Летим к звездам. Жизнь на экзопланете.
Подробнее
Не так давно мы пытались найти, а точнее изменить, для наших нужд планету. И это у нас получилось! Разными способами и возможностями, но мы доказали, что это возможно. А что делать в тех мирах где это не выгодно с экономической или какой либо другой точки зрения? Строить города под куполом! Ну или хотя бы махонькие купола, изолирующие нас от внешнего мира. Такие "Дома за пределами земли" мы будем строить на Луне, Марсе, Калипсо, Титане и других спутниках и экзопланетах вселенной. В предыдущем размышление мы выяснили, нам нужен воздух, вода и еда. Если с водой дела обстоят очень просто. Её в космосе полным полно. То с едой и воздухом сложнее. Сегодня и поразмышляем на эту тему. Кислород. Он жизненно необходим нам. Он источник энергии, точнее реакции окисления с его участием. Так уж устроен наш организм. И заменить его не чем. В условиях изолированного пространства, у нас сложится его дефицит. Как с этим бороться? Хороший вопрос! Молекула воды состоит из двух атомов водорода и одного кислорода: Темно синие шарики - водород. Светлый в вершине треугольника - кислород (извиняйте за картинку, более менее наглядную в приемлемом качестве только эту нашел) Может как нибудь выдернуть атом кислорода? Воды то у нас достаточно. И особого дефицита в ней нет. А ведь можно! Метод этот называют электролиз. Электролиз — физико-химический процесс, состоящий в выделении на электродах составных частей растворённых веществ или других веществ, являющихся результатом вторичных реакций на электродах, который возникает при прохождении электрического тока через раствор, либо расплав электролита. Упорядоченное движение ионов в проводящих жидкостях происходит в электрическом поле, которое создается электродами — проводниками, соединёнными с полюсами источника электрической энергии. Анодом при электролизе называется положительный электрод, катодом — отрицательный. Положительные ионы — катионы — (ионы металлов, водородные ионы, ионы аммония и др.) —движутся к катоду, отрицательные ионы — анионы — (ионы кислотных остатков и гидроксильной группы) —движутся к аноду Разложение воды начинается при подаче на электроды чуть больше 1,8 вольта Если подавать 1 вольт, то ток практически не идёт и не выделяется газ, а вот когда напряжение подходит к значению 1,8 вольта, то ток резко начинает расти. Это называется "минимальный электродный потенциал" при котором начинается электролиз. Соответственно, чем меньше этот потенциал - тем мы меньше потратим Ватт для получения литра газа. Крайне не выгодно создать два больших электрода и подать на них тысячу вольт. Энергия будет расходоваться на нагрев. Наиболее эффективный способ это создание своего рода ячеек. В каждой из которых помещены по два электрода и на них подается по два вольта. Или же просто большая емкость заполняется необходимым числом электродов исходя из напряжения источника. Чем больше расстояние - тем больше сопротивление, тем больше потратим тока для получения литра газа. Чем меньше расстояние - тем меньше потратим Ватт в Час на Литр газа Далее будем пользоваться именно этим термином (Ватт в Час на Литр) -показатель экономичности электролизёра. Площадь электрода так же играет не малое значение. Стержень не подходит. Эффективнее использовать пластины. Количество тока и газа увеличивается прямо пропорционально площади пластин. Чем выше температура - тем меньше сопротивление электролита - тем лучше! Каждый металл обладает своей характеристикой -" минимальный вольтаж для начала электролиза" Например у Никеля он меньше. На никеле электролиз начинается при 1,8 вольта, у железа где-то 1,9. Так что не каждая пластинка подойдет. Неплохой способ. Воды уйма. Энергии в принципе тоже. Метал есть в любом случае. Конечно, не самый экономичный способ. Примерные затраты на литр газа, а вернее на пол литра кислорода составляют около 2.3 Вт энергии. Огого сколько мы потратим, чтобы например тысяча человек нормально дышали. А еще как мы помним, нужно отводить углекислый газ иначе смерть. Человек, в среднем, за сутки пропускает через свои легкие 16 кубометров воздуха. Взяли значение при нагрузке и работе. Сидеть то не будем. А именно кислорода около 4 кубов. Тысяча человек потребит уже 4 тысячи кубов в день. Это уже 4 миллиона литров! Или 9.2 миллиона Вт энергии - 9.3 мВт. К примеру мощность Саяно-Шушенской ГЭС всего 321 мВт. Но она ни капли не маленькая. И её КПД более 80%. Но на другой планете ГЭС мы построить скорее всего не сможем. Многие проблемы решили бы термоядер или управляемая сингулярность. Но пока это фантастика. Сделаем один большой вывод. Как бы ни был заманчив этот метод, увы и ах пока что слишком дорог и тяжело реализуем. Мы ведь просчитали минимальное количество газа. Не учли использование его в химической промышленности и металлургии. А ведь колония должна быть самодостаточна. Еще не учли ТО установки (ее износ и обслуживание) А значит мы как минимум должны иметь резерв кислорода. Кроме этого нам понадобятся сильнейшие фильтры и химические реакторы поглощающие углекислый газ из воздуха. Перспективный вид получения кислорода, но в отдаленном будущем. Но нам уже нужно лететь! Осваивать тот же Марс или луну. Что делать? Оранжереи! Растения это естественный источник кислорода и поглотитель углекислоты. Фабрика продовольствия. И место памяти о доме, эдакий психологический успокоитель в замкнутом пространстве. Но обо всем по подробнее. Как же растения производят кислород? Ответ прост. Фотосинтез. Фотосинтез (от др.-греч. срйх; — свет и слМесл^ — соединение, складывание, связывание, синтез) — процесс образования органических веществ из углекислого газа и воды на свету при участии фотосинтетических пигментов (хлорофилл у растений, бактериохлорофилл и бактериородопсин ] бактерий). В современной физиологии растений под фотосинтезом чаще понимается фотоавтотрофная функция — совокупность процессов поглощения, превращения и использования энергии квантов света в различных эндэргонических реакциях, в том числе превращения углекислого газа в органические вещества. Существует несколько видов фотосинтеза. Бесхлорофильный и хлорофильный. Нас естественно интересует последний. А именно Хлорофильный оксигенный- фотосинтез сопровождается выделением кислорода в качестве побочного продукта. При оксигенном фотосинтезе осуществляется нециклический электронный транспорт, хотя при определенных физиологических условиях осуществляется исключительно циклический электронный транспорт. В качестве донора электронов при нециклическом потоке используется крайне слабый донор электронов — вода. Оксигенный фотосинтез распространён гораздо шире. Характерен для растений и цианобактерий. Если объяснять доступным языком, то его суть довольно проста. Процесс фотосинтеза состоит из двух последовательных и взаимосвязанных этапов: светового (фотохимического) и темнового (метаболического). На первой стадии происходит преобразование поглощенной фотосинтетическими пигментами энергии квантов света в энергию химических связей высокоэнергетического соединения АТФ и универсального восстановителя НАДФН — собственно первичных продуктов фотосинтеза, или так называемой «ассимиляционной силы». В темновых реакциях фотосинтеза происходит использование образовавшихся на свету АТФ и НАДФН в цикле фиксации углекислоты и ее последующего восстановления до углеводов. У всех фотосинтезирующих организмов фотохимические процессы световой стадии фотосинтеза происходят в особых энергопреобразующих мембранах, называемых тилакоидными, и организованы в так называемую электрон-транспортную цепь. Темновые реакции фотосинтеза осуществляются вне тилакоидных мембран (в цитоплазме у прокариот и в строме хлоропласта у растений). Таким образом, световая и темновая стадии фотосинтеза разделены в пространстве и во времени. НАДФН синтеза углеводов , Кальвина ФОТОСИНТЕЗ НАДФН СВЕТОВАЯ ФАЗА (I гранах хлоропласта) СВЕТ Фотолиз воды УГЛЕВОДЫ 6СО2 + 6Н2О—► СбН^Сб + 6О2 Хлоропласт Немного исторического экскурса. Существующие данные указывают на то, что наиболее древними организмами, запасающими энергию света в форме химической энергии были археи, осуществляющие бесхлорофилльный фотосинтез при котором не происходит образования восстановителя НАДФН и фиксации углекислого газа, а энергия запасается лишь в форме АТФ. Несколько позже (3,7—3,8 миллиарда лет назад) независимо от архей и многократно в ходе эволюции возникали организмы (зеленые, пурпурные бактерии и другие группы эубактерий) с одной из фотосистем позволяющей осуществлять аноксигенный фотосинтез, при котором в качестве доноров электронов используются соединения с низким редокс-потенциалом (водород, сульфиды и сероводород, сера, соединения железа (II), нитриты) или осуществляется циклический поток электронов вокруг фотосистемы. Система оксигенного фотосинтеза при которой в электрон-транспортной цепи совместно функционируют две фотосистемы, характерная для цианобактерий и происшедших от них в ходе эндосимбиоза хлоропластов водорослей и высших растений, возникла в эволюции однократно по разным оценкам от 3,5 до 2,4 миллиардов лет назад. Появление фотосистемы II позволило использовать в качестве неограниченного донора электронов воду — соединение с высоким редокс-потенциалом, то есть не склонное выступать в окислительно-восстановительных процессах в роли восстановителя, однако крайне распространенное на Земле. С момента появления оксигенных фотосинтезирующих организмов начинается увеличение содержания молекулярного кислорода (сильный окислитель) на Земле, что приводит к накоплению кислорода в водах мирового океана, к окислению горных пород, к формированию озонового экрана и в конечном счете к накоплению кислорода в атмосфере планеты. Таким образом возникновение системы оксигенного фотосинтеза рассматривается как причина кислородной катастрофы и в частности перестройки древней восстановительной атмосферы Земли и формированию современной атмосферы окислительного типа. Формирование озонового слоя, защищающего поверхность Земли от опасного для живых организмов высокоэнергетического ультрафиолетового излучения, сделало возможным выход жизни на сушу. Одновременно с описанными перестройками гидро-, лито- и атмосферы происходили значительные изменения в биосфере: накопление кислорода привело к смене доминирующих анаэробных сообществ аэробными. Но вернемся в наши дни. А сколько нужно деревьев и растений? И хватит ли этого? В среднем за один солнечный день 1 гектар леса поглощает из воздуха 120-280 кг углекислого газа и выделяет 180-200 кг кислорода это примерно равно 14 тысячам литров или 14 кубометрам. Одно дерево производит почти суточное количество кислорода для трех человек! Здорово, не правда ли. Но не все так просто! Деревья его так же и поглощают. Для своих нужд одно дерево поглотит примерно половину произведенного кислорода. Не шибко экономно, но уже хорошо. Так еще и пища для нас, а возможно и скота. Примем, что одно дерево обеспечит одного человека. Для тысячи человек нужно посадить тысячу деревьев. Возьмем с запасом две тысячи. Одно дерево, в среднем, занимает площадь в 3 квадратных километра. Квадрат 100*100 метров или гектар вместит три тысячи с копейками деревьев. Как говорится за глаза! И по лесу погулять, и покушать. Все хорошо! А, что если мы можем уменьшить эти площади. Или вообще использовать уже используемые например водой. Фитопланктон! Фитопланктон (от греч. сритоу — растение и тгАсп/ктоу — блуждающий, странствующий) — часть планктона, которая может осуществлять процесс фотосинтеза. К фитопланктону относятся протококковые водоросли, диатомовые водоросли, динофлагелляты, кокколитофориды, и другие одноклеточные водоросли (часто колониальные), а также цианобактерии. Обитает в фотической зоне водоёмов, населяя толщу воды. Фитопланктон является первичным продуцентом органического вещества в водоёме и служит пищей для зоопланктона и зообентоса. Бурное размножение фитопланктона вызывает «цветение воды». Промышленное культивирование и биотехнологическая конверсия морского фитопланктона рассматривается как одно из наиболее перспективных направлений в области получения биотоплива Первичное производство биомассы осуществляется путём культивирования фитопланктона в искусственных водоёмах, создаваемых на морском побережье. Вторичные процессы представляют собой метановое брожение биомассы и последующее гидроксилирование метана с получением метанола. Он вырабатывает в 10 раз больше кислорода, чем нужно ему самому. И с лихвой обеспечит нас. Но это еще не все. Из него можно делать пищу. Он будет пищей для рыб например. А если его чуть чуть подправить, генокод например. Возможности будут ограничены фантазией. Почему же я считаю его наиболее перспективным и выгодным. Как известно, на Титане под ледяной корой жидкий океан. Построй мы там подводную базу. С деревьями будет сложновато. Создать гектар герметичного пространства под водой менее выгодно чем заполненного той же водой и подогреваемого реактором. Кислород, пища и вода в одном флаконе. А вот еще. Вместо гигантской оранжереи мы используем запас воды корабля. Поставить там лампы и все! Экономим место. Конечно, небольшие оранжереи останутся. Приятно прогуляться среди деревьев. Но я считаю что будущее за фитопланктоном. Будь то на космическом корабле или в колонии человечества.
Интересный космос,Всё самое интересное,интересное, познавательное,,разное,длинопост,много текста
Еще на тему
-0.4
1.3
0.0
