Kredit gambar: NASA
Secara lokal, Bumi memiliki ekstrem yang layak huni: Antartika, gurun Sahara, Laut Mati, Gunung Etna. Secara global, planet biru kita diposisikan di zona layak huni tata surya, atau wilayah 'Goldilocks' di mana suhu dan tekanan tepat untuk mendukung air dan kehidupan cair. Di seberang perbatasan dari zona goldilocks ini mengorbit dua tetangga kami: planet rumah kaca yang melarikan diri, Venus - yang dalam istilah goldilocks 'terlalu panas' - dan planet merah dingin, Mars, yang 'terlalu dingin'.
Dengan suhu global rata-rata -55 C, Mars adalah planet yang sangat dingin. Model standar untuk pemanasan Mars menaikkan suhu rata-rata ini dengan gas rumah kaca terlebih dahulu, kemudian menanam tanaman yang beradaptasi dingin dan mikroba fotosintesis. Model terraforming ini mencakup berbagai penyempurnaan seperti cermin orbital dan pabrik kimia yang mengeluarkan fluorocarbon. Akhirnya dengan bantuan biologi, industrialisasi, dan waktu, atmosfer akan mulai menjadi lebih tebal (atmosfer Mars saat ini 99% lebih tipis daripada Bumi). Untuk melakukan terraform Mars, tergantung pada pilihan dan konsentrasi gas rumah kaca yang digunakan, dapat membutuhkan waktu puluhan tahun hingga berabad-abad sebelum seorang astronot mulai mengangkat pelindung dan untuk pertama kalinya, menghirup udara Mars. Proposal seperti itu akan memulai upaya sadar pertama di rekayasa planet, dan bertujuan untuk mengubah lingkungan global menjadi satu yang kurang bermusuhan dengan kehidupan seperti yang kita kenal secara terestrial.
Versi lain untuk perubahan global ini adalah versi lokal yang akrab bagi mereka yang telah menjelajah Sahara. Sesekali kehidupan berkembang menjadi oasis gurun. Strategi lokal untuk mengubah Mars, menurut ahli biologi Omar Pensado Diaz, direktur proyek Mex-Areohab, paling baik dibandingkan dengan mengubah Mars satu oasis pada satu waktu. Ukuran minimum oasis meluas hingga diameter penutup plastik berbentuk kubah, seperti rumah kaca dengan pemanas ruang. Dengan cara ini, microterraforming adalah alternatif yang lebih kecil untuk sebuah planet yang sebaliknya merupakan sistem terbuka yang bocor ke ruang angkasa. Diaz kontras dengan cara seorang fisikawan dapat mengubah Mars dengan alat-alat industri ke metode rumah kaca seorang ahli biologi.
Diaz berbicara dengan Majalah Astrobiology tentang apa artinya mengubah bentuk Mars dengan stadion kecil, sampai tumbuh menjadi oasis gurun yang subur.
Majalah Astrobiology (AM) : Apakah benar untuk menyimpulkan bahwa Anda mempelajari perbedaan antara strategi terraforming global dan lokal?
Omar Pensado Diaz (OPD): Saya menantikan untuk mengintegrasikan model, lebih fokus pada perbedaan mereka. Terraforming global, atau memanaskan planet dengan gas rumah kaca super, adalah strategi atau model yang disusun dari perspektif fisika; sedangkan model yang saya usulkan dilihat dari sudut pandang biologis.
Saya berbicara tentang model yang disebut microterraforming, yang akan dimungkinkan dengan alat bernama Minimal Unit of Terraforming (MUT). Konsep Unit Minimal Terraforming dijelaskan sebagai ekosistem yang berjalan sebagai unit dasar alam. Sebuah MUT terdiri dari sekelompok organisme hidup dan lingkungan fisik dan kimia tempat mereka tinggal, tetapi diterapkan pada pengembangan kolonisasi biologis dan proses renovasi di Mars.
Konsepsi seorang seniman tentang bagaimana Mars yang terraform, dengan lautan yang membentang di sebagian besar belahan bumi utara, dapat terlihat dari orbit. Pada tahun 1991 gambar ini digunakan pada sampul depan edisi 'Making Mars Habitable' dari Nature.
Secara teknis, ini adalah rumah kaca berbentuk kubah bertekanan yang akan mengandung dan melindungi ekosistem interior. Kompleks ini tidak akan terisolasi dari lingkungan; sebaliknya itu akan terus berhubungan dengan itu, tetapi dengan cara yang terkendali.
Yang penting adalah pertukaran gas antara Unit MUT dan lingkungan Mars, sehingga ekosistem itu sendiri memiliki peran dramatis. Tujuan dari proses ini adalah untuk menghasilkan fotosintesis. Di sinilah kita harus mempertimbangkan tanaman sebagai menutupi permukaan dan pabrik kimia yang memproses atmosfer.
SAYA: Apa keuntungan bekerja secara lokal, menggunakan model oasis di padang pasir? Dengan analogi biologis dengan unit terraforming mendasar, maksud Anda seperti bagaimana sel biologis memiliki keseimbangan internal, tetapi juga bertukar dengan yang eksternal yang berbeda untuk seluruh inang?
OPD: Kelebihan yang saya temukan dalam model ini adalah bahwa kita dapat memulai proses terraforming lebih cepat, tetapi secara bertahap, itulah sebabnya ia melakukan microterraforming.
Tetapi keuntungan utama dan terpenting adalah bahwa kita dapat membuat kehidupan tanaman mulai berpartisipasi dalam proses ini dengan bantuan teknologi. Hidup adalah informasi dan proses informasi di sekitarnya, memulai proses adaptasi dengan kondisi bagian dalam unit. Di sini kami mempertahankan bahwa kehidupan memiliki plastisitas dan tidak hanya beradaptasi dengan kondisi di sekitarnya, tetapi juga menyesuaikan lingkungan dengan keadaannya sendiri. Dalam bahasa genetika, ini berarti bahwa ada interaksi antara genotipe dan lingkungan, menghasilkan adaptasi ekspresi fenotipikal dengan kondisi dominan.
Sekarang, di lingkungan kecil seperti Unit dengan diameter sekitar 15 atau 20 yard, kita bisa memiliki lingkungan yang jauh lebih hangat daripada di luar Unit.
SAYA: Jelaskan seperti apa Unit itu.
OPD: Kubah transparan, serat plastik, berlapis ganda. Kubah akan menghasilkan efek rumah kaca di dalam yang akan meningkatkan suhu secara signifikan di siang hari dan akan melindungi bagian dalam dari suhu rendah di malam hari. Selain itu, tekanan atmosfer akan lebih tinggi di dalam oleh 60 hingga 70 milibar. Itu sudah cukup untuk memungkinkan proses fotosintesis tanaman serta air cair.
Dalam istilah termodinamika, kita sekarang berbicara tentang kurangnya keseimbangan. Untuk mengaktifkan kembali Mars, kita perlu membuat disekuilibrium termodinamik. Unit akan menghasilkan apa yang dibutuhkan terlebih dahulu, seperti tanah yang mengalami degass karena perbedaan suhu. Proses tersebut adalah tujuan bersama dengan jalan menuju strategi global.
Sebenarnya, Unit akan seperti perangkap menangkap karbon dioksida; mereka akan melepaskan oksigen dan menghasilkan biomassa. Oksigen kemudian akan dilepaskan ke atmosfer secara berkala. Sistem katup akan melepaskan gas ke luar dan begitu tekanan atmosfer bagian dalam menurun hingga 40 atau 35 milibar, katup akan menutup secara otomatis. Dan yang lain akan terbuka dan, dengan hisap, gas akan masuk ke dalam Unit dan tekanan atmosfer asli akan turun. Sistem ini tidak hanya memungkinkan pelepasan oksigen tetapi juga pelepasan gas lainnya.
SAYA: Dalam model oasis seperti itu, ini adalah sistem terbuka, tetapi apakah itu tidak berpengaruh pada kondisi regional. Dengan kata lain, apakah kebocoran lokal akan terdilusi, dan dalam kasus-kasus tersebut, bagaimana mikroformer berbeda dari hanya mengoperasikan rumah kaca?
OPD: Rumah kaca - dalam hal ini Unit Minimal Terraforming - diperkirakan memulai perubahan bertahap di Mars. Perbedaannya tergantung pada kisaran tindakannya, karena di situlah proses pembentukan mikro dimulai. Selain itu, itu tergantung pada bagaimana Anda melihatnya, karena dengan metode ini kami mencoba untuk mengulangi pola evolusi yang pernah berhasil di Bumi, untuk mengubah atmosfer planet menjadi yang lain dan untuk membuat Mars masuk ke dalam tahap ketidakseimbangan termodinamika. .
Keuntungan utama adalah bahwa kita dapat mengontrol proses terraforming pada skala mikro; kita dapat mengubah Mars menjadi tempat yang mirip dengan Bumi dengan lebih cepat dan membuatnya berinteraksi dengan lingkungan di sekitarnya secara bersamaan. Itulah aspek terpentingnya: maju dengan proses yang lebih cepat. Seperti yang saya katakan sebelumnya, idenya adalah untuk mengikuti pola evolusi yang sama yang berkembang di Bumi segera setelah fotosintesis muncul. Ada tanaman darat yang mengubah bentuk dan membentuk Bumi, menghasilkan karbon dixoide dari permukaan dan mendistribusikannya ke atmosfer yang ada pada waktu itu.
Drs. Chris McKay dan Robert Zubrin menghadirkan model yang menarik yang mengusulkan untuk menempatkan tiga cermin orbital besar. Cermin akan memantulkan cahaya Matahari ke kutub selatan Mars dan menyublimkan lapisan es kering (salju karbon dioksida) untuk meningkatkan efek rumah kaca dan kemudian mempercepat pemanasan global planet ini.
Cermin seperti itu seukuran Texas.
Saya pikir jika infrastruktur yang sama yang digunakan dalam cermin itu malah digunakan untuk membangun kubah untuk Unit Minimal Terraforming di atas permukaan Mars, kita akan menghasilkan tingkat degassing yang lebih tinggi dan membuat oksigen atmosfer lebih cepat. Selain itu, bagian dari permukaan akan tetap hangat, karena Unit akan menahan panas matahari, tidak memantulkannya dari permukaan.
Kurangnya air cair untuk ekosistem di dalam Unit bisa diperdebatkan; namun, varian proposal oleh Dr. Adam Bruckner dari University of Washington, dapat digunakan. Ini terdiri atas penggunaan kondensor zeolit (katalis mineral); kemudian, mengekstraksi air dari kelembaban udara yang masuk. Air akan mengalir ke dalam setiap hari. Sekali lagi, kita akan mengaktifkan beberapa tahap siklus hidrologi, menangkap karbon dioksida, melepaskan gas ke atmosfer dan membuat permukaan tanah menjadi lebih subur. Kita akan melakukan terraformasi yang dipercepat di bagian yang sangat kecil di Mars, tetapi jika kita menempatkan ratusan unit itu, efek degassing di permukaan dan atmosfer akan memiliki dampak planet.
SAYA: Ketika biosfer tertutup telah beroperasi di Bumi seperti Biosphere 2, timbul masalah - misalnya - kehilangan oksigen karena kombinasi dengan batuan untuk membentuk karbonat. Apakah ada contoh hari ini dari skala besar, sistem mandiri di Bumi?
OPD: Sistem mandiri berskala besar yang dibangun oleh manusia? Saya tidak tahu, tetapi kehidupan itu sendiri adalah sistem mandiri yang mengambil dari lingkungan sekitarnya apa yang dibutuhkan untuk bekerja.
Itu adalah masalah biosfer tertutup, mereka tidak dapat membuat sirkuit umpan balik seperti yang terjadi di Bumi. Lebih jauh, sistem yang saya usulkan tidak akan ditutup; ia akan berinteraksi dengan lingkungan Mars secara berkala, dengan melepaskan bagian dari apa yang seharusnya diproses oleh aksi fotosintesis sambil memasukkan gas-gas baru. Unit Minimal Terraforming tidak akan menjadi sistem tertutup.
Jika kita mempertimbangkan 'teori Gaia' James Lovelock, kita dapat menganggap Bumi sebagai sistem berskala besar, mandiri, karena siklus biogeokimia aktif - situasi yang tidak terjadi hari ini di Mars. Sebagian besar oksigennya dikombinasikan dengan permukaannya, memberi planet ini karakter teroksidasi. Dalam pengertian ini, di dalam Unit Minimal Terraforming, siklus biogeokimia akan diaktifkan kembali. Kubah-kubah ini akan membebaskan oksigen dan karbonat, antara lain, sehingga pelepasannya akan mulai mengalir secara bertahap ke atmosfer planet.
SAYA: Metode tercepat yang sering dikutip untuk terraforming global adalah dengan memperkenalkan fluorocarbon ke atmosfer Mars. Dengan perubahan persentase kecil, perubahan suhu dan tekanan besar mengikuti. Ini bergantung pada interaksi matahari. Apakah gelembung tertutup memiliki mekanisme ini, misalnya jika sinar ultraviolet tidak menembus ke dalam kubah?
OPD: Kita berbicara tentang cara alternatif dari itu - tidak menggunakan fluorocarbon dan gas rumah kaca lainnya. Metode yang kami usulkan menangkap karbon dioksida untuk peningkatan biomassa, membebaskan oksigen dan penyimpanan panas dalam, semuanya untuk menghasilkan karbon dioksida di dalam Unit. Gas-gas lain yang terperangkap di tanah hari ini akan dilepaskan ke atmosfer Mars untuk memadatkannya secara bertahap. Sebenarnya, paparan langsung suatu ekosistem terhadap sinar ultraviolet akan menjadi kontraproduktif untuk penangkapan karbon dioksida, pembentukan biomassa, dan produksi gas tanah. Tepatnya, kubah berfungsi untuk melindungi ekosistem dari radiasi dingin dan ultraviolet, serta menjaga tekanan dalam dirinya.
Sekarang, kubah akan menjadi perangkap panas yang penting dan isolator termal. Membuat analogi sel sebelumnya, kubah itu seperti membran biologis yang menggerakkan ekosistem lokal ke ketidakseimbangan termodinamika. Ketidakseimbangan itu akan memungkinkan kehidupan untuk berkembang.
SAYA: Apakah gas rumah kaca dengan konsentrasi lokal yang tinggi (seperti metana, karbon dioksida atau CFC) menjadi racun lokal sebelum memiliki efek global?
OPD: Hidup dapat beradaptasi dengan kondisi yang beracun bagi kita; konsentrasi karbon dioksida yang tinggi dapat bermanfaat bagi tanaman, dan bahkan meningkatkan produksinya, atau, seperti halnya metana, ada beberapa organisme metanogenik yang membutuhkan gas ini untuk penghidupannya.
Gas semacam itu sesuai untuk menaikkan suhu global; di sisi lain, karbon dioksida adalah gas yang paling tepat untuk kehidupan tanaman. Tujuannya adalah untuk mereproduksi pola evolusi yang mengarah ke adaptasi bertahap dari organisme ini ke lingkungan baru, dan adaptasi lingkungan ke organisme ini.
SAYA: Terraforming global di Mars memiliki rentang waktu yang bervariasi antara satu abad hingga waktu yang lama. Apakah ada cara untuk memperkirakan apakah upaya lokal dapat mempercepat kelayakhunian, menggunakan model oasis yang Anda sarankan?
OPD: Itu akan tergantung pada efisiensi fotosintesis tanaman dan kemampuan mereka untuk beradaptasi dengan lingkungan sambil beradaptasi dengan lingkungan. Namun, kami dapat mempertimbangkan dua penilaian: satu lokal dan satu global.
Dengan cara yang lebih eksplisit, penilaian tersebut dapat pertama kali diukur pada setiap Unit Minimal Terraforming melalui efisiensi fotosintesis, kecepatan oksigenasi, penangkapan karbon dioksida, dan degassing permukaan kubah. Tingkat ini akan tergantung pada kejadian matahari dan efek rumah kaca. Pada tingkat global, kecepatan renovasi planet ini akan tergantung pada berapa banyak Unit Minimal yang dapat dipasang di seluruh permukaan Mars. Dengan kata lain, jika ada lebih banyak Unit Minimal dari Terraforming, transformasi planet akan diselesaikan lebih cepat.
Saya ingin mengklarifikasi sesuatu yang saya pikir penting pada saat ini. Pencapaian besar adalah mengubah Mars menjadi planet hijau sebelum manusia bisa menghuninya seperti yang kita lakukan di Bumi saat ini. Akan luar biasa untuk melihat bagaimana kehidupan tanaman merespon, pertama di dalam Unit Minimal Terraforming dan kemudian, ketika mesin-mesin itu selesai siklusnya dan kehidupan muncul sebagai ledakan ke luar, untuk melihat spesiasi tak terbendung yang akan terjadi, karena kehidupan akan menanggapi lingkungan dan lingkungan akan merespons kehidupan.
Jadi, kita dapat menonton pohon, seperti pinus yang di bumi memiliki kayu besar dan lurus. Di Mars kita mungkin memiliki spesies yang lebih lentur, satu yang cukup kuat untuk menahan suhu rendah dan angin yang bertiup. Sebagai mesin fotosintetik, pinus akan memenuhi peran mereka sebagai transformer planet, menjaga air, mineral, dan karbon dioksida untuk akumulasi biomassa.
SAYA: Apa rencana masa depan yang Anda miliki untuk penelitian?
OPD: Saya ingin memulai simulasi parsial kondisi Mars. Ini diperlukan untuk menyelidiki dan meningkatkan operasi Unit Minimal Terraforming, serta respons fisiologis tanaman dalam kondisi seperti itu. Dengan kata lain, latihan.
Ini adalah investigasi multidisiplin dan inter-institusional, sehingga partisipasi insinyur, ahli biologi dan spesialis genetik akan diperlukan serta organisasi ilmiah lainnya yang tertarik pada subjek. Saya harus mengatakan ini hanyalah upaya pertama; itu adalah teori tentang apa yang bisa dilakukan dan yang bisa kita coba di planet kita sendiri, misalnya, dengan berperang melawan penyebaran gurun yang agresif, dengan merehabilitasi lahan dan menciptakan rintangan untuk menghentikan kemajuan bertahapnya.
Sumber Asli: Majalah Astrobiology
Ini artikel tentang proyek serupa. Ingat Biosphere 2?
