Als we ooit mensen hopen te sturen leven op Mars voor een langere periode moeten we ze warm, veilig en goed gevoed houden. Die laatste vereiste vormt een uitdaging voor een missie die slechts een beperkte hoeveelheid voorraden kan vervoeren. Zelfs als bonen in blik niet zo zwaar zouden zijn, wil niemand er een jaar lang van kunnen rondkomen.
Inhoud
- De basisbenodigdheden
- Leven cultiveren in dode grond
- Het bemesten van de grond
- Het wegwerken van de nare dingen
- Het probleem van perchloraten
- Een systeem opzetten
- Alles wat we nodig hebben
De toekomst van de bewoning op Mars vereist vers geteeld fruit, groenten en granen. Maar hoe landbouw je op een giftige, dodelijke planeet als Mars? Om een antwoord te krijgen, spraken we met drie Mars-onderzoekers uit de vakgebieden ecologie, geologie en biochemie.
Aanbevolen video's
Dit artikel maakt deel uit van Leven op Mars – een tiendelige serie die de baanbrekende wetenschap en technologie onderzoekt die mensen in staat zullen stellen Mars te bezetten
De basisbenodigdheden
Planten zijn winterharde dingen, maar ze hebben een aantal essentiële vereisten. Om goed te groeien hebben ze warmte, een redelijke atmosferische druk en bescherming tegen schadelijke straling nodig. Het zou een uitdaging zijn om in deze dingen te voorzien op Mars, afgezien van het feit dat mensen ze allemaal ook nodig hebben.
De eenvoudigste oplossing zou zijn dat welke habitat je ook bouwt om astronauten op Mars te huisvesten, je ook bouwt om alle gewassen te huisvesten. Voeg wat eenvoudige LED-lampen toe en de astronauten kunnen gemakkelijk hun planten verzorgen terwijl ze groeien. Het toevoegen van verlichting zou de effecten van de lagere zwaartekracht van Mars moeten tegengaan, omdat planten, zelfs als er geen zwaartekracht is, op natuurlijke wijze wortels groeien weg van lichtbronnen. De afgesloten omgeving heeft zelfs als voordeel dat u omstandigheden als temperatuur en luchtvochtigheid onder controle kunt houden.
Wieger Wamelink, plantenveredelaar en ecoloog aan Wageningen Universiteit en een van de toonaangevende onderzoekers op het gebied van landbouw op de maan en Mars, vertelde Digital Trends dat het kweken van planten in de ruimte eigenlijk heel vergelijkbaar is met stadslandbouw, de beweging om voedsel efficiënt te verbouwen in de stad instellingen. Vaak wordt dat bereikt door steriele omgevingen in binnenhabitats op te zetten met LED-verlichting. In principe, zei hij, ‘is dat iets wat je op Mars kunt doen, of in de woestijn als je wilt, of in een stad.’
Leven cultiveren in dode grond
De grootste barrière voor het verbouwen van gewassen op Mars is echter het ontbreken van iets ogenschijnlijk eenvoudigs: ouderwets vuil. De bodem op aarde zit vol met levende organismen en ook met bepaalde mineralen, zoals fosfor en kalium, die planten gebruiken. Mars heeft geen aarde; in plaats daarvan heeft het een dood, stoffig materiaal genaamd regolith dat het oppervlak bedekt.
We weten niet precies waar deze regoliet uit bestaat, en het kan zijn dat hij in verschillende regio's verschillende composities heeft. Maar we hebben wel een globaal idee van wat erin zit, waardoor NASA een regoliet-simulant heeft kunnen ontwikkelen. Dit is in wezen een herschepping van de bodem van Mars, gebaseerd op onze huidige kennis van het planeetoppervlak.
Dat betekent dat je hier op aarde kunt experimenteren met de ‘bodem’ van Mars. Hoewel de simulant niet goedkoop is, is hij dat wel beschikbaar om te kopen Voor onderzoeksdoeleinden. Ongeveer tien jaar geleden vroeg Wamelink zich af of de simulant gebruikt kon worden om gewassen te verbouwen en verdiepte zich in het onderwerp. ‘Wat ik ontdekte,’ zei hij, ‘tot mijn verbazing moet ik zeggen, is dat niemand dat ooit heeft geprobeerd.’
Dus begon hij het planten van zaden in de bodem van Mars, de maan en de aarde om hun groei te vergelijken. Bij zijn eerste experimenten verwachtte Wamelink dat planten het moeilijk zouden hebben in de Mars-simulant. “Het is een zeer voedselarme bodem”, legt hij uit. Er zit geen organisch materiaal in en het bevat zware metalen die kunnen voorkomen dat planten ontkiemen. ‘Mijn verwachtingen waren heel laag’, zegt hij.
Zijn team plantte 4.200 zaden van 14 verschillende soorten, in de verwachting dat de meeste daarvan zouden sterven. Maar de resultaten waren heel anders dan wat de onderzoekers voorspelden. Bijna alle zaden ontkiemden, sommige binnen 24 uur. Dat zorgde juist voor problemen, vertelt Wamelink lachend, omdat het team ineens een enorme oogst van ruim 4.000 planten moest verzorgen.
De planten moesten zorgvuldig worden bewaterd, omdat de regoliet hydrofoob is, wat betekent dat hij niet veel vocht opneemt. Dus toekomstige boeren op Mars zullen dit nodig hebben genoeg water om hun gewassen te laten groeien.
En hoewel de planten groeiden in de Mars-regoliet-simulant, bereikten ze slechts een paar centimeter hoogte en produceerden ze niets eetbaars. Om planten volledig te laten groeien en groenten te produceren, moet je voedingsstoffen toevoegen.
Het bemesten van de grond
Een belangrijk onderdeel dat Marsbodem mist voor zover het planten betreft, is organisch materiaal. Organische stof is een bijzonder belangrijke bron van voedingsstoffen wanneer deze door bacteriën wordt afgebroken, wat betekent dat we ook in toekomstige teeltgebieden bacteriën zullen moeten toevoegen.
Gelukkig zitten mensen, als wandelende kolonies microben, boordevol bacteriën. Dus hoewel het een nogal onaangenaam concept is, hebben we wel een manier om ze te verwerven. De meest efficiënte methode zou zijn om de urine en uitwerpselen die astronauten tijdens hun maandenlange reis naar Mars produceren, te bewaren en deze vervolgens aan de regoliet toe te voegen om bacteriën te kweken. Als je de film hebt gezien De Marsman, waar de verloren astronaut Mark Watney aardappelen verbouwt in Marsgrond met het rioolwater van hem en zijn bemanningsleden, is het hetzelfde concept. Om iedereen gezond te houden, moet je echter stappen ondernemen om ziekteverwekkers te doden die via menselijk afval kunnen worden overgedragen.
U kunt helpen bij het proces van het verteren van organisch materiaal en het recyclen ervan in de bodem door wormen te introduceren. Zelfs op Mars zijn regenwormen de beste vriend van een tuinman, omdat ze organisch materiaal verteren en produceren kunstmest samen met het graven van tunnels die zorgen voor belangrijke beluchting en waterretentie voor de plant wortels om te groeien. “Ik denk dat ze essentieel zijn voor een goed systeem”, zegt Wamelink. Bovendien kunnen wormeieren lange tijd worden bewaard, waardoor ze mogelijk naar Mars kunnen worden getransporteerd.
Zodra uw Mars-regoliet is verrijkt met voedingsstoffen, organisch materiaal, bacteriën en wormen, kunt u beginnen met het planten van zaden. Zaden kunnen zonder al te veel moeite van de aarde worden gehaald, omdat ze klein en licht zijn.
Toekomstige Marsbewoners hebben misschien een gevarieerder voedingspatroon dan je denkt. Wamelink vertelt me dat er allerlei soorten eetbare planten kunnen groeien in de regoliet-simulant van Mars. Dus terwijl de hydrocultuursystemen worden gebruikt op plaatsen als het Internationale Ruimtestation, waar planten niet in de grond worden gekweekt, maar gesuspendeerd in een voedingsoplossing, beter geschikt zijn voor het kweken van bladgroenten dan zetmeelrijke groenten, kun je praktisch kweken alles in de grond. Mars regolith-simulant is gebruikt voor het verbouwen van aardappelen, sperziebonen, tomaten, wortelen, radijs, tarwe, rogge en meer.
Het wegwerken van de nare dingen
Een van de zorgen over de veiligheid van de Marsbodem is de aanwezigheid van gevaarlijke zware metalen. “Het is niet alleen zink, waar we een klein beetje van nodig hebben, maar ook cadmium, lood, kwik – allemaal dingen die je niet in je eten wilt hebben,” zei Wamelink.
Dat is echter niet per se zo’n groot probleem als je zou denken. “Dat is niet echt anders dan op aarde”, merkte hij op, omdat zware metalen ook in onze bodem voorkomen. De vraag is of deze zware metalen zo gebonden zijn dat ze niet in de bodem terechtkomen en vervolgens door planten worden opgenomen.
Voedsel verbouwen op Mars | MARS: Hoe te overleven op Mars
Het goede nieuws is dat bij analyse van de in de simulant gekweekte groenten veilig bleek te zijn om te eten. Zware metalen lagen in al het voedsel onder de gevaarlijke niveaus, en in sommige gevallen waren de niveaus zelfs nog lager in de regolieten. groenten dan de groenten die in gewone potgrond worden geteeld, misschien als gevolg van verontreinigende stoffen zoals auto-uitlaatgassen die hier de grond vervuilen op aarde.
Er bestaat ook bezorgdheid over de zuurgraad van de grond op de maan en Mars, wat het vermogen van de planten om toegang te krijgen tot een ander essentieel molecuul, fosfaat, zou kunnen beperken. Een nieuw onderzoeksgebied dat wordt overwogen, is de vraag of toevoegen bepaalde soorten schimmels naar de regoliet zou dit probleem kunnen oplossen.
"We kunnen schimmels meenemen naar Mars die daadwerkelijk in rotsen kunnen groeien en fosfaten vrijgeven", opperde Wamelink als een toekomstige mogelijkheid voor onderzoek. “Ze leven in symbiose met de wortels van de planten.”
Het probleem van perchloraten
Misschien wel de grootste belemmering voor het veilig verbouwen van voedsel op Mars is de kwestie van perchloraten, chemicaliën die in de regoliet voorkomen en die giftig zijn voor zowel mensen als planten. Deze zijn zo gevaarlijk dat ze om gezondheidsredenen niet in simulantmonsters worden opgenomen.
Recent onderzoek heeft gesuggereerd dat de aanwezigheid van deze perchloraten in de regoliet een groter probleem zou kunnen zijn dan eerder werd gerealiseerd. Toen onderzoekers regoliet-simulant namen en calciumperchloraat toevoegden in hoeveelheden die vergelijkbaar waren met die op Mars, konden planten er niet in groeien, zelfs niet als er extra voedingsstoffen werden toegevoegd.
Dat betekent echter niet dat we de droom van op Mars geteeld voedsel moeten opgeven. Andrew Palmer van het Florida Institute of Technology, senior auteur van het onderzoek, vertelde Digital Trends in een e-mail dat de aanwezigheid van perchloraten op Mars een uitdaging vormt voor de voedselproductie. productie, “het is geen dealbreaker.” Het zou mogelijk moeten zijn om micro-organismen of specifieke planten in het ecosysteem te introduceren om de gifstoffen uit de regoliet te verwijderen in een proces dat we noemen bioremediatie. “Dergelijke helpers zijn veelvoorkomende spelers in onze ecosystemen op aarde. Er is geen reden waarom we hun potentieel om bij te dragen aan het ecosysteem dat we ontwerpen voor onze Mars-kolonisten zouden moeten negeren”, zei hij.
Een andere onderzoeker die betrokken is bij onderzoeken naar de levensvatbaarheid van regoliet voor het verbouwen van gewassenLaura Fackrell van de Universiteit van Georgia was het ermee eens dat perchloraten een uitdaging waren, maar niet onoverkomelijk. Ze suggereerde dat perchloraten met behulp van bacteriën uit de regoliet kunnen worden verwijderd, omdat er meerdere bacteriesoorten zijn die perchloraten kunnen consumeren of afbreken, waarvan sommige worden gebruikt voor het schoonmaken van vervuild water hier op aarde. Maar ook hier zijn er uitdagingen. Deze reactie produceert zowel zuurstof als chloride – en hoewel chloride niet giftig is en gunstig kan zijn voor de plantengroei, kan een teveel ervan planten beschadigen of zelfs doden. We hebben meer onderzoek nodig om te weten wat de effecten ervan op het plantenleven zouden zijn. “We hebben niet genoeg gegevens om te zeggen of de hoeveelheid chloride die door dit proces wordt geproduceerd te veel zou zijn voor planten, maar dat is waarschijnlijk wel zo,” zei ze.
Een andere mogelijke oplossing zou zijn om de perchloraten letterlijk uit de regoliet te wassen. Perchloraten zijn een soort zout en zijn oplosbaar in water, dus het spoelen van de regoliet zou ze verwijderen. “Dit kan echter ook andere voedingsstoffen zoals nitraten verwijderen,” waarschuwde Fackrell. Om nog maar te zwijgen over de problemen met het gebruik van kostbaar water voor dit doel.
Verwant
- Kosmische communicatie: hoe de eerste mensen op Mars met de aarde zullen communiceren
- Astropsychologie: hoe je gezond kunt blijven op Mars
- Energiecentrales op andere planeten: hoe we elektriciteit op Mars zullen opwekken
De aanwezigheid van perchloraten is echter niet noodzakelijkerwijs alleen maar slecht nieuws. Fackrell wees erop dat als bacteriën perchloraten consumeren om de bodem schoon te maken, dit een nuttig bijproduct zou opleveren zuurstof, wat een onderdeel zou kunnen zijn van een duurzaam systeem om aan de behoeften van astronauten te voldoen: “Perchloraten vertegenwoordigen een zeer reële uitdaging; ze bieden echter ook de mogelijkheid om te worden omgezet in een bron van zuurstof.”
Een systeem opzetten
Het helpt om na te denken over het opzetten van landbouw op Mars als een langetermijnspel. Het doel is niet alleen om één oogst aan gewassen te telen, maar om een duurzaam systeem op te zetten.
De eerste oogst is het moeilijkst. Zodra dat is gebeurd en de bacteriën zich hebben gevestigd, kan al het plantmateriaal dat overblijft van eerdere oogsten weer aan de grond worden toegevoegd, wat zowel voedingsstoffen toevoegt als helpt om water vast te houden. Dus na verloop van tijd zal de grond vruchtbaarder worden en gastvrijer voor planten.
Dat betekent dat er een sterke impuls is om pogingen te ondernemen om planten te kweken zodra mensen voor langere tijd op Mars arriveren. “Ik denk dat je vanaf de eerste expeditie moet beginnen om je eigen voedsel te gaan verbouwen. Anders zal het hoogstwaarschijnlijk niet mogelijk zijn”, aldus Wamelink. De eerste expedities zouden zeker ook hun eigen voedsel meenemen, voor het geval er problemen zouden zijn met de gewasgroei. Maar ze konden wel beginnen met het proces om de grond bruikbaar te maken.
Het is ook mogelijk om de gecultiveerde grond tussen missies door te behouden, zolang er maar lucht, licht en warmte is. Je kunt bepaalde gewassen zaaien, zoals niet-eetbare koolsoorten, die je kunt laten staan om de grond te bemesten terwijl je weg bent. Dit is hetzelfde principe dat boeren in Wamelinks thuisland Nederland gebruiken om hun bodem tijdens de winter te verbeteren.
Een andere overweging is hoe je omgaat met plantenbestuiving, zowel voor een genereuzere oogst als voor het creëren van zaden voor toekomstige gewassen. Veel plantensoorten gebruiken de wind om hun stuifmeel mee te nemen. Maar dat betekent dat je een luchtstroom in een Mars-habitat moet opzetten, wat niet eenvoudig zou zijn. Er is echter nog een andere optie: het gebruik van bijen.
Bijen zijn uitstekende bestuivers en kunnen van de aarde worden gehaald om in een leefgebied op Mars te leven. Hommelkoninginnen kunnen mogelijk in winterslaap worden gebracht voor een ruimtereis en vervolgens worden vrijgelaten om zich rond het stuifmeel te verspreiden.
Vliegen zijn een andere optie, en ze hebben nog een voordeel: vliegenlarven kunnen eetbaar zijn, en net zo preuts als veel mensen misschien gaat het om het eten ervan, ze zouden een belangrijke eiwitbron kunnen zijn voor iemand die anders vegetarisch of veganistisch is eetpatroon.
Alles wat we nodig hebben
Ondanks de vele complexiteiten van het verbouwen van voedsel op Mars is het theoretisch mogelijk. Er moeten nog veel details worden uitgewerkt, maar in principe kunnen we daar misschien gewassen verbouwen, zolang astronauten de juiste materialen meenemen. “Ik heb een boodschappenlijstje!” Wamelink grapte.
De enige beperking die hij benadrukte, was dat al deze experimenten gebaseerd zijn op de Mars-simulant die momenteel beschikbaar is, dus de resultaten zijn slechts zo nauwkeurig als de simulant. De kwestie van perchloraten en hoe deze zowel planten als mensen kunnen beïnvloeden, is een open kwestie, en toekomstige missies ook de Mars Sample Return zou ons moeten helpen meer zekerheid te krijgen over wat we precies van Mars kunnen verwachten omgeving.
Het zal niet gemakkelijk zijn, maar astronauten zouden op een dag kunnen genieten van verse, op Mars gekweekte groenten als dagelijks onderdeel van hun dieet. “Je moet veel dingen doen om het op gang te krijgen,” waarschuwde Wamelink, “maar we weten nu hoe we het moeten doen.”
Dit artikel maakt deel uit van Leven op Mars – een tiendelige serie die de baanbrekende wetenschap en technologie onderzoekt die mensen in staat zullen stellen Mars te bezetten
Aanbevelingen van de redactie
- Een kosmologisch woon-werkverkeer: de lastige logistiek van het plaatsen van mensen op Mars
- De voortstuwing perfectioneren: hoe we mensen naar Mars kunnen krijgen
- Kastelen gemaakt van zand: hoe we habitats zullen maken met Marsgrond
- Kunstmatige atmosferen: hoe we een basis met ademende lucht op Mars zullen bouwen
- Hydratatie oogsten: hoe toekomstige kolonisten water op Mars zullen creëren en verzamelen
