Crédit d'image: NASA
Localement, la Terre a ses extrêmes habitables: l'Antarctique, le désert du Sahara, la mer Morte, l'Etna. À l’échelle mondiale, notre planète bleue est positionnée dans la zone habitable du système solaire, ou région des Boucles d’Or, où la température et la pression sont propices à l’eau liquide et à la vie. À travers les frontières de cette zone de goldilocks en orbite autour de nos deux voisins: la planète galopante à effet de serre, Vénus - qui en termes de goldilocks est «trop chaud» - et la planète rouge glaciale, Mars, qui est «trop froide».
Avec une température mondiale moyenne de -55 C, Mars est une planète très froide. Les modèles standard de réchauffement de Mars augmentent d'abord cette température moyenne avec les gaz à effet de serre, puis plantent des cultures adaptées au froid et des microbes photosynthétiques. Ce modèle de terraformation comprend diverses améliorations telles que des miroirs orbitaux et des usines chimiques qui déversent des fluorocarbones. Finalement, avec l'aide de la biologie, de l'industrialisation et du temps, l'atmosphère commencerait à devenir plus épaisse (l'atmosphère martienne actuelle est 99% plus mince que la Terre). La terraformation de Mars, en fonction du choix et de la concentration des gaz à effet de serre utilisés, peut prendre plusieurs décennies, voire plusieurs siècles, avant qu'un astronaute puisse commencer à lever une visière et, pour la première fois, respirer de l'air martien. De telles propositions lanceraient le premier effort conscient d'ingénierie planétaire et viseraient à transformer l'environnement mondial en un environnement moins hostile à la vie telle que nous la connaissons terrestre.
Une autre version de ces changements mondiaux est une version locale familière à ceux qui ont parcouru le Sahara. Parfois, la vie s'épanouit dans une oasis du désert. Une stratégie locale pour changer Mars, selon le biologiste Omar Pensado Diaz, directeur du projet Mex-Areohab, peut être comparée à la transformation de Mars une oasis à la fois. La taille minimale de l'oasis s'étend jusqu'au diamètre d'un couvercle en plastique en forme de dôme, un peu comme une serre avec un radiateur. De cette façon, la microtraformation est l'alternative la plus petite pour une planète qui autrement serait un système ouvert qui fuit dans l'espace. Diaz compare la façon dont un physicien pourrait changer Mars avec des outils industriels aux méthodes de serre d'un biologiste.
Diaz a discuté avec Astrobiology Magazine de ce que cela pourrait signifier de remodeler Mars avec de minuscules stades, jusqu'à ce qu'ils deviennent des oasis luxuriantes et désertiques.
Magazine d'astrobiologie (AM) : Serait-il correct de conclure que vous étudiez les différences entre une stratégie de terraformation globale et locale?
Omar Pensado Diaz (OPD): J'ai hâte d'intégrer les modèles, plutôt de me concentrer sur leurs différences. La terraformation globale, ou le réchauffement d'une planète avec de super gaz à effet de serre, est une stratégie ou un modèle conçu du point de vue de la physique; tandis que le modèle que je propose est vu d'un point de vue biologique.
Je parle d'un modèle appelé microterraforming, qui sera possible avec un outil appelé Minimal Unit of Terraforming (MUT). Le concept d'une unité minimale de terraformation est expliqué comme un écosystème fonctionnant comme l'unité fondamentale de la nature. Un MUT comprend un groupe d'organismes vivants et leur environnement physique et chimique où ils vivent, mais appliqué au développement d'un processus de colonisation et de remodelage biologique sur Mars.
La conception d'un artiste sur la façon dont un Mars terraformé, avec un océan couvrant la majeure partie de son hémisphère nord, pourrait sembler en orbite.Mars, comme terraformé par Michael Carroll. En 1991, cette image a été utilisée sur la couverture du numéro «Making Mars Habitable» de Nature.
Techniquement parlant, c'est une serre pressurisée en forme de dôme qui contiendrait et protégerait un écosystème intérieur. Ce complexe ne serait pas isolé des environs; au contraire, elle serait constamment en contact avec elle, mais de manière contrôlée.
Ce qui est important, c'est l'échange de gaz entre les unités MUT et l'environnement martien, de sorte que l'écosystème lui-même a un rôle dramatique. L'objectif de ce processus est de générer de la photosynthèse. C'est là que nous devons considérer les plantes comme couvrant la surface et les usines chimiques qui traitent l'atmosphère.
UN M: Quels seraient les avantages de travailler localement, en utilisant votre modèle d'oasis dans un désert? Par analogie biologique avec une unité fondamentale de terraformation, voulez-vous dire comment les cellules biologiques ont un équilibre interne, mais aussi des échanges avec une externe qui diffère pour l'hôte entier?
OPD: Les avantages que je trouve dans ce modèle sont que nous pouvons initier un processus de terraformation plus rapidement, mais par étapes, c'est pourquoi il s'agit de microtraformation.
Mais l'avantage majeur et le plus important est que nous pouvons faire en sorte que la vie végétale commence à participer à ce processus à l'aide de la technologie. La vie est information et elle traite l'information autour d'elle, amorçant un processus d'adaptation aux conditions internes de l'unité. Ici, nous maintenons que la vie a une plasticité et qu'elle s'adapte non seulement aux conditions environnantes, mais aussi qu'elle adapte l'environnement à ses propres circonstances. Dans le langage de la génétique, cela signifie qu'il existe une interaction entre le génotype et l'environnement, produisant l'adaptation des expressions phénotypiques aux conditions dominantes.
Maintenant, dans un petit environnement tel qu'une unité avec un diamètre d'environ 15 ou 20 mètres, nous pourrions avoir un environnement beaucoup plus chaud qu'à l'extérieur de l'unité.
UN M: Décrivez à quoi pourrait ressembler une unité.
OPD: Un dôme transparent en fibre plastique à double couche. Le dôme générerait un effet de serre à l'intérieur qui augmenterait considérablement la température pendant la journée et protégerait l'intérieur des basses températures la nuit. De plus, la pression atmosphérique serait plus élevée à l’intérieur de 60 à 70 millibars. Ce serait suffisant pour permettre les processus de photosynthèse des plantes ainsi que l’eau liquide.
En termes thermodynamiques, nous parlons maintenant d'un manque d'équilibre. Afin de réactiver Mars, nous devons créer un déséquilibre thermodynamique. L'unité générerait ce qui est nécessaire en premier, comme le dégazage du sol par les différences de température. Un tel processus est un objectif ainsi que la voie vers une stratégie globale.
À proprement parler, les unités seraient comme des pièges de capture de dioxyde de carbone; ils libéreraient de l'oxygène et généreraient de la biomasse. L'oxygène serait ensuite libéré périodiquement dans l'atmosphère. Un système de soupape libérerait des gaz vers l'extérieur et une fois que la pression atmosphérique intérieure aurait diminué jusqu'à 40 ou 35 milibars, les soupapes se fermeraient automatiquement. Et d'autres s'ouvriraient et, par aspiration, du gaz pénétrerait à l'intérieur de l'unité et la pression atmosphérique d'origine se stabiliserait. Ce système permettrait non seulement la libération d'oxygène mais également la libération d'autres gaz.
UN M: Dans un tel modèle d'oasis, c'est un système ouvert, mais cela n'aurait aucun effet sur les conditions régionales. En d'autres termes, les fuites locales se dilueraient-elles et, dans ces cas, en quoi la microtraformation se distingue-t-elle des serres en fonctionnement?
OPD: On pense que les serres - dans ce cas, l'unité minimale de terraformation - amorceront un changement progressif sur Mars. La différence dépend de son champ d'action, car c'est là que commence le processus de microtraformation. En outre, cela dépend de la façon dont vous le regardez, car avec cette méthode, nous essayons de répéter le modèle d'évolution qui a déjà réussi sur Terre, afin de transformer l'atmosphère de la planète en une autre et de faire entrer Mars dans une phase de déséquilibre thermodynamique. .
Le principal avantage est que nous pouvons contrôler un processus de terraformation à une micro-échelle; nous pouvons transformer Mars en un endroit similaire à la Terre plus rapidement et la faire interagir avec l'environnement environnant en même temps. C'est l'aspect le plus important: aller de l'avant avec des processus plus rapides. Comme je l'ai déjà dit, l'idée est de suivre le même schéma d'évolution qui s'est développé sur Terre peu après l'apparition de la photosynthèse. Il y avait des plantes terrestres qui ont remodelé et terraformé la Terre, générant du dixoide de carbone à partir de la surface et le distribuant à l'atmosphère qui existait à l'époque.
Drs. Chris McKay et Robert Zubrin ont présenté un modèle intéressant qui propose de colocaliser trois grands miroirs orbitaux. Les miroirs reflèteraient la lumière du Soleil au pôle sud de Mars et sublimeraient la couche de glace carbonique (neige carbonique) afin d'augmenter l'effet de serre puis d'accélérer le réchauffement climatique de la planète.
Ces miroirs auraient la taille du Texas.
Je pense que si la même infrastructure utilisée dans ces miroirs était utilisée à la place pour construire des dômes pour une unité minimale de terraformation sur la surface martienne, nous générerions des taux de dégazage plus élevés et oxygénerions l'atmosphère plus rapidement. De plus, une partie de la surface serait chauffée de toute façon, car les unités retiendraient la chaleur solaire, pas la refléter de la surface.
Le manque d'eau liquide pour les écosystèmes à l'intérieur des unités est discutable; cependant, une variante d'une proposition du Dr Adam Bruckner de l'Université de Washington peut être utilisée. Il consiste à utiliser un condenseur de zéolithe (catalyseur minéral); puis, extraire l'eau de l'humidité de l'air entrant. L'eau coulait quotidiennement à l'intérieur. Encore une fois, nous activerions certaines étapes d'un cycle hydrologique, capturer du dioxyde de carbone, libérer des gaz dans l'atmosphère et faire de la surface un terrain plus fertile. Nous ferions une terraformation accélérée sur une très petite partie de Mars, mais si nous mettons des centaines de ces unités, les effets de dégazage sur la surface et l'atmosphère auront des répercussions planétaires.
UN M: Lorsque des biosphères fermées ont fonctionné sur Terre comme la biosphère 2, des problèmes sont survenus avec, par exemple, la perte d'oxygène due à la combinaison avec la roche pour former des carbonates. Existe-t-il aujourd'hui des exemples de systèmes autonomes à grande échelle sur Terre?
OPD: Des systèmes autonomes à grande échelle construits par des humains? Je n'en connais aucun, mais la vie elle-même est un système autosuffisant qui prend à l'environnement ce dont elle a besoin pour fonctionner.
C'était le problème des biosphères fermées, elles n'étaient pas en mesure de faire un circuit de rétroaction comme cela se passe sur Terre. De plus, le système que je propose ne serait pas fermé; il interagirait avec l'environnement de Mars par intervalles, en libérant une partie de ce qui aurait été traité par l'action de la photosynthèse tout en incorporant de nouveaux gaz. L'unité minimale de terraformation ne sera pas un système fermé.
Si nous prenons en compte la «théorie Gaia» de James Lovelock, nous pourrions considérer la Terre comme un système autosuffisant à grande échelle, car les cycles biogéochimiques sont actifs - une situation qui ne se produit pas aujourd'hui sur Mars. Une grande partie de son oxygène est combinée avec sa surface, conférant à la planète un caractère oxydé. En ce sens, à l'intérieur de l'Unité Minimale de Terraformation, les cycles biogéochimiques seraient réactivés. Ces dômes libéreraient de l'oxygène et des carbonates, entre autres, de sorte que la libération commencerait à s'écouler progressivement vers l'atmosphère de la planète.
UN M: La méthode la plus rapide souvent citée pour la terraformation globale consiste à introduire des fluorocarbones dans l'atmosphère martienne. Avec de petits changements de pourcentage, de grands changements de température et de pression s'ensuivent. Cela repose sur l'interaction solaire. Une bulle fermée aurait-elle ce mécanisme disponible, par exemple si la lumière ultraviolette ne pénètre pas dans les dômes?
OPD: Nous parlons d'un autre moyen de ne pas utiliser de fluorocarbones et d'autres gaz à effet de serre. La méthode que nous proposons capture le dioxyde de carbone pour l'augmentation de la biomasse, libère l'oxygène et le stockage de chaleur interne, le tout pour générer un dégazage du dioxyde de carbone à l'intérieur de l'unité. D'autres gaz emprisonnés dans le sol aujourd'hui seraient rejetés dans l'atmosphère martienne pour la densifier progressivement. En fait, l'exposition directe d'un écosystème aux rayons ultraviolets serait contre-productive pour la capture de dioxyde de carbone, la formation de biomasse et la production de gaz souterrains. Précisément, le dôme fonctionne pour protéger un écosystème du rayonnement froid et ultraviolet, ainsi que pour maintenir sa pression intérieure.
Maintenant, le dôme serait un important piège à chaleur et un isolant thermique. Faisant l'analogie cellulaire antérieure, le dôme est comme une membrane biologique qui conduit l'écosystème local au déséquilibre thermodynamique. Ce déséquilibre permettrait à la vie de se développer.
UN M: Des concentrations locales élevées de gaz à effet de serre (comme le méthane, le dioxyde de carbone ou les CFC) seraient-elles localement toxiques avant d'avoir des effets à l'échelle mondiale?
OPD: La vie peut s'adapter à des conditions qui sont toxiques pour nous; une concentration élevée de dioxyde de carbone peut être bénéfique pour les plantes, voire augmenter leur production, ou, comme pour le méthane, certains organismes méthanogènes ont besoin de ce gaz pour leur subsistance.
Ces gaz sont appropriés pour augmenter la température mondiale; d'autre part, le dioxyde de carbone est le gaz le plus approprié pour la vie végétale. L'objectif est de reproduire des schémas évolutifs conduisant à une adaptation progressive de ces organismes à un nouvel environnement, et à l'adaptation de l'environnement à ces organismes.
UN M: La terraformation globale sur Mars a des plages de temps qui varient entre un siècle et même des périodes longues. Existe-t-il des moyens d'estimer si les efforts locaux pourraient accélérer l'habitabilité, en utilisant le modèle d'oasis que vous proposez?
OPD: Cela dépendra de l'efficacité photosynthétique des plantes et de leur capacité à s'adapter à l'environnement tout en adaptant l'environnement. Cependant, nous pouvons considérer deux évaluations: une locale et une globale.
De manière plus explicite, ces évaluations peuvent d’abord être mesurées sur chaque unité minimale de terraformation grâce à son efficacité photosynthétique, sa vitesse d’oxygénation, sa capture de dioxyde de carbone et son dégazage de la surface du dôme. Ce taux dépendrait de l'incidence solaire et de l'effet de serre. Au niveau mondial, la vitesse du remodelage de la planète dépendrait du nombre d'unités minimales pouvant être installées sur toute la surface martienne. C'est-à-dire que s'il existe plus d'unités minimales de terraformation, la transformation de la planète serait achevée plus rapidement.
Je voudrais clarifier quelque chose que je pense important à ce stade. La réalisation majeure serait de transformer Mars en une planète verte avant que les humains puissent l'habiter comme nous le faisons sur Terre aujourd'hui. Il serait extraordinaire de voir comment la vie végétale réagit, d'abord à l'intérieur de l'unité minimale de terraformation, puis, lorsque ces machines ont terminé leur cycle et que la vie émerge comme une explosion vers l'extérieur, pour voir la spéciation imparable qui aurait lieu depuis la vie répondrait à l'environnement et l'environnement répondrait à la vie.
Et ainsi, nous pouvons observer des arbres, tels que des pins qui sur Terre ont un gros bois droit. Sur Mars, nous pouvons avoir une espèce plus souple, une assez forte pour résister aux basses températures et aux vents soufflants. En tant que machines photosynthétiques, les pins rempliraient leur rôle de transformateurs planétaires, conservant l'eau, les minéraux et le dioxyde de carbone pour l'accumulation de biomasse.
UN M: Quels plans futurs avez-vous pour la recherche?
OPD: Je veux lancer des simulations partielles des conditions martiennes. Cela est nécessaire pour sonder et améliorer le fonctionnement de l'unité minimale de terraformation, ainsi que la réponse physiologique des plantes dans de telles conditions. En d'autres termes, des répétitions.
Il s'agit d'une enquête multidisciplinaire et interinstitutionnelle, de sorte que la participation d'ingénieurs, de biologistes et de spécialistes en génétique sera nécessaire ainsi que d'autres organisations scientifiques intéressées par le sujet. Je dois dire que ce n'est que la première tentative; c'est une théorie de ce qui pourrait être fait et une que nous pourrions essayer sur notre propre planète, par exemple, en luttant contre la propagation agressive du désert, en réhabilitant les terrains et en créant des obstacles pour stopper sa progression progressive.
Source d'origine: Astrobiology Magazine
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