Het aantal planten dat in binnenterraria gekweekt kan worden is vrij beperkt. Plant geen snelgroeiende planten en planten die water opslaan in hun weefsels.

Het eerste terrarium werd uitgevonden in 1842 in Groot-Brittannië. Tijdens de tijd van koningin Victoria verspreidde deze trend zich snel. Het terrarium is een bak waarin: gunstige omstandigheden voor het houden van dieren en planten. Deze items zijn gemaakt van glas, hebben een metalen, kunststof of houten frame. Terraria kunnen open of gesloten zijn. Het gesloten terrarium creëert een uniek leefgebied voor sommige planten en insecten. Transparante wanden vergemakkelijken de penetratie van warmte en licht. In een gesloten container wordt een gunstig microklimaat gevormd. Waterdamp circuleert in het terrarium en creëert ideale omstandigheden voor planten, waardoor ze niet uitdrogen.

Een terrarium kan een geweldige aanvulling zijn op het interieur en voor sommige mensen dient het als een soort hobby. Het lijkt natuurlijk op een hobby voor kamerplanten, maar dat is niet helemaal waar. Allereerst wordt het terrarium gezien als een autonoom ecosysteem waarin alle planten op elkaar inwerken. Het hoeft niet te worden bewaterd, bemest of gecontroleerd op vochtniveaus.

Meestal worden plantensoorten die in de tropen groeien gebruikt voor een gesloten terrarium. Er wordt een kleine container met water in geplaatst, gedeeltelijk begraven in de grond. Terrarium opent een keer per week om vrij te geven overtollig vocht vanuit de lucht en de muren. Het gesloten terrarium bevat speciale grond die nodig is voor plantengroei en het minimaliseren van verliezen door verschillende microben. Met glas omsloten terraria kunnen de vorm hebben van een bal, een bel, een kubus, een omgekeerde afgeknotte piramide of een parallellepipedum. Er is geen tocht in zo'n terrarium. Hierdoor kun je de meest delicate en grillige planten kweken.

Het aantal planten dat in binnenterraria gekweekt kan worden is vrij beperkt. Plant geen snelgroeiende planten en planten die water opslaan in hun weefsels. Bloeiende planten kunnen worden geplant, maar verwelkte bloemen zullen in de toekomst moeten worden verwijderd. Als ze worden achtergelaten, zullen ze beginnen te ontbinden en de bron worden van ziekten die planten teisteren. Ervaren botanici raden aan om in gesloten terraria die planten te planten die: wortelstelsel klein of afwezig. Deze omvatten: kalmoes, koninklijke begonia, sierlijke chamedorea, bromelia cryptantus, Sander's dracaena, varens, klimop, Selaginella Krausa, enz.

Open terraria zijn hetzelfde verschillende vormen, en alle planten worden erin geplant. Liefhebbers van vocht en liefhebbers van leven in een droog klimaat zullen hier wortel schieten. Het open terrarium is geschikt voor planten die direct zonlicht.

Joseph Gitelzon, Andrey Degermendzhi, Alexander Tikhomirov

“Het Instituut voor Biofysica van de SB RAS heeft een uniek biologisch en technisch menselijk levensondersteunend systeem gecreëerd - BIOS-3. Experimenten die erop zijn uitgevoerd, hebben aangetoond dat een bemanning van 2-3 testers, die zich in een autonome modus bevinden, dankzij een gesloten cyclus, gedurende 4-6 maanden 100% van hun behoeften in water en lucht kan voorzien, en meer dan 50% in eten.

Op systemen met hetzelfde doel, gemaakt in andere landen van de wereld, is zo'n hoog resultaat nog niet bereikt. Op dit moment wordt BIOS-3 gereconstrueerd, rekening houdend met internationale normen, en plant het langetermijnexperimenten om circulaire processen te simuleren om het autonome bestaan ​​van mensen op maan- en Marsruimtestations te verzekeren.

Wat is een gesloten ecosysteem?

In gesloten ecologische systemen (ZES) is de circulatie van biogene elementen zo georganiseerd dat de stoffen die in een bepaald tempo worden gebruikt door sommige schakels van deze systemen met dezelfde gemiddelde snelheid worden door andere schakels vanuit de eindproducten van hun metabolisme naar de begintoestand geregenereerd en vervolgens weer in dezelfde biologische cycli gebruikt.

De meest opvallende vertegenwoordiger van natuurlijke ZES is de biosfeer van de aarde zelf: door de circulatie van stoffen wordt het bestaan ​​van het leven, inclusief de mensheid, erin gehandhaafd. Idealiter kunnen deze systemen voor onbepaalde tijd bestaan.

In kunstmatige ZES streven ontwerpers ernaar om de circulatie van massaoverdrachtsprocessen te implementeren met een minimale hoeveelheid afval, d.w.z. stoffen die zich in het systeem ophopen in de vorm van ongebruikte ballast. In dit geval is het noodzakelijk om te zorgen voor de circulatie van massaoverdrachtsstromen tussen ten minste twee soorten verbindingen: synthesizers van stoffen en hun destructors. Het werk van de eerste is meestal gebaseerd op fotosynthese. Daarom worden ze fototroof genoemd en bestaan ​​ze ofwel uit: lagere planten(meestal microalgen), of hoger. Deze laatste (destructors) oxideren stoffen en producten van hun vitale activiteit die zijn verkregen tijdens het fotosyntheseproces tot componenten (idealiter tot СО 2, Н 2 en minerale verbindingen), die worden hergebruikt door fototrofen.

De belangrijkste heterotrofe schakel in de gesloten ecosystemen die we beschouwen is de mens. Hij is het die de vereisten vormt voor het werk van alle andere schakels en in feite de intensiteit van de cyclus bepaalt om te voldoen aan hun behoeften aan zuurstof, water en voedsel. Voor ZES met de deelname van mensen betekent dit ook de opname in de circulatie van de producten van hun vitale activiteit, plantaardig afval en een aantal andere stoffen. Merk op dat een dergelijk ecosysteem met een fototrofe link bestaande uit hogere planten een grotere geslotenheid van cyclische processen heeft dan algen, omdat deze laatste praktisch oneetbaar zijn en hun biomassa zich ophoopt in de vorm van afval. En verder. ZES met een persoon kan lange tijd in een autonome modus bestaan. Deze eigenschap is in de eerste plaats in de vraag voor ruimtedoeleinden.

Buitenaanzicht van een afgesloten cabine met een inhoud van 12 kubieke meter met een persoon in BIOS-1

Daarom is het niet verwonderlijk dat een sterke stijging van de overeenkomstige wetenschappelijk onderzoek geassocieerd met de "ruimteboom" van de jaren 50-60 van de twintigste eeuw, toen de verkenning van de maan en Mars een kwestie van de nabije toekomst leek te zijn.

Baanbrekende ervaringen

'S Werelds eerste echt werkende gesloten levensondersteunende systemen werden in de eerste helft van de jaren zestig in de USSR gecreëerd. Het belangrijkste onderzoek vond vervolgens plaats in Moskou - bij het Instituut voor Luchtvaart- en Ruimtegeneeskunde van het Ministerie van Defensie, en later bij het Instituut voor Biomedische Problemen van het Ministerie van Volksgezondheid van de USSR (nu IMBP RAS) en in Krasnoyarsk - eerst bij de afdeling of Biophysics van het Institute of Physics (IP) van de Siberian Branch van de USSR Academy of Sciences, en vervolgens aan het Institute of Biophysics (IBP) SB RAS. Historisch gezien gebeurde het zo dat in het IBMP de zoektocht aanvankelijk was gericht op levensondersteunende systemen ruimteschepen en orbitale stations, waar de voorkeur werd gegeven aan het gebruik van fysisch-chemische processen, en in de IBF - op gesloten ecosystemen voor planetaire stations op lange termijn, waar biologische methoden een dominante rol zouden moeten spelen in de circulatie van materie. We benadrukken: met de eerste benadering is het onmogelijk om een ​​volledige cyclus te creëren, omdat de manieren van kunstmatige synthese van hoogwaardige voedingsstoffen die nodig zijn voor menselijke voeding onbekend zijn. De tweede is vrij van deze tekortkomingen. De daarop gebaseerde levensondersteunende systemen zijn autonoom en daarom onafhankelijker van de duur van missies in diepe ruimteverkenning.

BIOS-3-indeling: 1 - woongedeelte: drie hutten voor de bemanning, een sanitaire en hygiënische module, een keuken-eetkamer; 2 - fytotrons met hogere planten: twee met zaaioppervlakken van elk 20 m2; 3 - algencultivator: drie fotobioreactoren met elk een inhoud van 20 liter voor de teelt Chlorella vulgaris.

Natuurlijk maken biologische ZES het gebruik van elementen van de fysische chemie mogelijk, maar alleen als complementaire technologieën die bijdragen aan een toename van de snelheid en mate van sluiting van massaoverdrachtsstromen. Systemen waarbij een dergelijke integratie van biologische en fysisch-chemische methoden wordt verondersteld, worden biologische en technische ZES genoemd. Zij zijn het die zijn gemaakt in de IBF.

Het begin van het begin van het werk aan de bouw van een ZES voor ruimtedoeleinden bij het IBP (in die jaren de afdeling Biofysica van het Institute of Physics of the Siberian Branch van de USSR Academy of Sciences) was een bijeenkomst in het begin van de jaren zestig van de directeur van het Institute of Physics Leonid Kirensky (academicus sinds 1968) en de algemeen ontwerper van Rocket Systems Sergei Korolev (academicus sinds 1958). Het voorstel van Leonid Vasilyevich om in Krasnojarsk een gesloten ecosysteem te creëren dat in staat is tot een autonoom bestaan lange tijd vanwege de interne circulatie van materie, was erg geïnteresseerd in Sergei Pavlovich. Er werd een reeks bijeenkomsten gehouden waaraan de grondleggers van deze nieuwe richting van de biofysica, Ivan Terskov (academicus sinds 1981) en een van de auteurs van dit artikel, Joseph Gitelzon (academicus sinds 1990), deelnamen - zij gaven een gedetailleerd wetenschappelijk onderbouwing van de haalbaarheid en realiteit van dergelijk werk. Korolev stelde een duidelijke taak: binnen enkele jaren, op basis van de afdeling Biofysica van het Institute of Physics of the Siberian Branch van de USSR Academy of Sciences, een ecosysteem creëren met een gesloten circulatie van materie, in staat om autonoom te zorgen voor een lange verblijf van een persoon in een luchtdichte ruimte in omstandigheden die aards benaderen. Vervolgens heeft de staat voldoende geld toegewezen om specialisten aan te trekken en de benodigde apparatuur aan te schaffen.

Deze taak kan grofweg in drie fasen worden verdeeld. Aanvankelijk (1964-1966) werd geïmplementeerd biologisch systeem BIOS-1, met twee hoofdverbindingen: een afgesloten cabine met een volume van 12 m met een persoon en een speciale cultivator met een volume van 20 liter voor het kweken van microalgen chlorella. Op basis van de resultaten van zeven experimenten van 12 uur tot 90 dagen werd een belangrijk resultaat bereikt: een volledig gesloten gaskringloop (uitgeademde lucht werd gezuiverd van koolstofdioxide, onzuiverheden, verrijkt met zuurstof geproduceerd door chlorella) en water (inclusief regeneratie door drinken) , voor koken en hygiënische behoeften).

Vervolgens, in 1966, werd BIOS-1 gemoderniseerd tot BIOS-2 door een kamer van 8,5 m met hogere planten erop aan te sluiten - hier werd een reeks groentegewassen verbouwd. Ze verhoogden de isolatie van massaoverdrachtsprocessen in het systeem vanwege de gedeeltelijke betrokkenheid van plantaardig voedsel in de bloedsomloop, opgenomen in het menselijke dieet. Bovendien namen hogere planten, zoals chlorella, deel aan de regeneratie van de atmosfeer voor menselijke ademhaling. Dit maakte het mogelijk om de biomassa van chlorella, die nodig is om vitale activiteit te behouden, te verminderen en daardoor de mate van nabijheid van massaoverdrachtsprocessen te vergroten. En omdat er door fotosynthese van hogere planten een extra hoeveelheid zuurstof werd geproduceerd, was het mogelijk om experimenten uit te voeren met een bemanning van twee testers (de langste duurde 30 en 73 dagen). Het werk in BIOS-2 ging door tot 1970. Volgens hun resultaten werd voor het eerst ter wereld de mogelijkheid van langdurig functioneren van het kunstmatige ecosysteem "mens-microalgen-hogere planten" bewezen.

Begin 1972 werd BIOS-3 gecreëerd in het Krasnoyarsk Institute of Biology, een fundamenteel nieuw kunstmatig ecosysteem. In tegenstelling tot de vorige kreeg het een heel andere constructieve en functionele kenmerken... De installatie met een totaal volume van 300 m bevat 4 compartimenten dezelfde grootte: woonmodule met individuele cabines voor drie testers en drie compartimenten met planten voor reproductie van voedsel en regeneratie van atmosfeer en water.

In BIOS-3 werden langdurige (enkele maanden) experimenten uitgevoerd, zowel volgens het eerder geteste schema "man-chlorella-hogere planten", en volgens een volledig nieuwe - "man-hogere planten". Voor het eerst ter wereld was het mogelijk om een ​​volledig plantaardig dieet voor testers te vormen met behulp van een set planten die in het systeem zelf waren gekweekt, waardoor de mate van isolatie in termen van massaoverdracht werd verhoogd tot 75% . En als gevolg daarvan maakte alleen BIOS-3 van alle kunstmatige biologische ecosystemen, zowel in ons land als in het buitenland, het mogelijk om autonoom het leven van een bemanning van 2-3 personen gedurende 4-6 maanden te ondersteunen dankzij een gesloten waterkringloop en gas voor bijna 100%, voor voedsel - meer dan 50%. Zoals reeds vermeld, blijft dit resultaat tot op heden onovertroffen. [Hier, zoals in veel andere dingen, liep de USSR voor op de VS, zie over hun ZES "Biosphere-2"]

Het is ook belangrijk dat het pad van BIOS-1 naar BIOS-3 in een fantastisch korte tijd is afgelegd - ongeveer 7 (!) jaar.

De geboorte van nieuwe technologieën

De oprichting van BIOS-3 wordt geassocieerd met een hele melkweg van uitstekende wetenschappers. Allereerst moeten we hier nogmaals Leonid Kirensky noemen, die Sergei Korolev interesseerde in het uitvoeren van deze onderzoeken in Krasnoyarsk en de uitvoering ervan organiseerde. Uitsluitend belangrijke rol bij de technische implementatie van het systeem speelde onze medewerker, doctor in de biologische wetenschappen, Boris Kovrov. Hij had het vermogen om snelle en vooral optimale ontwerpbeslissingen te nemen. Hij was het die op het idee kwam om servicemodi van het systeem "naar binnen" over te dragen, d.w.z. aan de testers zelf. In dit opzicht steekt BIOS-3 gunstig af bij alle buitenlandse kunstmatige ZES. In de loop van experimenten werden er voortdurend medische studies naar de menselijke conditie op uitgevoerd. Bovendien werd het werk uitgevoerd met de actieve deelname van het IBMP-personeel onder leiding van academicus Oleg Gazenko, en de directe controle werd uitgevoerd door de kandidaat voor medische wetenschappen Yuri Okladnikov. Merk op dat er gedurende de hele periode van de BIOS-3-experimenten (die in totaal ongeveer 11 maanden duurden), er geen enkel geval van problemen was met de gezondheid van de testploeg.

De belangrijkste doorbraaktechnologie was het opnemen van hogere planten in de kringloop, die de basis werd voor de voorziening van de mens van zuurstof, voedsel en water. De auteur, doctor in de biologische wetenschappen, Genrikh Lisovsky, onderbouwde en implementeerde het idee om hogere planten te selecteren, gevolgd door hun volledige vervanging van de oneetbare algen chlorella. Speciaal voor een gesloten ecosysteem heeft de wetenschapper een nieuwe variëteit van kortstammige tarwe ontwikkeld, waarbij ongeveer 50% van de totale biomassa afkomstig is van graan.

We voegen er ook aan toe dat het werk aan BIOS-3 de opkomst van nieuwe technologieën drastisch heeft versneld. Met name de keuze voor energie en spectrale eigenschappen kon wetenschappelijk worden onderbouwd zichtbare straling voor de fototrofe link van menselijke levensondersteunende systemen, om de plaats van wit licht te bepalen bij het verlichten van plantengemeenschappen, zowel in de natuur als in kunstmatige omstandigheden en om het concept van lichtregeling van het productieproces in planten te formuleren, rekening houdend met verschillende organisatieniveaus van het fotosyntheseapparaat.

In het bijzonder werden manieren voorgesteld om verschillende soorten planten op het maanstation te laten groeien. Er werd aangenomen dat als daar een bioregeneratief levensondersteunend systeem werkt, het, om er planten in te laten groeien (we herhalen het, een bron van voedsel en zuurstof), nodig is om ze te "leren" te groeien in omstandigheden maandagen, d.w.z. ongeveer 14 aardse dagen continu licht en ongeveer dezelfde nacht. Dit ongebruikelijke probleem werd opgelost door Lisovskiy en zijn medewerkers. Ze vonden zulke parameters van de externe omgeving waarin het mogelijk was om planten te kweken die zowel in eetbare biomassa als in biochemische samenstelling acceptabel zijn. Dit maakt het mogelijk om de energie van de zon te gebruiken om bioregeneratieve levensondersteunende systemen op de maan te bouwen.

Vandaag is

Momenteel lost ons instituut tegelijkertijd twee kerntaken op: technische modernisering BIOS-3-systemen en de ontwikkeling van wetenschappelijke onderbouwingen van technologieën om de mate van afsluiting van cyclische processen te vergroten. De uitvoering ervan wordt ondersteund door een reeks subsidies van de SB RAS, een aantal contracten met de European Space Agency. Ook worden interne middelen van de IBF ingezet.

Aan de tweede van deze richtingen hechten wij uitzonderlijk belang. De reeds behaalde resultaten omvatten het gebruik van oneetbare plantaardige biomassa. Om het te betrekken bij de intrasystemische circulatie, ontwikkelen we een technologie voor biologische oxidatie met behulp van een bodemachtig substraat. Het is een product van de verwerking van tarwestro door wormen en microflora en is tegelijkertijd een wortellaag voor planten. Bovendien remt de microflora van het substraat pathogene micro-organismen in de wortelzone van planten, wat bijdraagt ​​aan hun bescherming tegen rot.

Een ander resultaat is een milieuvriendelijke technologie voor boeiende tafel zout in de massaoverdracht binnen het systeem. Zoals u weet, wordt NaCl met name aangetroffen in vloeibare uitwerpselen van de mens, maar de concentratie ervan kan dodelijk zijn voor planten. Daarom vereiste de opname van deze verbinding in de biologische circulatie het gebruik van een fysisch-chemische methode voor de mineralisatie van vloeibare afscheidingen. Het idee is dit: in een variabele elektrisch veld een waterige oplossing van waterstofperoxide wordt geplaatst, van de moleculen waarvan atomaire zuurstof, het sterkste oxidatiemiddel, wordt afgesplitst.

Uiterlijk van een klein kunstmatig ecosysteem: 1 - een bestralingstoestel met een lichtbron met hoge intensiteit; 2 - fototrofe link (hogere planten) in de afgesloten kamer; 3 - manipulatoren om in de kamer te werken zonder de dichtheid te verbreken; 4 - grondblok met een grondachtig substraat; 5 - instrumentenrek voor bediening
en automatisch onderhoud van de parameters van de omgeving in de kamer; 6 - wand van een afgesloten kamer van roestvrij staal.

In zo'n omgeving brengt hij plantaardig en dierlijk afval naar minerale componenten, waarna ze door planten worden gebruikt als meststof. Een dergelijke fysisch-chemische methode is milieuvriendelijk en relatief laag in energieverbruik. Het oorspronkelijke product voor de productie van waterstofperoxide is water - het is geen tekort aan bioregeneratieve ZES, d.w.z. vrijwel alle originele producten die nodig zijn om de lancering te ondersteunen technologisch proces, worden gemakkelijk in de circulatie opgenomen. Het is belangrijk dat, in tegenstelling tot die welke traditioneel worden gebruikt in levensondersteunende systemen, ruimtevaartuig fysisch-chemische processen, dit vindt plaats bij temperaturen tot 100 0 C en normale druk.

Het is waar dat de op deze manier verkregen gemineraliseerde oplossing een concentratie NaCl bevat die onaanvaardbaar is voor de belangrijkste soorten hogere planten. Daarom moet het in eerste instantie worden gebruikt om zeekraal te kweken, eetbaar voor mensen ( Salicornia europaea) – eenjarige plant van de amarantfamilie, in staat om te groeien in omgevingen met een hoog gehalte aan keukenzout en dit tot 50% van het droge gewicht te accumuleren. Dan daalt de concentratie van NaCl in de voedingsoplossing tot waarden die acceptabel zijn voor het latere gebruik in de teelt van andere plantensoorten.

De fundamentele oplossing voor het probleem van het betrekken van menselijke vloeibare afscheidingen in de circulatie opent de mogelijkheid van volledige eliminatie van doodlopende, d.w.z. stoffen die onaanvaardbaar zijn voor verder gebruik in ZES, geassocieerd met zijn exometabolieten (metabolieten die vrijkomen in de externe omgeving), hun opname in de intrasystemische circulatie. In dit verband is op de IBF een complex van geschikte technologieën voorgesteld. Feit is dat de kwestie van vaste menselijke exometabolieten veel gemakkelijker wordt opgelost: ze bevatten geen NaCl en hun betrokkenheid bij massaoverdracht na sterilisatie levert geen bijzondere problemen op.

Vooruitzichten voor morgen

De vorming van gesloten ecosystemen heeft twee duidelijk gedefinieerde toepassingsperspectieven: ruimteoriëntatie en terrestrische toepassingen. De eerste houdt verband met de ontwikkeling van fysieke modellen van stabiele cyclische processen voor stationaire maan- en Marsbases. De samenstelling van de systemen, hun specifieke functies en de belangrijkste ontwerpkenmerken worden voornamelijk bepaald door het type van een bepaald planetair station, zijn taken, bestaansduur, het aantal bemanningsleden, gewichts- en energiebeperkingen, evenals een aantal andere vereisten (medisch, operationeel, enz.) ...

In de literatuur vind je verschillende opties levensondersteunende systemen die zowel gebaseerd zijn op reserves en fysisch-chemische methoden voor de regeneratie van de atmosfeer en het water als op de introductie van geschikte biologische schakels in de keten (microalgen, hogere planten, vissen, enz.). De ervaring die is opgedaan bij de IBF stelt ons in staat om ons te concentreren op de implementatie van een geïntegreerd biologisch, fysisch en chemisch levensondersteunend systeem met de dominante rol van de eerste component. Wanneer een planetaire bioregeneratieve ZES wordt ingezet (naar het voorbeeld van een hypothetische Mars-missie), zal de regeneratie van de atmosfeer van het station, die alleen op hogere planten is gebouwd, lijden aan een belangrijk nadeel - een grote traagheid geassocieerd met een lange ontwikkelingscyclus. Stationaire werking van een dergelijk systeem is slechts enkele maanden na het begin van de lancering mogelijk: de volledige voorziening van de bemanning met water en zuurstof is bijvoorbeeld echt in 2 maanden, het plantaardige deel van het dieet - in 3-4 maanden . En gedurende deze tijd kan alleen de genoemde algenkweker de bemanning van water en zuurstof voorzien: met een capaciteit van 600 g / dag droge stof zal het het probleem van normalisatie volledig oplossen lucht omgeving voor een persoon.

Natuurlijk, parallel met de lancering van de laatste, is het noodzakelijk om de transportband van hogere planten "aan te zetten". Bij het vormen zal de belasting van de algentransporteur zodanig afnemen dat deze gestopt kan worden. Daarom is het raadzaam om tijdens de inzet van een bioregeneratieve ZES op een planetair station over te schakelen naar een functionerend schema dat alleen is gebaseerd op hogere planten die mensen van zuurstof en plantenvoedsel voorzien.

Wat betreft de terrestrische toepassingen van ZES, deze zijn mogelijk in de meeste verschillende industrieën... Zo kunnen speciaal voor ZES ontwikkelde lichttechnologieën de basis worden voor het creëren van spaarlampen met fysiologisch verantwoorde spectrale en energiekenmerken. Deze lichtbronnen zijn met name toepasbaar voor het verkrijgen van milieuvriendelijke plantaardige producten in regio's met ongunstige Natuurlijke omstandigheden... Huizen die dergelijke technologieën zullen gebruiken gesloten cycli, mensen gedurende lange tijd een autonoom bestaan ​​kunnen bieden (bijvoorbeeld in de periode strenge vorst en slecht weer in noordelijke regio's, in moeilijk te bereiken bergachtige gebieden) met gedeeltelijke sluiting in de reproductie van plantaardig voedsel, desinfectie en verwijdering van afval, evenals regeneratie van de atmosfeer. Uit berekeningen blijkt dat energieverbruik milieuvriendelijk huis zelfs lager dan normaal.

Een andere terrestrische toepassing is het model van de cyclus in de biosfeer. Momenteel zijn er uitgebreide discussies in de wetenschappelijke gemeenschap over mogelijke klimaatveranderingen op onze planeet. Er is echter nog onvoldoende inzicht in hun oorzaken en mechanismen. Modellering zal de antwoorden op veel vragen benaderen, die bestaat uit aandacht voor de meest elementaire parameters die fundamenteel zijn voor het functioneren van het systeem (in dit geval de biosfeer). Dergelijke benaderingen zijn niet alleen testbaar op biosfeerniveau, maar ook op de zogenaamde "biosfeerachtige" systemen. Op basis van de verkregen resultaten is het realistisch om simulatiemodellen te ontwikkelen met een fundamenteel nieuw karakter voor het begrijpen van mondiale biosferische processen.

Weliswaar is het in dit opzicht noodzakelijk om vereenvoudigde biosfeerachtige kunstmatige ecosystemen te creëren met een hoge mate van nabijheid van de circulatie van stoffen en een relatief kleine uitwisselingsmassa, die bovendien een zekere representativiteit hebben in relatie tot natuurlijke biota.

Ze worden al ontwikkeld bij het IBF; ze kunnen een effectief hulpmiddel blijken te zijn voor het modelleren van biosferische processen, inclusief onderzoek naar hun resistentie tegen antropogene factoren gevolg. In zo'n systeem wordt onder kunstlicht onder dichtheidsomstandigheden een circulair proces in stand gehouden tussen twee hoofdschakels: fotosynthetisch (hogere planten) en heterotroof (bodemachtig substraat). De gassamenstelling van de omgeving, temperatuur en vochtigheid van de lucht worden automatisch op peil gehouden. Door verschillende factoren te creëren die het systeem beïnvloeden (veranderingen in temperatuur, СО 2 -concentratie, enz.), is het mogelijk om de reactie ervan te beoordelen en bepaalde varianten van scenario's voor klimaatverandering te controleren.

Notities (bewerken)

Zie: O. Gazenko, A. Grigoriev, A. Egorov. Ruimtegeneeskunde: gisteren, vandaag, morgen. - Wetenschap in Rusland, 2006, nr. 3.4; A. Grigoriev, B. Morukov. Mars komt steeds dichterbij. - Wetenschap in Rusland, 2011, nr. 1 (noot van de redactie).

Zie: E. Galimov. Vooruitzichten voor planetaire wetenschap. - Wetenschap in Rusland, 2004, nr. 6; K. Trukhanov, N. Krivova. Moeten we het magnetische veld van de aarde naar Mars brengen? - Wetenschap in Rusland, 2010, nr. 3 (noot van de redactie).

Biosfeerachtige systemen zijn kunstmatige gesloten ecosystemen waarin cycli van stofuitwisseling worden gevormd en functioneren, die in hoge mate overeenkomen met de mondiale stofuitwisselingscycli van de biosfeer.

De mensheid is de meest invloedrijke soort die op planeet Aarde leeft. Hij toont zijn superioriteit door zonder pardon tussenbeide te komen in verschillende natuurlijke processen en in het leven van hun minder ontwikkelde buren. Ondanks de snelle ontwikkeling zijn er echter zaken waarop we waarschijnlijk nooit grote druk zullen kunnen uitoefenen.

Veranderingen in onze biosfeer, de mogelijkheid van bestaan ​​in de ruimte of op een andere planeet - deze onderzoeksgebieden zullen bepalend worden voor onze nakomelingen. Het creëren van een gesloten ecologisch systeem wordt beschouwd als een van de meest mogelijke oplossingen voor de gestelde taken. De ontwikkelaars van veel landen werken aan deze taak en overwinnen grote moeilijkheden bij de implementatie van een zelfvoorzienende wereld.

Mensen begonnen lang geleden ecologische systemen te creëren. Gezaaide velden, parken, kunstmatige reservoirs - dit alles is ontworpen om enig voordeel te behalen. We creëren de omstandigheden die ons in staat stellen om de vitale activiteit van individuele levende organismen en hun leefgebieden in stand te houden. Onder voorbehoud van onze invloed, interageren ze met elkaar. Naast ons werkt echter ook het ecologische systeem van de planeet Aarde op dergelijke formaties. Ze staat onmetelijk hoger op de hiërarchische ladder en heeft wereldwijd invloed op haar door mensen gemaakte kopieën.

Het doel van wetenschappelijke experimenten is om veranderingen in het ecologische systeem van de aarde zelf te bestuderen of de mogelijkheid om zo'n onafhankelijk natuurlijk complex te creëren. En dit betekent dat de taak is gesteld - om een ​​gesloten autonoom functionerend project te bouwen, met een eigen set van levende organismen en habitat. Er wordt vrij intensief in deze richting gewerkt. Hun schaal en succes zijn gevarieerd, maar wetenschappers houden niet op om zichzelf in de rol van de Schepper te voelen.

Project "Eden"

Het Eden Project is de grootste kas op onze planeet. Ontworpen door Sir Tim Smith, werd het in maart 2001 voor het publiek geopend. Het kostte 2,5 jaar en veel intellectuele middelen om het te bouwen. De locatie is gekozen in het graafschap Cornwall, VK.

"Eden" bestaat uit twee gebouwen gevormd door geodetische koepels, die bolvormig zijn architecturale structuur... De koepel bestaat uit een reeks zeshoeken en vijfhoeken, die het frame vormen van de enorme kas. De belangrijkste materialen van de bouwers waren stalen buizen en speciaal thermoplast. Een dergelijke coating laat zonlicht door en accumuleert warmte, en is ook minder gevaarlijk dan glas-in-loodramen.

In de koepels hebben de ontwikkelaars een reeks biomen nagebouwd - een reeks ecologische systemen die overeenkomen met bepaalde natuurlijke en klimaatzones. Elk van deze objecten heeft een unieke set van levende organismen en vegetatie. Bezoekers worden uitgenodigd om binnen één gebouw door verschillende klimaatzones te reizen. Het is moeilijk om de hoeveelheid cognitieve en ontwikkelingsinformatie te overschatten. In totaal heeft "Eden" drie biomen, die elk op grote schaal gevuld zijn met karakteristieke vertegenwoordigers. Het grootste ecosysteem vertegenwoordigt equatoriale breedtegraden. Het beslaat meer dan 1,5 hectare en bereikt een hoogte van 55 meter. Intern, de bijbehorende temperatuur regime en vochtigheid. Mediterrane uitzichten worden bescheidener gepresenteerd. Hun bioom beslaat iets meer dan 0,6 hectare, maar afgezien van het ecologische systeem, valt het op door zijn sculpturale decoratie. Op buitenshuis vertegenwoordigd door het bioom dat verantwoordelijk is voor de vertegenwoordigers van het gematigde klimaat.

Natuurlijk kan het Eden-project geen volwaardig onafhankelijk gesloten ecosysteem worden genoemd. Het werk van de kas wordt voortdurend gecorrigeerd door speciale computersoftware en academici... Bovendien hebben de materialen waarvan de schaal van de koepels is gemaakt een nogal alledaagse houdbaarheid, wat het Eden-project behoorlijk kwetsbaar maakt.

BIOS-project

Wetenschappers van het Krasnoyarsk Institute of Biophysics benaderden de isolatie en autonomie van het kunstmatige ecologische systeem in meer detail. Hun reeks BIOS-onderzoeksprogramma's hebben goede resultaten opgeleverd. Vanaf 1964 maakten BIOS-1 en BIOS-2 gebruik van twee- en drieledige menselijke ondersteuningssystemen. Aanvankelijk zouden chlorella-algen het hoofdbestanddeel van het complex worden. Ze hebben met succes verwerkt kooldioxide in zuurstof, bleken echter ongeschikt voor voedsel. Wetenschappers uit Krasnoyarsk hebben het derde element geïntroduceerd - hogere planten. In 1968 werd dit driedelige systeem getest, met veelbelovende prestaties. De experimentele omgeving was in staat om 85% van de drempel voor hergebruik van water te bereiken.

Voortbouwend op eerdere ontwikkelingen lanceerden de onderzoekers in 1972 het BIOS-3-project. De basis van het onderzoek was een afgesloten ruimte met een inhoud van 315 vierkante meters... Het was verdeeld in vier compartimenten: twee waren bedoeld voor het kweken van planten in kunstmatige omstandigheden, één werd bewoond door microalgenkwekers en de laatste diende als woonruimte. Er zijn tien bezinkingsexperimenten uitgevoerd, waarbij telkens drie personen betrokken waren. Ingenieur Nikolai Bugreev zat ongeveer 13 maanden in BIOS-3.

Dit onderzoeksbureau heeft ongekende resultaten geboekt. Er werd volledige autonomie bereikt op het vlak van de watercomponent en de gasuitwisseling. De zelfvoorziening van voedsel voor de deelnemers aan het experiment bereikte 80%.

Na de breuk Sovjet Unie het werk aan BIOS-3 is opgeschort. Pas in 2005 werden in Krasnojarsk de activiteiten hervat om gesloten ecosystemen te creëren.

Biosfeer-2

Begin jaren negentig was de woestijn van Arizona de meest ambitieuze poging om een ​​leefbare, autonome omgeving te creëren. Het Biosphere-2-project is een afgesloten laboratoriumcomplex, verspreid over 1,5 hectare. De experimentele structuur omvat 7 compartimenten met individuele klimaat omstandigheden... Het heeft zijn eigen oceaan, woestijn, regenwoud. Alle blokken worden bewoond door de overeenkomstige soorten flora en fauna. De schaal van Biosphere-2 laat tot 50% van de zonnestralen door, en gasuitwisseling met externe omgeving tot het mogelijke minimum teruggebracht.

De primaire taak van het Biosphere-2-project was het testen van de mogelijkheid van menselijk bestaan ​​in de gecreëerde omstandigheden. De resultaten waren niet bepaald bemoedigend. Wetenschappers en deelnemers aan het experiment werden geconfronteerd met veel problemen en tekortkomingen. Woensdag werden acht mensen in het enorme laboratorium geplaatst. Ze kregen echter al snel te maken met zuurstofgebrek. De luchtverzadiging met zuurstof daalde van 21% naar 15%. De activiteit van bodemorganismen werd genoemd als een van de meest waarschijnlijke redenen. Op de een of andere manier moest het kostbare gas extra worden opgepompt.

Later bleek dat de omvang van het ecosysteem de bewoners niet volledig van voedsel kan voorzien. Er is besloten om extra gebieden in te zaaien. Massale reproductie van insectenplagen is een serieus probleem geworden. Wetenschappers hielden ook geen rekening met het effect van wind op het versterken van de structuur van planten. Zonder het natuurlijk fenomeen bomen zijn kwetsbaar geworden, zonder kans op volledige groei. Het experiment met menselijke nederzettingen in Biosphere-2 heeft veel vragen en kritiek veroorzaakt. De volgende onderzoeksbenadering maakte de aanwezigheid van mensen in het laboratorium overbodig. En in 2005 werd het project te koop aangeboden, zonder dat de doelstellingen werden gehaald.

Elke dag wandelend door ons dennenbos en nooit ophoudend de verscheidenheid aan pittoresk mos onder mijn voeten te bewonderen, elke keer dat ik er droevig aan dacht hoe kortstondig de schoonheid ervan was.

Over een paar maanden zal de eerste nachtvorst toeslaan en al dit moois zal onder de sneeuw worden verborgen. Wat jammer dat je het niet kunt houden voor constante observatie en het plezier dat je eraan beleeft!

En dan, geheel onverwacht, een masterclass van Katerina en zo ongeveer! Dit is geluk!

Nu zal ik je er snel kennis mee laten maken en het bos in rennen om mos in te slaan!

Terwijl iedereen oproltjam, Katya rolt het mos op :) Het blijkt, hoewel oneetbaar, maar best schattig en vermakelijk.

Dus gaan we eerst naar het dichtstbijzijnde bos of park, met een container, tassen en wat gereedschap om in de grond te prikken. We rekruteren ondermaatseplanten(Ik verzamelde voornamelijk mos), kiezelstenen en allerlei andere schatten, zoals kegels. Vergeet niet om samen met de planten wat aarde te graven en naar huis te gaan.

Op zoek naar huizen pot met hermetisch afgesloten deksel... Je kunt het ecosysteem gewoon in de pot "oprollen", maar de mogelijkheid om de pot te openen kan in het begin erg handig zijn om planten water te geven, totdat het systeem zich stabiliseert. Was de binnenkant van de pot zorgvuldig en veeg hem droog. Ik heb een pot van 750 ml, je kunt zowel grotere als kleinere vaten gebruiken.

We hebben ook nodig afwatering... Ik gebruik kolen als drainage, je kunt ook geëxpandeerde klei gebruiken ofkiezelstenen.

We hebben ook nodig spuitfles met water voor irrigatie.

Als u een klein vat met een smalle hals heeft, pincet.

We leggen onze rijkdom neer, we besproeien de planten een beetje met water zodat ze niet verwelken.

We leggen een drainagelaag.

Voor drainage - een kleine laag grond. Vergeet niet om het licht met water te besprenkelen.

Nu schatten we dat we in een bank gaan wonen.

Ik heb een heel klein potje, dus ik heb er geen klontje of een eikel in gedaan. Vul de pot niet tot aan de rand, laat minimaal 1/3 van de vrije ruimte over.

Als je tevreden bent met het resultaat, spuit je de planten met water uit een spuitfles en sluit je de deksel (vergeet niet een elastiekje te plaatsen).

Het is het beste om de pot te plaatsen waar rechte lijnen er niet bij kunnen. zonnestralen, en de eerste keer om te controleren of het mos uitdroogt, en spuit het indien nodig. Idealiter zal het ecosysteem in de bank in evenwicht komen - condensatie zal zich ophopen op de muren en water geven is niet langer nodig.

Als je besluit om jezelf te maken " eeuwig terrarium", Of je hebt er al een - deel je foto's in de reacties!

En ik zal een paar foto's van internet delen voor ideeën en inspiratie.

Zeer kleine terraria, die naar mijn mening erg goed zullen staan ​​op de desktop.

Hier is nog een voorbeeld van een gesloten ecosysteem - erg populair op internet. eeuwig terrarium in een gloeilamp.

Maar de gesloten een ecosysteem dat meer dan 40 jaar oud is!

Hallo, Haber!

Onlangs op internet tegengekomen op interessant artikel, vanuit een tuinbouwkundig oogpunt, over een Engelsman die 53 jaar geleden Tradescantia in een pot plantte, een fles kurkte en, na 40 jaar geleden water te hebben gegeven, hem nooit meer openmaakte. Het idee kwam bij hem uit nieuwsgierigheid. Tot op de dag van vandaag leeft, groeit en neemt de plant zuurstof op. Tradescantia vormde een ecosysteem: tijdens fotosynthese wordt zuurstof gevormd, de lucht in het vat wordt bevochtigd en er valt vocht uit, de gevallen bladeren rotten en stoten CO2 uit. Maar voor fotosynthese is ook licht nodig, dus de fles moet constant naar het raam worden geduwd en uitgevouwen zodat de bladeren gelijkmatig groeien. Ik heb wat elektronica toegevoegd voor kamerplant, en dit is wat eruit kwam.

Fase een

Zoals eerder vermeld, is tijdens het fotosyntheseproces licht het belangrijkste. Maar niet iedereen!

Voor planten zijn blauwgroen en geelrood de belangrijkste. De golflengten zijn respectievelijk van 440 tot 550 nm en van 600 tot 650 nm. Ik ging naar de winkel en kocht 4 rode, 2 blauwe en 2 groene LED's (lees op Radiocote). Vervolgens plaatste ik ze onder het deksel van de pot, bevestigde ze op een karton en verbond ze parallel (2 rode, 1 blauwe en 1 groene).
Omdat LED's met verschillende gloeikleuren verschillende voedingsspanningen hebben, heb ik weerstanden geplaatst.
Ik maakte een gat in het deksel voor draden en verstevigde het karton met LED's onder het deksel, nadat ik de draden eerder in het gat had gestoken. Voor meer isolatie van de buitenwereld kan het gat worden afgedicht.

Revisie van de verlichtingsmodule vanaf 01.07.13.
De module is speciaal gecoat met een dikke laag Tsaponlak om corrosie van de elementdraden en koper op het bord te voorkomen.

Fase twee

Het belangrijkste, dat wil zeggen, de markering, heb ik al gedaan, dus ik wend me tot de nuttige toevoegingen.
1. Om ervoor te zorgen dat het licht alleen brandt als de plant in de schaduw staat, moet je een fotocel toevoegen.
Verbindingsdiagram:

Om de pot echt slim te maken, laten we er een Arduino op aansluiten. Analoge ingang Zet op het diagram - elke analoge ingang van de Arduino. We zullen LED's op de PWM (of PWM) -uitgang hangen, waarvan de helderheid zal veranderen afhankelijk van de verlichting van de fotoweerstand. Maar laten we eerst eens kijken welke waarden de spanningsdeler zal geven.

Code

int-sensor = 0; // sluit de verdeler aan op de analoge ingang van Arduino A0 void setup () (Serial.begin (9600);) void loop () (Serial.println (analogRead (sensor)); vertraging (1000); // Verzendt waarden ​​van de verdeler eens per geef me even)

In mijn circuit gebruikte ik een fotoresistor van de elektronische constructor ZNATOK. Hij heeft een schaduwweerstand van 120 kOhm. Weerstand R1 wordt berekend volgens de formule: R1 = V in * R 2: V uit -R 2; V in op het diagram - + 5V, V uit - "naar de analoge ingang van de Arduino" (ik hoop dat iedereen de procedure goed onthoudt: eerst acties van de eerste graad - vermenigvuldigen en delen, en dan de tweede - optellen en aftrekken ). Houd er ook rekening mee dat de weerstand van de fotoresistor kan veranderen. niet-lineair.
De minimale verlichtingswaarde van mijn verdeler is ongeveer 100 (laten we ze conventionele eenheden noemen), het maximum is ongeveer 755 USD.
Als u deze waarden kent, kunt u een programma schrijven voor de Arduino-controller.

Code

int-sensor = 0; // Potentiometer naar A0 int ledPin = 9; // LED's om 9 void setup uit te voeren () (analogReference (DEFAULT); pinMode (ledPin, OUTPUT); //Serial.begin (9600); Verwijder commentaar bij deze regel om de huidige // verlichting in cu in de Port Monitor weer te geven. ) void loop () (int val = analogRead (sensor); val = constrain (val, 130, 755); // Stel de lichtwaarden in. // Als< 130, то превращаем в 130, если >755, dan stellen we het in op 755. int ledLevel = map (val, 130, 755, 0, 255); // Converteer de waarden van verlichting en a.u. // naar 8-bits waarden voor PWM. analoogWrite (ledPin, ledLevel); // Serial.println (analogRead (ledLevel)); Maak een opmerking over deze regel om de huidige // verlichting in cu weer te geven. in de Poortmonitor. )

Houd er ook rekening mee dat de maximale stroom door de digitale I / O van de Arduino niet hoger mag zijn dan 40mA.

2. In plaats van een digitale methode om het verlichtingsniveau te bepalen, kan een analoge worden gebruikt. Door een zenerdiode en een transistor aan de verdeler toe te voegen, krijgen we alles hetzelfde als bij de processor, alleen in een kleiner volume. Schema:


Zenerdiode D1 - elk vermogen bij 3,6 V. Transistor T1 - elke NPN.

PS Het zou er veel beter uitzien als de draden niet uitsteken. Het ontwerp zelf zal technologisch geavanceerder zijn als je een spoel op de bodem van het blikje plaatst en de achtergrondverlichting draadloos van stroom voorziet (bijvoorbeeld draadloos opladen voor telefoons).

Op de onderstaande foto is de eerste experimentele pot te zien. De plant is geplant op 06/01/13.


Vervolgens is besloten deze bank te verlaten, aangezien de plant had niet genoeg ruimte om te groeien (ook zal de stalen kap, met een hoge mate van waarschijnlijkheid, na 40 jaar gebruik roesten :)).


In plaats van een kleine liter blikken, de planten werden geplant in grote - 3 liter. Het deksel werd ook vervangen door een polyethyleen exemplaar.
P.S.S. Landingsdatum: 30/06/2013 (07/01/13 de bank werd geopend om de verlichtingsmodule te vervangen).
Foto 1: 07/10/13

Foto 2: 17.07.13. De onderstaande foto laat zien hoe vegetatie op de muren begon te verschijnen. Dit geeft aan dat ook de eenvoudigste plantensoorten zich goed voelen in het systeem.

Foto 3: 09/02/13

Ook, voor het experiment, in een potje met geldboom er werd een mandarijnzaadje geplant (niet eerder bewaard in nat gaas, enz.). Zoals je op de foto hierboven kunt zien, is het nu ontsproten.
Met de accumulatie van experimentele gegevens, zal hier informatie worden geplaatst.