Ферма на Марсе: Небеспочвенные трудности

Биологи ищут технологию выращивания растений на почве далеких планет. Но для начала им приходится решить, наконец, что такое почва, – или отказаться от ее использования, и выращивать растения без нее.

Мысль о колонизации других планет волнует сердца не только любителей научной фантастики. Самые серьезные ученые и инженеры проводят бесчисленные исследования и проекты, так или иначе связанные с этим вопросом. И если первые, например, уже доказали, что некогда Марс был весьма богат водой («От вулкана до океана»), достаточные количества которой могли сохраниться и до наших дней, то вторые ищут возможности эту воду использовать, создав технологии выращивания земных растений в неземных условиях.

«Стремление к освоению других планет естественно для нас, - говорит итальянский биолог Джакомо Сертини (Giacomo Certini), - Движение к расширению горизонтов человечества не стоит полагать чем-то странным». Расширение это, видимо, неизбежно. Люди будут колонизировать все большее пространство – и растущей людской массе будет требоваться все больше и больше пищи.

Оказавшись на том же Марсе, будущим колонистам хорошо бы суметь самостоятельно обеспечивать себя всем необходимым. А это, в частности, означает, что им придется культивировать растения в условиях, совершенно отличных от земных. И помочь им может недавняя работа Сертини и его коллег, которые показали, как на поверхности Марса (а также Луны и даже Венеры) можно вести вполне полноценное сельское хозяйство, используя для этого местную почву.

Но для начала ученым понадобилось определить, можно ли считать местный грунт почвой в полном смысле этого слова, установить, «ведет» ли он себя, как почва сегодня, оценить его состояние в прошлом и перспективы на будущее. Стоит сказать, что само понятие почвы до сих пор остается предметом дискутируемым, и на сегодня не существует единого его определения, которое принимали бы все специалисты, и которое бы ясно и однозначно отделяло почву от «не-почвы». Не так давно на конференции в Австрии была сделана очередная попытка, в которой почва определяется, как «материя на или поблизости от поверхности Земли и сходных тел, подвергающаяся модификации в ходе биологических, химических и (или) физических процессов».

На наш взгляд, так можно сказать о какой угодно материи, включая плазму поверхности звезд. Так или иначе, на Земле почву формирует пять факторов: исходная литосферная порода, климатические воздействия, топографические особенности, время и биота (флора и фауна). Именно последний фактор вызывает наибольшие споры. Чаще всего почву определяют, как «среда, обеспечивающая рост растений». Но это подразумевает, что в отсутствие растений нет и почвы. Джакомо Сертини полагает такой подход неверным и полагает, что почвой стоит считать среду с «собственной историей», т.е. динамичную, изменчивую, развивающуюся во времени, вне зависимости от присутствия живых организмов.

«Большинство полагает, что биота играет ключевую роль в формировании почвы, - говорит Сертини, - Но некоторые ученые, включая меня, отмечают тот очевидный факт, что в некоторых частях нашей планеты – таких, как Сухие долины Антарктиды или чилийская пустыня Атакама, – почва практически лишена живых организмов и не испытывает большого влияния с их стороны. Это показывает, что формирование почвы не требует жестко присутствия жизни». По мнению Сертини, ключевым фактором в этом процессе выступает климат – иначе говоря, погода, и связанные с нею изменения структуры и состава исходной породы.

Погода на Венере, Марсе и Луне – не совсем то, к чему мы привыкли на своей планете. К примеру, крайне плотная и кислотная атмосфера Венеры создает у ее поверхности давление почти в сотню раз больше нашего. Она насыщена углекислым газом и каплями серной кислоты, с небольшими вкраплениями воды и кислорода. Такая «погода» создает жесткое эрозионное воздействие на грунт, дополняясь высокой активностью местных вулканов и сильными ветрами.

На Марсе все куда более мирно, в крайне разреженной его атмосфере «погода» определяется регулярными падениями метеоритов и перепадами температуры. В отсутствие вулканической активности здесь куда сильнее проявляется эффект температурного градиента между полушариями планеты, который даже в разреженной атмосфере вызывает сильные ветры, приводящие к знаменитым пылевым бурям. Ну а на Луне, твердые скалы которой покрыты слоем пыли и мелких камней, действие метеоритов еще более значительно. Здесь, где атмосфера практически отсутствует, изменения «почвы» происходят также за счет воздействия на нее заряженных частиц солнечного ветра.

Все эти факторы, по мнению Джакомо Сертини и его коллег, позволяют говорить о материале поверхности Луны, Марса и Венеры, как о динамически развивающейся среде, имеющей собственную «историю» – т.е., в их понимании, о почве. Однако некоторые специалисты не согласны с таким подходом, и по-прежнему настаивают на том, что одной погоды недостаточно, и полноценная почва должна включать живые организмы, и именно их деятельность по преобразованию материи является ключевым компонентом почвы.

Впрочем, все эти вопросы можно оставить любителям теоретических рассуждений, поскольку в принципе для культивирования растений почва вовсе не так необходима, как кажется. Уже не первое десятилетие существует технология аэропоники, при которой корни остаются подвешенными в насыщенной питательными веществами и чрезвычайно влажной атмосфере парника. Первые попытки применить такой подход состоялись еще в 1940-х, а с 1980-х аэропоника используется в сельском хозяйстве для выращивания некоторых культур.

Почвовед из Израиля Элен Грабер (Ellen Graber) удивляется: «Кто вообще сказал, что почва абсолютно необходима для сельского хозяйства? В нем есть только две незаменимые вещи – вода и питательные вещества (ученая, кажется, забыла о солнечном свете – ПМ). Современные технологии широко используют беспочвенные питательные среды, включая целый набор твердых субстратов для роста».

В 1997 г. на борту МКС был проведен эксперимент по беспочвенному выращиванию растений методом той же аэропоники, который, кстати, отличается от гидропоники низкой потребностью в воде, доставлять которую в космос – дело накладное. В перспективе такие «грядки» могут обеспечить космонавтов не только пищей, но и кислородом. Возможно, с их помощью можно будет очищать воду до состояния питьевой, а часть выращенной биомассы будет использоваться для получения топлива.

«Я уверена, что к тому моменту, когда мы достигнем того уровня развития, который позволит нам полноценную колонизацию Луны или соседних планет, техники выращивания растений без почвы будут усовершенствованы для практического использования там», - говорит Элен Грабер.

Напомним, кстати, что, по мнению некоторых специалистов, состав марсианского грунта вполне позволяет на нем «выращивать спаржу». Читайте: «Марсианские грядки».

По публикации Space.Com