Molti di voi hanno una casa piante d'appartamento, che soddisfano l'occhio, servono come decorazioni interne e forniscono ossigeno. C'è un incredibile un gran numero di tipi di piante simili e anche molti modi per coltivarle e mantenerle.
Oggi progetteremo un ecosistema autosufficiente che non richiede cura di sé e sarà una buona decorazione per i tuoi interni o un regalo originale.
Florario, terrario di piante- apposito contenitore chiuso in vetro o altro materiali trasparenti e destinati al mantenimento e alla coltivazione delle piante. All'interno vengono create una certa umidità e temperatura dell'aria, che aiutano a creare un ambiente per sviluppo normale e l'esistenza delle piante. I florari apparvero a metà del XIX secolo. Le prime piante ad essere utilizzate nei florari furono vari tipi di felci.
Come segue dalla descrizione, avremo bisogno di un contenitore di vetro chiuso. Può essere utilizzata barattoli di vetro, fiaschette mediche, bottiglie, in genere qualsiasi contenitore che possa essere sigillato senza problemi. Cercando "ecosistema chiuso", ho trovato opzione interessante, che utilizza una normale lampadina a incandescenza e un mucchio di materiale, come smontarla e piantarvi delle piante senza danneggiare il vetro. Questa opzione mi è sembrata piuttosto interessante e facile da montare, quindi ho deciso di provarla.
Quindi, di cosa abbiamo bisogno per creare il nostro ecosistema in miniatura:
1) Sassi piccoli per il drenaggio e sassi per la composizione
2) Sabbia
3) Terreno fertile
4) Vari tipi di muschio
5) Corteccia, rametti per composizione
6) Pietra o legni per la piattaforma
7) Lampadina a incandescenza
8) Colla bicomponente o colla termofusibile
9) Pinze
10) Cacciavite piatto
11) Pinzette
12) Siringa
13) Acqua
14) Carta
Dopo una breve passeggiata tra il bosco e la periferia della città, ho trovato facilmente tutto il materiale di cui avevo bisogno.
Iniziamo a montare. La prima cosa che dobbiamo fare è preparare la nostra lampadina. Utilizzando delle pinze e un po' di forza, rompere con attenzione l'isolamento ceramico nero, facendo attenzione a non piegare la base della lampadina o rompere il vetro.
Dovresti avere un buco come nella foto qui sotto.
Successivamente, utilizzando un cacciavite a testa piatta, è necessario rompere e spremere l'asta di vetro su cui è attaccato il filamento e rimuoverla dalla lampadina. Cerca di creare il buco più grande possibile, questo renderà più semplice il futuro processo di semina. Dopo aver rimosso tutto l'eccesso, consiglio di sciacquare la lampadina con acqua per evitare il contatto con piccole particelle di vetro.
Successivamente dobbiamo rendere stabile la nostra lampadina. Puoi incollare le gambe di qualcosa ad esso, puoi incollare la lampadina stessa su un bellissimo pezzo di legno o, come nel mio caso, su una pietra. Per incollare saldamente il vetro alla pietra, è possibile utilizzare colla bicomponente o adesivo hot melt. Ho utilizzato la colla bicomponente Poxipol.
Ora dobbiamo realizzare un sistema di drenaggio. Il drenaggio è un sistema per rimuovere l'acqua attraverso le radici e il terreno, che consente alle radici delle piante di respirare quando c'è una grande quantità di umidità nel terreno.
Il drenaggio è fatto in modo molto semplice. Nel nostro caso, posizioniamo sul fondo un piccolo numero di piccole pietre. Per comodità, ho realizzato un tubo di carta, che faciliterà anche il processo di riempimento della lampadina con sabbia e terra, oltre a liberare le pareti dalla contaminazione.
Quindi riempiamo la nostra lampadina con uno strato fertile di terreno. Non temere se le radici di altre piante o l'humus penetrano nel terreno: ciò andrà solo a tuo vantaggio, poiché fornirà al tuo organismo sostanze organiche utili.
La fase successiva è creativa. Qui devi dimostrare al massimo tutte le tue capacità artistiche e posizionare magnificamente i componenti raccolti nella foresta. Per facilitare il compito di piantare le piante nel bulbo, ho utilizzato una pinzetta e un'asta da penna a sfera. Di conseguenza, ho finito con questa composizione.
Il passaggio finale nella creazione di un ecosistema è aggiungere alcune gocce d'acqua. Puoi usare una siringa medica per questo. Non dovresti annaffiare abbondantemente le piante, l'umidità in eccesso porterà alla loro morte. Dopo aver annaffiato è necessario chiudere ermeticamente il bulbo. Non ci sono regole speciali qui, puoi usare qualsiasi cosa: una ghianda, un tappo di bottiglia di vino, un tappo di plastica, un bastoncino di legno, ecc., l'importante è che non entri aria nella struttura. Ho utilizzato normali bottoni neri, avendo precedentemente sigillato i fori per fissarli al materiale.
Dopo un po ', sulle pareti della lampadina inizierà a formarsi della condensa da goccioline d'acqua, non c'è bisogno di allarmarsi per questo, significa che il processo dell'origine della vita procede come dovrebbe. Queste goccioline appariranno periodicamente e poi si depositeranno nel terreno, simulando la pioggia.
L'acqua in eccesso andrà nello scarico nella parte inferiore della lampadina, a condizione che tu l'abbia organizzata correttamente. Se all'improvviso ti rendi conto di aver versato troppa acqua nel tuo florario, apri semplicemente il foro e lascialo aperto per diverse ore per umidità in eccesso evaporato, quindi sigillare nuovamente il bulbo.
Un giorno dopo aver costruito il mio florarium, ho deciso che la composizione doveva essere integrata e ho attaccato un'altra lampadina alla pietra della mia piattaforma, ma questa volta più grande. Ecco come appare ora la versione finale del mio ecosistema.
Con lo stesso principio, l'inglese David Latimer coltiva Tradescantia in bottiglia (un genere di piante sempreverdi perenni piante erbacee famiglia Commelinaceae), che si trova in uno spazio chiuso da più di 40 anni e non è mai stato annaffiato.
In uno dei miei diari ho parlato di un ecosistema chiuso. Una sorta di microcosmo. Che esiste indipendentemente.
Quindi, un ecosistema chiuso è un sistema che non prevede lo scambio di sostanze con il mondo esterno.
È qualcosa come la Terra. Solo in forma ridotta.
Sull'immagine - sistema aperto. Prende tutto ciò di cui ha bisogno per la sua esistenza ambiente.
Un ecosistema chiuso è completamente tagliato fuori dal mondo esterno. Inoltre, un tale sistema non richiede alcuna manutenzione. 
David Latimer mise Tradescantia in una bottiglia e non la aprì per 40 anni. Durante questo periodo, la pianta non solo non morì, ma formò il proprio ecosistema. Tradescantia si nutriva del proprio humus. E la crescita di una pianta è dovuta all'ossigeno che produce. Non c'era irrigazione. Poiché l'umidificazione è stata effettuata mediante condensa. 
Ho deciso di farne alcuni ecosistemi chiusi. Fallo esattamente! E non comprare. Oh sì, tali ecosistemi possono anche essere acquistati.
Ci sono abbastanza informazioni su Internet su come realizzare un simile "miracolo" della natura. Ti dirò come ho fatto.
Innanzitutto, la semina richiede un contenitore chiuso.
Ovviamente è VETRO. Ho preso un barattolo normale. Oppure puoi acquistare fantastici contenitori di vetro rotondi nei negozi.
In secondo luogo: terra. Ho preso del terreno normale. Senza problemi lì. Per il drenaggio utilizzo sabbia normale con pietre.
In terzo luogo: piante. Quelli più comuni! Per esperienza posso dirlo per sistemi chiusiÈ meglio prendere quelli che amano l'umidità. Nel mio caso: muschio. Puoi prendere qualsiasi pianta. Il criterio principale è la compatibilità delle piante. Potrebbe essere felce, clorofito, ecc.
In quarto luogo: l'arredamento. Capisci che non è obbligatorio e viene fatto a volontà. Su Internet scrivono che la cosa principale nella scelta dell'arredamento è che non marcisca. Penso che sarebbe bello se marcisse ancora. Ciò sottolinea la naturalezza di un tale sistema.
Versare il drenaggio e il terreno nel barattolo. Formiamo il rilievo. Successivamente piantiamo le piante. Per la decorazione, ho preso una statuina di angelo (si prevede che su di essa inizieranno a crescere spore di muschio) e una pietra. Organizziamo tutto come preferisci, lo annaffiamo e lo sigilliamo.
È importante non intasare eccessivamente il contenitore inizialmente. Poiché potrebbe esserci troppa acqua nelle piante, inizieranno semplicemente a marcire. Il primo giorno si consiglia di non sigillare il contenitore. In modo che l'umidità in eccesso evapori. Nel mio caso, ho semplicemente sigillato tutto così com'è.
Durante la prima settimana è stata osservata una grande quantità di condensa nella banca. E sono stato costretto ad aprire il contenitore in modo che l'acqua evaporasse un po'. Le piante hanno messo radici. Il muschio è cresciuto un po'.
Alla fine della seconda settimana, nel barattolo fu notata la vita "extraterrestre": apparvero due grandi zanzare. Che morì sano e salvo tre giorni dopo.
Oggi sulla statuetta dell'angelo si osserva qua e là la crescita del muschio. Purtroppo non posso scattare foto: durante il giorno si forma molta condensa sulle pareti del barattolo.
Il mio secondo sistema può essere aperto o chiuso.
L'anello eterotrofico più importante negli ecosistemi chiusi che stiamo considerando è l'uomo. È lui che forma i requisiti per il lavoro di tutti gli altri collegamenti e stabilisce essenzialmente l'intensità del ciclo per soddisfare i suoi bisogni di ossigeno, acqua e cibo. Per ZES con la partecipazione delle persone, ciò significa anche l'inclusione nel ciclo dei loro prodotti di scarto, dei rifiuti vegetali e di una serie di altre sostanze. Notiamo che un tale ecosistema con un legame fototrofico costituito da piante superiori ha processi a ciclo chiuso maggiori rispetto alle alghe, perché queste ultime sono praticamente immangiabili e la loro biomassa si accumula sotto forma di rifiuti. E inoltre. ZES con una persona può esistere autonomamente per un periodo piuttosto lungo. Questa proprietà è richiesta principalmente per scopi spaziali.
Vista esterna di una cabina ermetica dal volume di 12 metri cubi con una persona nel BIOS-1
Pertanto, non sorprende che il forte aumento della ricerca scientifica rilevante sia associato al “boom spaziale” degli anni 50-60 del XX secolo, quando l’esplorazione della Luna e di Marte sembrava essere una questione del prossimo futuro.
Esperimenti pionieristici
I primi sistemi di supporto vitale chiusi realmente funzionanti al mondo furono creati in URSS nella prima metà degli anni '60. La ricerca principale si è svolta poi a Mosca, presso l'Istituto di medicina aeronautica e spaziale del Ministero della difesa, e successivamente presso l'Istituto di problemi medici e biologici del Ministero della sanità dell'URSS (ora Istituto di problemi biomedici dell'Accademia russa di Scienze) e a Krasnoyarsk - prima nel dipartimento di biofisica dell'Istituto di fisica (IF) SB Accademia delle scienze dell'URSS, e poi presso l'Istituto di biofisica (IBP) SB RAS. Storicamente, la ricerca nell’IBMP si è concentrata inizialmente sui sistemi di supporto vitale per veicoli spaziali e stazioni orbitali, dove si è data preferenza all’uso di processi fisici e chimici, e nell’IBP, su ecosistemi chiusi per stazioni planetarie a lungo termine, dove dovrebbe svolgere un ruolo dominante nel ciclo delle sostanze metodi biologici. Sottolineiamo: utilizzando il primo approccio è impossibile creare un ciclo completo, poiché non sono note le modalità di sintesi artificiale dei nutrienti completi necessari per l'alimentazione umana. Il secondo è esente da queste carenze. I sistemi di supporto vitale basati su di esso sono autonomi e, quindi, più indipendenti dalla durata delle missioni nell'esplorazione dello spazio profondo.
Disposizione del BIOS-3: 1 – alloggi: tre cabine per l'equipaggio, un modulo sanitario e igienico, una cucina-sala da pranzo; 2 – fitotroni con piante più alte: due con superfici di semina di 20 mq ciascuno; 3 – coltivatore di alghe: tre fotobioreattori da 20 l ciascuno per la coltivazione Chlorella vulgaris.
Naturalmente, le ZES biologiche consentono l'uso di elementi di chimica fisica al loro interno, ma solo come tecnologie complementari che aiutano ad aumentare la velocità e il grado di chiusura dei flussi di trasferimento di massa. I sistemi in cui si presuppone tale integrazione di metodi biologici e fisico-chimici sono chiamati ZES biologico-tecnici. Questi sono esattamente quelli che vengono creati all'IBF.
L'inizio dei lavori per la costruzione della ZES per scopi spaziali presso l'IBF (in quegli anni il dipartimento di biofisica dell'Istituto di fisica SB AS URSS) fu un incontro all'inizio degli anni '60 tra il direttore dell'Istituto di fisica Leonid Kirensky (accademico dal 1968) e il progettista generale dei sistemi missilistici Sergei Korolev (accademico dal 1958). La proposta di Leonid Vasilievich di creare a Krasnoyarsk un ecosistema chiuso che possa esistere in modo autonomo a lungo a causa della circolazione interna della materia, Sergei Pavlovich era molto interessato. Si sono svolti una serie di incontri ai quali hanno preso parte i fondatori di questa nuova direzione della biofisica, Ivan Terskov (accademico dal 1981) e uno degli autori di questo articolo, Joseph Gitelzon (accademico dal 1990), che hanno fornito una giustificazione scientifica dettagliata per la fattibilità e la realtà della realizzazione di tale lavoro. Korolev si pose un compito chiaro: creare entro pochi anni, sulla base del Dipartimento di Biofisica dell'Istituto di Filosofia della Sezione Siberiana dell'Accademia delle Scienze dell'URSS, un ecosistema con una circolazione chiusa di materia, in grado di garantire autonomamente soggiorno umano a lungo termine in uno spazio sigillato in condizioni prossime a quelle della Terra. Quindi lo Stato ha stanziato fondi sufficienti per attirare specialisti e acquistare le attrezzature necessarie.
L’attuazione di questo compito può essere suddivisa in tre fasi. Inizialmente (1964-1966) fu implementato sistema biologico BIOS-1, che comprendeva due unità principali: una cabina sigillata con un volume di 12 m3 con una persona e un coltivatore speciale con un volume di 20 l per la coltivazione di microalghe clorella. Sulla base dei risultati di sette esperimenti della durata da 12 ore a 90 giorni, è stato possibile ottenere un risultato importante: un ciclo completo di gas chiuso (l'aria espirata è stata purificata da diossido di carbonio, impurità, arricchite con ossigeno prodotto dalla clorella) e acqua (compresa la rigenerazione dell'acqua potabile, per esigenze di cottura e igieniche).
Quindi, nel 1966, il BIOS-1 fu aggiornato al BIOS-2 collegando ad esso una camera di 8,5 m con piante più alte: qui è stata coltivata una serie di piante colture orticole. Hanno aumentato la chiusura dei processi di trasferimento di massa nel sistema a causa del parziale coinvolgimento nel ciclo degli alimenti vegetali inclusi nella dieta umana. Oltretutto, piante superiori, come la clorella, ha partecipato alla rigenerazione dell'atmosfera affinché le persone possano respirare. Ciò ha permesso di ridurre la biomassa della clorella necessaria per mantenere l'attività vitale e quindi aumentare il grado di chiusura dei processi di trasferimento di massa. E poiché un volume aggiuntivo di ossigeno è stato prodotto a causa della fotosintesi delle piante superiori, è stato possibile condurre esperimenti con un equipaggio di due tester (il più lungo è durato 30 e 73 giorni). Il lavoro nel BIOS-2 è continuato fino al 1970. Sulla base dei loro risultati, per la prima volta al mondo, è stata dimostrata la possibilità di funzionamento a lungo termine dell'ecosistema artificiale “piante superiori umane-microalghe”.
All'inizio del 1972, l'IBF di Krasnoyarsk creò BIOS-3, un ecosistema artificiale fondamentalmente nuovo. A differenza dei precedenti, ha acquisito caratteristiche progettuali e funzionali completamente diverse. L'impianto con un volume totale di 300 m conteneva 4 scomparti stesse dimensioni: un modulo residenziale con cabine individuali per tre tester e tre compartimenti con piante per la riproduzione del cibo e la rigenerazione dell'atmosfera e dell'acqua.
In BIOS-3, sono stati condotti esperimenti a lungo termine (diversi mesi) sia secondo lo schema precedentemente testato “uomo-clorella-piante superiori”, sia secondo uno completamente nuovo – “uomo-piante superiori”. Per la prima volta al mondo, è stato possibile creare una dieta vegetale completa per i tester grazie a un insieme di piante coltivate nel sistema stesso, grazie al quale il grado di chiusura nel trasferimento di massa è stato elevato al 75%. E alla fine, di tutti gli ecosistemi biologici artificiali sia nel nostro Paese che all'estero, solo BIOS-3 ha permesso di garantire autonomamente la vita di un equipaggio di 2-3 persone per 4-6 mesi a causa della chiusura di acqua e gas ciclo di quasi il 100%, per gli alimenti - oltre il 50%. Come già accennato, fino ad oggi questo risultato rimane insuperato. [Qui, come in molte altre cose, l'URSS era davanti agli USA, vedi la loro ZES "Biosfera-2"]
È anche importante che il percorso dal BIOS-1 al BIOS-3 sia stato completato in un periodo di tempo straordinariamente breve - in circa 7 (!) Anni.
La nascita delle nuove tecnologie
La creazione di BIOS-3 è associata a un'intera galassia di scienziati eccezionali. Prima di tutto, dovremmo menzionare ancora una volta Leonid Kirensky, che interessò Sergei Korolev a condurre questi sondaggi a Krasnoyarsk e ne organizzò l'attuazione. Il nostro dipendente, il dottore in scienze biologiche Boris Kovrov, ha svolto un ruolo estremamente importante nell'implementazione tecnica del sistema. Aveva la capacità di prendere decisioni progettuali rapide e, soprattutto, ottimali. È stato lui ad avere l'idea di trasferire le modalità di manutenzione del sistema “internamente”, cioè agli stessi tester. A questo proposito, BIOS-3 si confronta favorevolmente con tutti gli ZES artificiali stranieri. Durante gli esperimenti, su di esso venivano costantemente condotte ricerche mediche sulla condizione umana. Inoltre, il lavoro si è svolto con la partecipazione attiva dei dipendenti IBMP sotto la guida dell'accademico Oleg Gazenko e la supervisione diretta è stata effettuata dal candidato alle scienze mediche Yuri Okladnikov. Va notato che durante l'intero periodo degli esperimenti BIOS-3 (durato complessivamente circa 11 mesi) non si è verificato un solo caso di problemi con la salute dell'equipaggio di prova.
La tecnologia rivoluzionaria più importante è stata l'inclusione delle piante superiori nel ciclo, che è diventato la base per fornire agli esseri umani ossigeno, cibo e acqua. Il suo autore, il dottore in scienze biologiche Heinrich Lisovsky, ha motivato e messo in pratica l'idea di selezionare piante superiori e poi sostituirle completamente con l'alga non commestibile clorella. Soprattutto per un ecosistema chiuso, lo scienziato ha sviluppato nuova varietà grano a stelo corto, in cui circa il 50% della biomassa totale era costituito da cereali.
Aggiungiamo anche che il lavoro sul BIOS-3 ha accelerato notevolmente l'emergere di nuove tecnologie. In particolare, è stato possibile comprovare scientificamente la scelta delle caratteristiche energetiche e spettrali della radiazione visibile per il collegamento fototrofico dei sistemi di supporto della vita umana, determinare il posto della luce bianca nell'illuminazione delle comunità vegetali sia in natura che in condizioni artificiali e formulare la formula concetto di controllo della luce del processo produttivo nelle piante, tenendo conto dei vari livelli di organizzazione dell'apparato fotosintetico.
In particolare, sono stati proposti regimi di coltivazione vari tipi piante sulla stazione lunare. Si presumeva che se lì operasse un sistema di supporto vitale biorigenerativo, per far crescere le piante al suo interno (ripetiamo, una fonte di cibo e ossigeno), è necessario "insegnare" loro a crescere nelle condizioni del giorno lunare, ad es. C'è luce continua per circa 14 giorni terrestri e la notte per circa la stessa quantità. Questo insolito problema è stato risolto da Lisovsky e dai suoi colleghi. Hanno trovato parametri ambientali in cui era possibile coltivare piante accettabili sia in termini di biomassa commestibile che di composizione biochimica. Ciò ci consente di considerare possibile utilizzare l’energia del Sole per costruire sistemi di supporto vitale biorigenerativo sulla Luna.
La giornata di oggi
Attualmente, il nostro istituto sta risolvendo contemporaneamente due compiti chiave: la modernizzazione tecnica del sistema BIOS-3 e lo sviluppo delle basi scientifiche delle tecnologie per aumentare il grado di processi a ciclo chiuso. La loro implementazione è supportata da una serie di sovvenzioni da parte della SB RAS e da una serie di contratti con l'Agenzia spaziale europea. Vengono utilizzate anche le risorse interne dell'IBF.
Attribuiamo un'importanza eccezionale al secondo di questi ambiti. Tra i risultati già raggiunti c'è l'utilizzo di biomasse vegetali non commestibili. Per coinvolgerlo nella circolazione intrasistemica, stiamo sviluppando una tecnologia per l'ossidazione biologica utilizzando un substrato simile al suolo. È un prodotto della lavorazione della paglia di grano da parte di vermi e microflora, che allo stesso tempo funge da strato radicale per le piante. Inoltre, la microflora del substrato inibisce i microrganismi patogeni nella zona radicale delle piante, contribuendo a proteggerle dalla putrefazione.
Un altro risultato: una tecnologia di impegno rispettosa dell'ambiente sale da tavola nel trasferimento di massa intrasistemico. Come è noto, NaCl è contenuto, in particolare, nelle secrezioni liquide umane, ma la sua concentrazione in esse può essere letale per le piante. Pertanto, l'inclusione di questo composto nel ciclo biologico ha richiesto l'uso di un metodo fisico-chimico di mineralizzazione delle secrezioni liquide. L'idea è questa: in una variabile campo elettrico Viene posta una soluzione acquosa di perossido di idrogeno, dalle cui molecole viene separato l'ossigeno atomico, che è un forte agente ossidante.
Aspetto di un piccolo ecosistema artificiale: 1 – irradiatore con sorgente luminosa ad alta intensità; 2 – legame fototrofico (piante superiori) all'interno di una camera stagna; 3 – manipolatori per operare all'interno della camera senza romperne la tenuta; 4 – blocco di terreno con substrato simile al suolo; 5 – rack strumenti per il controllo
e mantenimento automatico dei parametri ambientali all'interno della camera; 6 – parete di una camera stagna in acciaio inossidabile.
In un tale ambiente, riduce i rifiuti vegetali e animali in componenti minerali, dopo di che vengono utilizzati dalle piante come fertilizzanti. Questo metodo fisico-chimico è ecologico e relativamente a basso consumo energetico. Il prodotto di partenza per la produzione dell'acqua ossigenata è l'acqua; nelle ZES biorigenerative non scarseggia, cioè praticamente tutti i prodotti iniziali necessari per supportare il lancio processo tecnologico, vengono facilmente inclusi nel ciclo. È importante che, a differenza di quanto tradizionalmente utilizzato nei sistemi di supporto vitale navicella spaziale processi fisici e chimici, ciò avviene a temperature fino a 100 0 C e pressione normale.
È vero, la soluzione mineralizzata ottenuta in questo modo contiene una concentrazione di NaCl inaccettabile per le principali specie di piante superiori. Pertanto, dovrebbe inizialmente essere utilizzato per la coltivazione di salicornia commestibile dall'uomo ( Salicornia europaea) – pianta annuale della famiglia degli amaranto, capace di crescere su terreni ad alto contenuto di sale da cucina e di accumularlo fino al 50% del suo peso secco. Quindi la concentrazione di NaCl in soluzione nutritiva scende a valori accettabili per un suo successivo utilizzo nella coltivazione di altre specie vegetali.
Una soluzione fondamentale al problema del coinvolgimento delle secrezioni liquide umane nel ciclo apre la possibilità di eliminare completamente il vicolo cieco, vale a dire sostanze inaccettabili per un ulteriore utilizzo nella ZES associate ai suoi esometaboliti (prodotti metabolici rilasciati nell'ambiente esterno), la loro inclusione nella circolazione intrasistemica. A questo proposito, l’IBP ha proposto una serie di tecnologie appropriate. Il fatto è che il problema con gli esometaboliti umani solidi è molto più semplice da risolvere: non contengono NaCl e il loro coinvolgimento nel trasferimento di massa dopo la sterilizzazione non presenta particolari difficoltà.
Prospettive per domani
La formazione di ecosistemi chiusi ha due prospettive applicative ben definite: applicazioni spaziali e terrestri. Il primo è legato allo sviluppo di modelli fisici dei processi di circolazione stabile per basi stazionarie lunari e marziane. La composizione dei sistemi, le loro funzioni specifiche e le principali caratteristiche di progettazione sono determinate principalmente dal tipo di una particolare stazione planetaria, dai suoi compiti, dalla durata di esistenza, dal numero di membri dell'equipaggio, dalle restrizioni di peso ed energia, nonché da una serie di altri requisiti (medico, operativo, ecc.).
In letteratura puoi trovare varie opzioni sistemi di supporto vitale basati sia su riserve e metodi fisici e chimici di rigenerazione dell'atmosfera e dell'acqua, sia sull'introduzione nella catena dei corrispondenti anelli biologici (microalghe, piante superiori, pesci, ecc.). L'esperienza accumulata presso IBP ci consente di concentrarci sull'implementazione di un sistema integrato di supporto vitale biologico-fisico-chimico con il ruolo dominante del primo componente. Quando si dispiega un sistema solare biorigenerativo planetario (usando l’esempio di un’ipotetica missione su Marte), la rigenerazione dell’atmosfera della stazione, costruita solo su piante superiori, ne risentirà inconveniente significativo– grande inerzia associata al lungo ciclo del loro sviluppo. Il funzionamento stazionario di un tale sistema è possibile solo diversi mesi dopo l'inizio del lancio: ad esempio, la fornitura completa di acqua e ossigeno all'equipaggio è realistica dopo 2 mesi e la parte vegetale della dieta - dopo 3-4 mesi . E durante questo periodo, solo il citato coltivatore di alghe sarà in grado di fornire all'equipaggio acqua e ossigeno: con una produttività di 600 g/giorno di sostanza secca, risolverà completamente il problema della normalizzazione dell'ambiente aereo per l'uomo.
Naturalmente, parallelamente al lancio di quest'ultimo, è necessario “accendere” il trasportatore delle piante più alte. Man mano che si formano, il carico sul trasportatore di alghe diminuirà a tal punto che quest'ultimo potrà essere fermato. Pertanto, durante lo spiegamento di una ZES biorigenerativa in una stazione planetaria, è consigliabile passare a uno schema di funzionamento basato solo su piante superiori che forniscono all'uomo ossigeno e cibo vegetale.
Per quanto riguarda le applicazioni terrestri di ZES, sono possibili in un'ampia varietà di settori. Pertanto, le tecnologie di illuminazione sviluppate appositamente per ZES possono diventare la base per la creazione lampade a risparmio energetico con spettrale e su base fisiologica caratteristiche energetiche. Queste sorgenti luminose sono utilizzabili in particolare per ottenere prodotti vegetali rispettosi dell'ambiente in regioni con condizioni naturali sfavorevoli. Le case che utilizzeranno tali tecnologie a ciclo chiuso potranno garantire alle persone un’esistenza autonoma per un lungo periodo (ad esempio, durante i periodi di forte gelo e maltempo in regioni settentrionali, in zone montuose difficili da raggiungere) con chiusura parziale della riproduzione del cibo vegetale, disinfezione e smaltimento dei rifiuti, nonché rigenerazione atmosferica. I calcoli mostrano che il consumo di energia casa ecologica addirittura più basso del solito.
Un'altra applicazione terrestre è un modello di circolazione nella biosfera. Attualmente nella comunità scientifica è in corso un ampio dibattito sui possibili cambiamenti climatici sul nostro pianeta. Tuttavia, non vi è ancora una comprensione sufficiente delle loro cause e dei loro meccanismi. La modellizzazione avvicinerà le risposte a molte domande, consistenti nell'attenzione a quelle più basilari, fondamentali per il funzionamento del sistema (in in questo caso parametri della biosfera). Tali approcci sono verificabili non solo a livello di biosfera, ma anche sui cosiddetti sistemi “simili alla biosfera”. Sulla base dei risultati ottenuti, è possibile sviluppare modelli di simulazione con una comprensione fondamentalmente nuova dei processi della biosfera globale.
È vero, a questo proposito, è necessario creare ecosistemi artificiali semplificati simili a biosfera con un alto grado di chiusura del ciclo delle sostanze e una massa di scambio relativamente piccola, che abbiano anche una certa rappresentatività rispetto ai biota naturali.
Sono già in fase di sviluppo presso l’IBP; possono essere uno strumento efficace per modellare i processi della biosfera, compresi gli studi sulla loro resistenza ai fattori antropici. In un tale sistema, sotto luce artificiale in condizioni sigillate, viene mantenuto un processo circolare tra due collegamenti principali: fotosintetico (piante superiori) ed eterotrofico (substrato simile al suolo). La composizione del gas dell'ambiente, la temperatura e l'umidità vengono mantenute automaticamente. Creare vari fattori impatto sul sistema (cambiamenti di temperatura, concentrazione di CO 2, ecc.), è possibile valutarne la risposta e testare determinati scenari di cambiamento climatico.
Appunti
Vedi: O. Gazenko, A. Grigoriev, A. Egorov. Medicina spaziale: ieri, oggi, domani. – La scienza in Russia, 2006, n. 3,4; A. Grigoriev, B. Morukov. Marte si sta avvicinando. – Science in Russia, 2011, n. 1 (n.d.r.).
Vedi: E. Galimov. Prospettive sulla scienza planetaria. – La scienza in Russia, 2004, n. 6; K. Trukhanov, N. Krivova. Marte dovrebbe assorbire il campo magnetico terrestre? – Science in Russia, 2010, n. 3 (n.d.r.).
I sistemi simili alla biosfera sono ecosistemi artificiali chiusi in cui si formano e operano cicli di scambio di materia, che hanno un alto grado di somiglianza con i cicli di scambio di materia globale della biosfera (nota dell'autore).
Esperimenti sulla creazione di sistemi ecologici chiusi ai fini del supporto della vita umana (per il lavoro nello spazio o in condizioni climatiche estreme sulla Terra o, ad esempio, per il salvataggio in caso di un forte deterioramento delle condizioni di vita sul pianeta) sono stati e sono tuttora in corso effettuato a paesi diversi, compreso il nostro. Probabilmente il più spettacolare e visivo di questi è stato effettuato nel 1991-94 in Arizona ed è stato il primo tentativo su larga scala di modellare i processi che si verificano negli ecosistemi naturali della Terra. Su un'area di un ettaro e mezzo è stato realizzato un complesso sigillato di diversi edifici e serre, all'interno del quale, oltre ad abitazioni e locali tecnici, sono stati semplificati 5 biomi: foresta tropicale, barriera corallina oceanica, deserto, savana ed estuario di mangrovie, nonché un'agrocenosi per la coltivazione di cibo e bestiame. Tutto questo insieme avrebbe dovuto funzionare completamente ecosistema chiuso(dall'esterno veniva fornito solo un afflusso di energia, ma per gli ecosistemi terrestri proviene anche dall'esterno - dal Sole), garantendo l'esistenza autonoma di 8 persone per diversi anni.
2)
Le foto della costruzione di "Biosphere 2" ricordano chiaramente le riprese della creazione del pianeta dal film "Guida galattica per gli autostoppisti"
In totale, circa 3.000 specie di animali e piante erano racchiuse in una serra gigante, la cui composizione delle specie è stata selezionata per simulare al meglio il ciclo delle sostanze della biosfera, compresa la produzione e la decomposizione della materia organica, compresa la decomposizione naturale dei rifiuti umani.
Per compensare le cadute di pressione nel complesso dovute alle variazioni della temperatura giornaliera, in una cupola separata è stato installato un dispositivo soprannominato "polmone": un enorme disco di alluminio che sale e scende, collegato alle pareti con una membrana di gomma flessibile. Il compensatore non ha tanto impedito la distruzione di strutture con una differenza critica di pressione, ma piuttosto ha ridotto al minimo lo scambio di gas della Biosfera-2 con l'atmosfera terrestre attraverso microfessure nella struttura: è quasi impossibile sigillare idealmente una stanza così grande, e le perdite (o afflussi) aumentano con l'aumentare del gradiente di pressione tra l'ambiente esterno e quello interno. Il volume totale dell'atmosfera del complesso era di circa 204.000 metri cubi, lo scambio con l'atmosfera terrestre per unità di tempo era - misurato appositamente - 30 volte inferiore alla perdita d'aria dello Space Shuttle nello spazio.
Il 26 settembre 1991, i ricercatori volontari - quattro uomini e quattro donne - chiusero ermeticamente le porte dietro di loro e l'esperimento ebbe inizio. La comunicazione con il mondo esterno avveniva solo tramite Internet, il telefono e guardando attraverso le pareti di vetro.
16)
L'ultimo fotogramma è moderno, quindi i monitor CRT sono intervallati da monitor LCD. Ma è stato realizzato nella stessa cupola visibile sul KDPV.
Le primissime settimane dell'esperimento hanno dimostrato che ripristinare l'equilibrio naturale non è così semplice. I livelli di ossigeno hanno iniziato a diminuire di circa lo 0,5% ogni mese. E si è scoperto non che gli sperimentatori calcolassero erroneamente il numero di "coloni", sovrappopolando la stazione, ma nella proliferazione imprevista di microrganismi - hanno letteralmente riempito i raccolti, la savana e la foresta, distruggendo piantine e cambiando l'ecosistema per adattarli a loro, a prescindere dei piani umani. A proposito, l'umanità si trova già ad affrontare il problema dei microbi nello spazio, ad esempio sulla ISS, dove piccoli bastardi che si moltiplicano attivamente in angoli e fessure difficili da raggiungere danneggiano persino i meccanismi, danneggiando polimeri e sostanze organiche, promuovendo la corrosione dei metalli, la formazione di biofilm e “coaguli di sangue” nelle condutture e nei sistemi di rigenerazione dell’acqua.
Il secondo problema erano i macrorganismi. Per colpa di catene alimentari gli ecosistemi artificiali della "Biosfera-2" si rivelarono incompleti, abbattuti, anche gli insetti e altri invertebrati iniziarono a comportarsi non come previsto, ma a loro piacimento. Per qualche ragione, gli impollinatori iniziarono a estinguersi e il numero di altre creature, in assenza di nemici naturali, iniziò a crescere in modo incontrollabile, trasformandole da aiutanti in parassiti. Allo stesso tempo, inaspettato effetti collaterali- gli scarafaggi, ad esempio, assumevano il ruolo di impollinatori, ma questo non aiutava molto: cercavano di divorare il raccolto prodotto con il loro aiuto, consumando anche il prezioso ossigeno.
La situazione era complicata dal fatto che i pesticidi non potevano essere utilizzati nell'esperimento - non per ragioni etiche, ma perché i processi di autodepurazione in ecosistemi così piccoli e persino chiusi sono molto lenti, il che significa che l'avvelenamento chimico di tutti gli abitanti , comprese le persone, sarebbe inevitabile.
21)
I giacinti acquatici venivano utilizzati anche per purificare l'acqua (in primo piano)
Di conseguenza, i "coloni" (anche se un paio di settimane dopo l'inizio dell'esperimento erano già 7 - uno dei partecipanti ha lasciato il progetto a causa di un infortunio) hanno dovuto affrontare non solo la mancanza di aria, ma anche di cibo. Era necessario aumentare la densità della semina del grano e inoltre piantare mango e papaia nella foresta tropicale. Per paura dei parassiti provenienti dal mondo esterno, sono stati consegnati 40 gechi e 50 rospi.
L'introduzione di manghi e rospi, in linea di principio, non contraddiceva le condizioni dell'esperimento: si trattava, per così dire, di una correzione dei calcoli iniziali. Ma quando il contenuto di ossigeno è sceso dal 21% al 15% - ad un'altitudine di 4 km - gli organizzatori dell'esperimento, segretamente al pubblico, sono ricorsi a un "imbroglio" diretto: hanno iniziato a pompare ossigeno nel complesso. Anche i gechi non hanno salvato la situazione: ogni giorno era necessario dedicare molto tempo alla raccolta manuale dei parassiti, ma ciò non ha aiutato a far fronte alla crisi alimentare, e quindi all'ossigeno "dalla terraferma" sono stati aggiunti prodotti (questi fatti furono nascosti e furono scoperti in seguito).
Durante l'esperimento furono scoperte altre circostanze impreviste. Alcuni sono semplicemente interessanti: ad esempio, al mattino pioveva nelle serre: l'umidità si condensava sul tetto di vetro e al mattino cadeva, di conseguenza, qualche tempo dopo l'inizio dell'esperimento, il "deserto" divenne il secondo "savana".
Tra i problemi imprevisti vale la pena notare la mancanza di vento: si scopre che per il normale sviluppo gli alberi necessitano di oscillazioni regolari, senza di esse i tessuti meccanici del legno non sono sufficientemente sviluppati - anche gli alberi necessitano di addestramento! Senza vento, i tronchi e i rami degli alberi della Biosfera-2 diventavano fragili e si rompevano sotto il loro stesso peso.
A differenza del vento, i creatori hanno previsto il fattore onde per il pieno funzionamento dell '"oceano" e dell'"estuario": un meccanismo speciale ha creato il movimento dell'acqua. Durante l'esperimento, i coralli hanno prodotto 85 colonie figlie. Tuttavia, molti altri abitanti dell’“oceano” e di altri biomi si sono estinti o sono diminuiti di numero.
Abbastanza rapidamente dentro tutta altezzaè sorto il problema della compatibilità psicologica. Di conseguenza, il team di persone costantemente rinchiuse in casa l’una l’altra si è diviso in due gruppi opposti. I dettagli non sono stati resi noti, ma, scrivono, gli ex partecipanti all'esperimento evitano ancora oggi di incontrare membri del “campo opposto”. Il fattore è noto, molti reality show si basano su di esso, ma ciò ha fortemente interferito con la conduzione di un esperimento dedicato a un argomento completamente diverso. E tutto ciò è avvenuto in condizioni di costante comunicazione con il mondo esterno, possibilità di aiuto da parte di uno psicologo, ecc. - e la maggior parte di noi può solo immaginare quali forme possa assumere l'antagonismo inaspettatamente emergente in un piccolo gruppo di una colonia completamente autonoma.
Di conseguenza, il 26 settembre 1993 l'esperimento dovette essere interrotto. Nel 1994 fu effettuato un secondo tentativo, a seguito del quale gli sponsor abbandonarono il progetto, riconoscendo che l'esperimento non aveva portato i risultati attesi, e trasferirono il complesso alla Columbia University. Nel 1996 si decise di interrompere l'esperimento e di allontanare le persone dalla struttura, poiché non riuscivano a risolvere il problema della nutrizione e del mantenimento di una composizione dell'aria costante. Le ricerche sulla biosfera artificiale continuarono, ma senza soggetti umani e senza un rigido regime autonomo. Alcuni biomi sono diventati accessibili agli escursionisti e nelle fotografie di tali escursioni si può osservare l'attuale triste stato della biosfera artificiale:
Nel 2005, "Biosphere-2" è stato messo in vendita e, per quanto ho capito, è ancora in vendita fino ad oggi.
Questo esperimento può essere definito un fallimento, ma non senza risultati. Naturalmente, durante la sua realizzazione e il lavoro successivo, sono stati ottenuti molti dati che saranno utili (e sono già utili) in ulteriori studi di questo tipo. In generale, possiamo dire che il percorso verso la creazione di ecosistemi completamente autonomi e regolati con successo in grado di garantire l'esistenza, ad esempio, di coloni su un altro pianeta è ancora lungo. Tuttavia, al diavolo loro, i coloni: "Biosphere-2" è uno degli esempi eclatanti in cui gli investimenti nella ricerca sulla tecnologia spaziale alla fine aiutano a migliorare la vita qui sulla Terra.
E la seconda conclusione “inversa” di questa affascinante storia: non saremo in grado di conquistare lo spazio finché non impareremo a preservare, ripristinare e regolare l'ambiente sulla Terra. Non siamo ancora in grado di stabilire insediamenti autonomi a lungo termine in orbita e su altri pianeti, e il punto non è affatto nei finanziamenti e nella potenza dei motori: non disponiamo ancora delle conoscenze e dell'esperienza necessarie per creare un ambiente di supporto vitale. E "salvare lo spazio da un disastro ambientale" è generalmente un ossimoro, come un quadrato rotondo.
Da più di 40 anni una pianta vive in una grande bottiglia con tappo. Nessuna aria o acqua proveniente dall'esterno.
Questo audace esperimento è stato condotto una volta da David Latimer, un giardiniere ottantenne della città di Cranleigh, nel Regno Unito. Nel 1960 lanciò il suo primo “giardino in bottiglia”. E nel 1972 sigillò per sempre la bottiglia con un tappo. Pertanto, la pianta nella foto qui sotto vive in un vaso da 52 anni e 41 di essi sono completamente indipendenti.
La pianta vive e non muore grazie a ciò che raccoglie energia solare L'energia necessaria per la fotosintesi è ancora più semplice con l'acqua: nella bottiglia c'è semplicemente un ciclo dell'acqua. Evapora e si condensa sulle pareti della bottiglia, questo è sedimento. Nutrienti la pianta riceve dal compost, in cui vengono trasformate le foglie cadute. Pertanto, questa pianta può teoricamente vivere per sempre, a meno che alcuni fattori esterni non la influenzino. È interessante notare che il giardiniere inizialmente ne piantò quattro piante diverse, tuttavia, solo i più forti sopravvissero.
Realizzare un ecosistema così chiuso in bottiglia non è così difficile:
- Per prima cosa devi trovare un recipiente di vetro adatto con un collo sufficientemente largo per un accesso più facile.
- Necessario buon terreno e compost.
- E, naturalmente, la pianta stessa. Consigliato come pianteAdiantum (Paportonium) , alcuni tipi Tradescantia (Tradescantia) e piccoli germogliClorofito (Chlorophytum).
- Hai solo bisogno di annaffiare 1-2 volte prima di sigillare.
Bellissimo ecosistema chiuso, che può esistere finché c'è la luce solare. Anche se tutta la vita sul pianeta si estinguesse.
Ed ecco un video con l'eroe, dove racconta come è successo tutto e mostra il suo ecosistema.
