёные, сотрудники Красноярского института биофизики во главе с профессором Борисом Ковровым. В 1964 году была испытана система БИОС-1, в которой осуществлялось восстановление кислорода с помощью одноклеточной водоросли хлореллы. При этом практически сразу установили, что хлорелла малопригодна для питания. Через год в эксперименте БИОС-2 кроме водорослей использовались и высшие растения — пшеница, овощи. К сожалению, оказалось, что хлорелла не особенно хорошо усваивается организмом человека.

Чуть позже, с ноября 1967 по ноябрь 1968 года, проводился ещё один эксперимент, который получил название Год в земном звездолёте. О нём рассказывали не раз и не два. Если кратко, то продолжительное время в замкнутом пространстве находились три добровольца, которые проводили испытания систем жизнеобеспечения. Они включали, например, гидропонную оранжерею.

Эксперименты в замкнутой экосистеме

Одним из известных экспериментов в создании замкнутой экосистемы был проект БИОС-3, проведённый в подвале Института биофизики. В рамках БИОС-3 было проведено десять экспериментов с экипажами от одного до трёх человек, самый продолжительный длился 180 дней. В результате удалось создать воспроизводство кислорода, воды и удовлетворить до 80% потребностей экипажа в питании. Различные культуры, такие как пшеница, соя, салат и чуфа, выращивались в оранжереях при искусственном освещении. К сожалению, в 90-х годах эксперимент пришлось прекратить из-за финансовых проблем.

Похожие эксперименты проводили и американцы, создав самую крупную замкнутую экосистему в истории – Biosphere 2. Восьмёро участников провели внутри Biosphere 2 два года, но из-за неуправляемости экосистемы и плохого влияния на здоровье участников, пришлось прекратить эксперимент.

Все эти и последующие эксперименты доказали, что создание замкнутой экосистемы, даже небольшой, является возможным. Это открывает двери для реализации подобных проектов на других планетах.

Проект MELiSSA

Проект MELiSSA (Micro-Ecological Life Support System Alternative) предполагает использование бактерий вместо растений в качестве основных потребителей и продуцентов биомассы и других ресурсов. Биореакторы, в которых работают бактерии, разработаны таким образом, что управление процессом осуществляется при помощи цифрового интерфейса. Это позволяет регулировать состав атмосферы и потребность в еде.

Проект MELiSSA был одобрен Европейским космическим агентством и объединил учёных из 50 университетов 14 стран, а также представителей компаний. Совместная работа команд в области биологии и техники позволила создать фундаментальные знания о функционировании организмов, метаболизме, усвоении питательных веществ и реакции на различные условия окружающей среды. Опытный завод MELiSSA в Барселоне, Испания, стал центром разработки и исследований проекта.

Как работает проект MELiSSA?

Интерфейс биореактора позволяет учёным контролировать и регулировать процесс обеспечения жизни в замкнутой экосистеме. Различные режимы работы биореактора позволяют адаптировать экосистему к разным условиям и потребностям экипажа. Непрерывная работа над проектом и использование накопленного опыта в области биологии и техники позволяют сделать проект MELiSSA одним из самых перспективных в создании замкнутых экосистем для долгосрочных космических миссий.

Мелкая космическая вселенная: как NASA превращает отходы космонавтов в кислород и еду

Главное здесь, как и было указано выше, — биореактор, в котором поддерживается постоянная температура 55 °C. В нём и происходит вся магия. Он перерабатывает отходы, образующиеся в результате работы экипажа, такие как человеческие фекалии, моча, туалетная бумага, несъедобные части растений, биоразлагаемые полимеры — всё то, что экипаж волей-неволей производит каждый день. Он постоянно контролируется датчиками и управляется программным обеспечением, которое может регулировать всё — от температуры до pH.

Жидкость подаётся во второй отсек — освещённый фотобиореактор с культурами Rhodospirillum rubrum — бактериями розового цвета, которые могут либо участвовать в фотосинтезе, либо питаться жирными кислотами. Интенсивность освещения контролируется автоматически и используется для регулирования роста бактерий. Основными продуктами второго отсека являются водосодержащие минералы, аммоний и биомасса, которые потенциально могут быть использованы в качестве источника белка. Крысы, которых кормили им в течение нескольких недель во время исследования пищевой приемлемости, оказались в порядке, никаких проблем с ними не возникло.

Превращаем отходы в воздух и еду

Раствор солей переходит в третий отсек, где со всем этим работают две другие культуры бактерий — Nitrosomonas europea и Nitrobacter winogradsky. Сначала N. europea окисляют аммиак в нитрит. Далее N. winogradsky окисляют нитрит в нитрат, который является важнейшим питательным веществом для всех живых организмов. Вместе эти две стадии образуют важный этап (называемый нитрификацией) азотного цикла, действующего на Земле. Поскольку это аэробный процесс, необходимый кислород возвращается к нему из следующих двух отсеков, которые, в свою очередь, питаются оттоком, богатым нитратами.

Задача отсеков 4a и 4b — производство кислорода и большей части биомассы, которая используется в пищу, — объяснил Годиа. 4а базируется на культурах Limnospira indica, цианобактерий, известных как спирулина, которые производят кислород и пищу. Выбор не был случайным — спирулина используется в качестве пищевой добавки, предотвращает потерю костной массы, что является одной из самых серьёзных опасностей в космических путешествиях.

Отсек 4b представляет собой камеру для гидропонных растений. Углекислый газ для установок подаётся из первого отсека и боевого отделения. При своей нынешней мощности проект Мелисса может производить достаточно атмосферы для поддержания жизни одного человека.

Ну а о том, что происходит дальше, а также как всё это связано с Марсом, поговорим в следующей части.

Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 18 марта 2023 года; проверки требуют 15 правок.

Обезлесение в Гватемале, пляж Чамперико

Обезлесение на острове Гаити — слева Гаити, справа — Доминиканская республика

Карта исчезающих лесов по сост. на 1994 г. (Данные ООН)

Выжигание джунглей для освобождения земли под посевные поля, южная Мексика

Анализ данных 46 стран тропической и субтропических зон (на которые приходится 78 % лесных площадей этих зон) показал, что обезлесение происходит из-за:

крупного товарного сельского хозяйства — 40 %;
местного натурального сельского хозяйства — 33 %;
роста городов — 10 %;
расширения инфраструктуры — 10 %.

Биотические и абиотические факторы

Обезлесение в бразильском штате Мату-Гросу, 1992

Обезлесение в бразильском штате Мату-Гросу, 2006

Страны с крупнейшими лесопотерями

Возможно, эта статья содержит оригинальное исследование.

Проверьте соответствие информации приведённым источникам и удалите или исправьте информацию, являющуюся оригинальным исследованием. В случае необходимости подтвердите информацию авторитетными источниками. В противном случае статья может быть выставлена на удаление. (4 апреля 2020)

Обезлесение в России. Участок, пострадавший от короеда в Калужской области

Объективные данные, полученные на основе обработки спутниковых снимков, показывают значительный ущерб лесному фонду РФ, нанесённый за 2001—2019 гг.