Искусственные экосистемы
Apr. 18th, 2012 11:36 am![[personal profile]](https://www.dreamwidth.org/img/silk/identity/user.png){kind=small}
vitus_wagnerТут в одном из предыдущих тредов возник вопрос, что еще ни одна попытка создать искусственную замкнутую экосистему не увенчалась успехом.
Надо бы вообще вспомнить, чему меня четверть века назад на эту тему в университете учили, все-таки геохимия ландшафта имеет прямое отношение к круговоротам в экосистемах.
1. Большая часть попыток создать искусственную экосистему ориентировалась на системы обеспечения для космических кораблей. То есть эта система должна быть маленькой и легкой. Фактически вся биомасса продуцированная такой системой должна была потребляться Homo Sapiens. Такую систему, действительно, хрен стабилизируешь.
Вспомним, что переплыть Атлантику на парусной лодке длиной менее 3 метров удалось только в конце XX века, в то время как корабли всего в десять раз длиннее прекрасно плавали через ту же Атланику за 500 лет до этого. Размер имеет значение. Те же самые проблемы, кстати, сейчас испытывает термоядерная энергетика. Сделать реактор они могут, но добиться устойчивости и положительного выхода энергии теоретически тем проще, чем реактор больше. А на большой реактор как-то денег не дают.
Так и тут. Мы точно знаем, что сферическая экосистема в вакууме диаметром 12 тысяч км обеспечивает приемлемую стабильность. Вопрос в том, насколько можно ее уменьшить чтобы сохранить приемлемую стабильность при приемлемых трудозатратах на управляющие воздействия со стороны людей.
Начинать эксперименты надо, пожалуй, с искусственной экосистемы размером в несколько гектаров, имеющей полноценный почвенный покров (пару метров в глубину) то есть десятки тысяч тонн рыхлого грунта.
Больше - уже сложно изолировать от окружающей среды. Меньше - слишком большой относительно всей экосистемы вес начинают иметь высшие млекопитающие (люди).
А для колоний на других планетах первые сотни метров это как раз подходящий размер куполов. Очевидно, что стометровый купол - это не обиташище для тысяч человек. Максимум для десятков. Но сто стометровых купалов разделенных шлюзами это куда правильнее, чем один километровый - и строить можно постепенно, по мере роста населения, и в случае аварии есть куда отступать.
2. Искусственная экосистема не обязана быть замкнутой. У нас вокруг целая планета есть. Как известно, вулканические пеплы - это очен плодородная почва, осваиваемая высшими растениями в считанные сезоны, и дающая колоссальные урожаи. Реголит по своему составу достаточно близок к вулканическим пеплам. На Марсе с этим дело хуже, там какие-то свои процессы гипергенеза идут, и пока мы не поизучаем его как следует (а как следует - это сотни человеко-лет как минимум) мы не будем толком знать какими элементами эти процессы обогощают почвы, а какими - обедняют. Но в принципе, земная флора способна расти почти на чем угодно.
Запасы воды тоже можно пополнять. Подозреваю, что наибольшие сложности возникнут с пополнением воздуха внутри купола азотом. Экосистема это вам не один Homo Sapiens. Клубеньковые бактерии тоже кушать должны.
Поэтому может быть не 80, но 60% азота (при давлении 0,5атм) в воздухе должно быть.
Надо бы вообще вспомнить, чему меня четверть века назад на эту тему в университете учили, все-таки геохимия ландшафта имеет прямое отношение к круговоротам в экосистемах.
1. Большая часть попыток создать искусственную экосистему ориентировалась на системы обеспечения для космических кораблей. То есть эта система должна быть маленькой и легкой. Фактически вся биомасса продуцированная такой системой должна была потребляться Homo Sapiens. Такую систему, действительно, хрен стабилизируешь.
Вспомним, что переплыть Атлантику на парусной лодке длиной менее 3 метров удалось только в конце XX века, в то время как корабли всего в десять раз длиннее прекрасно плавали через ту же Атланику за 500 лет до этого. Размер имеет значение. Те же самые проблемы, кстати, сейчас испытывает термоядерная энергетика. Сделать реактор они могут, но добиться устойчивости и положительного выхода энергии теоретически тем проще, чем реактор больше. А на большой реактор как-то денег не дают.
Так и тут. Мы точно знаем, что сферическая экосистема в вакууме диаметром 12 тысяч км обеспечивает приемлемую стабильность. Вопрос в том, насколько можно ее уменьшить чтобы сохранить приемлемую стабильность при приемлемых трудозатратах на управляющие воздействия со стороны людей.
Начинать эксперименты надо, пожалуй, с искусственной экосистемы размером в несколько гектаров, имеющей полноценный почвенный покров (пару метров в глубину) то есть десятки тысяч тонн рыхлого грунта.
Больше - уже сложно изолировать от окружающей среды. Меньше - слишком большой относительно всей экосистемы вес начинают иметь высшие млекопитающие (люди).
А для колоний на других планетах первые сотни метров это как раз подходящий размер куполов. Очевидно, что стометровый купол - это не обиташище для тысяч человек. Максимум для десятков. Но сто стометровых купалов разделенных шлюзами это куда правильнее, чем один километровый - и строить можно постепенно, по мере роста населения, и в случае аварии есть куда отступать.
2. Искусственная экосистема не обязана быть замкнутой. У нас вокруг целая планета есть. Как известно, вулканические пеплы - это очен плодородная почва, осваиваемая высшими растениями в считанные сезоны, и дающая колоссальные урожаи. Реголит по своему составу достаточно близок к вулканическим пеплам. На Марсе с этим дело хуже, там какие-то свои процессы гипергенеза идут, и пока мы не поизучаем его как следует (а как следует - это сотни человеко-лет как минимум) мы не будем толком знать какими элементами эти процессы обогощают почвы, а какими - обедняют. Но в принципе, земная флора способна расти почти на чем угодно.
Запасы воды тоже можно пополнять. Подозреваю, что наибольшие сложности возникнут с пополнением воздуха внутри купола азотом. Экосистема это вам не один Homo Sapiens. Клубеньковые бактерии тоже кушать должны.
Поэтому может быть не 80, но 60% азота (при давлении 0,5атм) в воздухе должно быть.
no subject
Date: 2012-04-19 01:05 pm (UTC)Боюсь, от парциального давления будет зависеть скорее то, насколько быстрым будет горение. А вот от процентного содержания кислорода - как раз сам факт воспламенения. Т.е. грубо говоря, убрав полностью или частично нейтральный газ, мы отдаём бОльшую долю повышенной энергии продуктов начавшейся (например, в месте удара электрической искры или от ещё чего-то горячего) реакции соседним молекулам кислорода и, возможно, сгораемому веществу. То, что давление понижено вдвое, означает только то, что длина свободного пробега чуть-чуть больше, но за время свободного пробега с возбуждёнными или просто имеющими высокую поступательную скорость частицами ничего не происходит. Т.е. после начала реакции мы от каждого события будем иметь столько же разветвлений цепи в воздухе за счёт возбуждения новых молекул кислорода, сколько имели бы и при атмосферном давлении и тех же 40% кислорода. Только во вдвое большем объёме пространства. Но свою мишень эти возбуждённые молекулы всё равно найдут, и создадут последующие события. Ну или на более поздних стадиях воспламенения, когда уже можно говорить о локальном повышении температуры - прирост температуры в газовой фазе после вступления в реакцию того же количества вещества будет почти вдвое больше, т.к. самого газа вдвое меньше, и теплоёмкости соответственно.
Собственно, тут достаточно хорошая аналогия - бензиновый мотор. Насколько он чувствителен к составу смеси в смысле успешности воспламенения и сгорания, и насколько удивительно мало чувствителен к общему давлению, что именно общим давлением и стало принято его регулировать (ну или подняться на самолёте тысяч на 12 метров, с точки зрения двигателя - почти то же, что как будто ему штатным образом газ убавили - плавное снижение мощности).
no subject
Date: 2012-04-19 01:14 pm (UTC)Процессы сгорания газовой смеси, содержащей и горючее и окислитель, имеют довольно мало отношения к обычным пожарам, где горит в основном все же твердое вещество.
Легкокипящих горючих жидкостей в обиходе лунной или марсианской базы будет заметно меньше, чем в обиходе землян (из-за нерациональности использования этих жидкостей в качестве источника энергии).
А вот потенциально опасных ситуаций, связанных с перепадом давления - намного больше.
Поэтому это такой trade off. Снижая риск проблем со взрывной разгерметизацией увеличиваем риск пожароопасности.
Американцы пошли на снижение давления в пять раз ценой 100% содержания кислорода. Я считаю осмысленным снижать давление не более чем вдвое, потому что азот тоже нужен.
no subject
Date: 2012-04-20 12:20 pm (UTC)