Журнал Витуса. Голосов: 2 Адрес блога: http://vitus-wagner.livejournal.com/ Добавлен: 2008-02-19 12:48:41 блограйдером Lurk

Про искусственные экосистемы

2015-01-10 11:23:51 (читать в оригинале)

Андрей Гаврилов (которому лень заводить свой блог, поэтому он пишет вещи, заслуживающие отдельных постов в виде оффтопичных комментариев в моем) набросал тут ссылок на Проект по созданию искусственных экосистем БИОС-3

Wikipedia
Проект biosmhars
журнал Природа
oxfgord journals или там же, PDF


Вообще, конечно, искусственные экосистемы - вещь достаточно интересная.
Это с одной стороны замкнутые СЖО для космических кораблей, с другой - возможность создания самодостаточных колоний. Не исключено, что место для искусственных экосистем есть и на планетах с кислородными атмосферами, в том числе и на Земле.

Вопрос в том, что пока что исследования на эту тему ведутся достаточно небольшими группами и результаты получаются несколько странными. Например, на проект Биосфера-2 была затрачена уйма денег, а результаты получены достаточно небольшие.

Вообще говоря, нужно понимать, что цели при создании искусственных экосистем могут ставиться совершенно разные, и подходы к решению задачи тоже могут быть совершенно разные.

У меня сложилось такое впечатление, что авторы проекта "Биосфера-2" ставили задачу создания СЖО для "корабля поколений". Максимальное биоразнообразие, относительно дорогая конструкция. Но не учли немножко того, что для того, чтобы создать экосистему, способную существовать десятилетия, нужен переходный период в несколько лет, в течение которого нужно будет довести до насыщения некоторые химические процессы.

"БИОС-3" судя по всему, это СЖО для межпланетного корабля. Обеспечивает замкнутый цикл по воде и кислороду, но только на 40% обеспечивает экипаж пищей. То есть 60% еды нужно везти с собой в виде консервов, что ограничивает продолжительность экспедиции примерно теми же рамками, на которые могли рассчитывать полярные экспедиции конца позапрошлого-начала прошлого века - 5-7 лет.

Возможно, могут быть созданы еще более компактные искусственные экосистемы. Если отказаться от производства пищи совсем, и обеспечивать только воду и кислород, может быть можно добиться того, что масса системы (вместе с водой и насосами) будет сравнима с массой людей, которых она обслуживает. Ну или превосходить её не более чем в 3-5 раз. (что-то примерно такое используется на спейсианских кораблях).

Очевидно, что для колоний на планетах, в том числе и абсолютно безжизненных, таких как Луна, нужен совсем другой подход. Имея под ногами целую планету стройматериалов, мы можем себе позволить десяти тонн экосистемы на каждую человеческую тушку (примерно как в "Биосфере-2"), но в отличие от Биосферы-2 можем строить систему, рассчитанную на сотни человек, если не на тысячи. А увеличение размеров системы (при условии что мы умеем бороться с теми процессами, которые масштабируются вместе с системой, такими как поглощение углекислоты бетоном) позволяет увеличить биоразнообразие, удлиннить пищевые цепочки (развести в системе не только синиц, которые едят тараканов, но и ястребов-перепелятников, регулирующих численность популяции синиц) и увеличить количепство отрицательных обратных связей стабилизирующих систему.

В идеале, конечно, должна получиться система, которая, в случае ухода оттуда людей (как описанный в "Детях пространства" Большой Купол Клавиуса) переходит в некоторое самоподдерживающееся состояние и продолжает жить. А антропогенное воздействие проживающих там людей на систему сводится к тому, чтобы сместить равновесие в сторону производства вкусных и удобных для человека продуктов, точно так же, как это делается в естественных экосистемах Земли.

Очевидно, что чем больше искусственная экосистема, тем больше времени потребуется на то, чтобы достичь в ней какого-то равновесия (именно на это налетели авторы проекта "Биосфера-2" - не учли необходимости переходного периода, когда нужно предпринимать активные меры по подавлению нарушений равновесия, поскольку обратные связи еще не сформированы).

Существенным элементом искусственной экосистемы, которая способствует ее самостоятельному саморегулированию, избавлению от необходимости прикладывать руки или технические средства, является почва.

Собственно, поэтому многие проекты предлагают использование гидропоники или аэропоники - это существенно упрощает систему, делает её пригодной для автоматического управления (но и нежизнеспособной без такового).

Почва весит много. Примерно 3 тонны на квадратный метр. А квадратных метров на человека нужны сотни. Поэтому, очевидно, что для систем жизнеобеспечения космических кораблей придется таки связываться с гидропоникой и постоянно эту систему регулировать.

А вот для систем на поверхности планеты, где тысячи тонн грунта лежат даром, можно попытаться создать искусственную почву.

Благо, технологии создания искусственных почв активно развиваются на Земле и безотносительно искусственных экосистем.

См, например книгу "Теория и практика конструирования почв", про которую я писал два года назад.

Таким образом у меня сложилась следующая классификация искусственных экосистем:

1. Экосистемы компактные, обеспечивающие замкнутый цикл только по воде и кислороду, но с минимальным весом. Требуют запаса продовольствия, требуют утилизации наработанной биомассы, т.е. принципиально незамкнутые, но позволяют обходиться без контактов с более другими экосистемами порядка года или нескольких лет.

2. Экосистемы постоянные - обеспечивают обитающих в них людей (и, возможно, не только их) полноценным спектром продуктов питания и всего прочего, что человеку необходимо для жизни, включая и рекреационное пространство.

3. Экосистемы промежуточные - немножечко более громоздкие, чем системы первого типа, но частично обеспечивают обитателей продуктами питания. БИОС-3 - это типичный пример промежуточной искусственной экосистемы.

Процесс создания постоянных искусственных экосистем - дело долгое. Потребуются как минимум единицы лет для превращения полностью абиогенных субстратов необитаемых планет в плодородные почвы. И чем больше такая экосистема, тем дольше займет раскрутка, но тем комфортнее там будет жить по её окончании.

Полное терраформирование планеты - предельный случай искусственной постоянной экосистемы. Но как мы знаем по буджолдовскому Барраяру, процесс терраформирования занимает века, даже при довольно благоприятных начальных условиях.

Поэтому, вероятно, в начальный период раскрутки будут использоваться экосистемы промежуточного типа, наработанная в которых несъедобная биомасса будет либо использоваться для создания почв из грунтов (и таким образом включаться в углеродный цикл создаваемой экосистемы), либо должна будет каким-то образом быть захоронена вне системы, если источником атмосферного кислорода для системы служит углекислый газ "дикой" атмосферы, как, например, на Марсе. В этом случае, видимо, неплохо было бы подвергнуть эту биомассу пиролизу, чтобы захоранивать возможно более чистый углерод, а прочие вещества, использованные для создания этой биомассы, включая воду, вернуть в биогеохимические циклы искусственной экосистемы.

Вопрос в том, будет ли у создателей экосистемы избыток высокопотенциального тепла на подобные развлечения.
http://vitus-wagner.dreamwidth.org/1040767.html. Please comment there using OpenID. Now there are comments