في الطريق إلى المريخ نتوقف في القارة القطبية الجنوبية

بدأت مؤخراً حاضنة أغذية جديدة ومتطورة العمل في القارة الجنوبية المتجمدة. من المفترض أن يسمح هذا المشروع يومًا ما بتطوير الزراعة في الفضاء، وعلى طول الطريق أيضًا تحسين الطريقة التي نزرع بها الفواكه والخضروات في أماكن أكثر دفئًا قليلاً على الأرض

بقلم ألينا فيشمان، وكالة أنباء أنجل للعلوم والبيئة

في فيلم "إنقاذ مارك واتني" يلعب مات ديمون دور رائد فضاء تم التخلي عنه وحيدا على كوكب المريخ، وينجو بفضل مهاراته كمهندس وعالم نبات، والتي تسمح له بإنتاج الماء لنفسه وزراعة البطاطس من أجل الغذاء في ظروف دون المستوى المطلوب. . لذا، صحيح أن هذا فيلم خيال علمي، وصحيح أن أقدام الإنسان لم تطأ أرض المريخ بعد، لكن فكرة زراعة البطاطس في الظروف القاسية هي في الواقع غير خيالية تمامًا.

في الواقع، تدور أحداث السيناريو الهوليودي هذه الأيام في واقع القارة القطبية الجنوبية. المريخ والقارة القطبية الجنوبية هما بالطبع مكانان مختلفان تمامًا عن بعضهما البعض، لكن كلاهما يتمتع بظروف بيئية قاسية وقاسية، وهي معادية جدًا للإنسان. ويسود متوسط ​​مماثل ودرجات حرارة متجمدة (ناقص 60 درجة على المريخ ومن 20 إلى 45 درجة تحت الصفر في المناطق الداخلية من القارة القطبية الجنوبية) وكلاهما معزولان وبعيدان عن أي مستوطنة بشرية. وكما في الفيلم، يوجد في القارة القطبية الجنوبية أيضًا فرق من الباحثين الذين يجلسون في محطات بحث معزولة، ويقومون بتجارب ودراسات مختلفة.

أكبر صحراء في العالم

القارة القطبية الجنوبية هي أبرد مكان في العالم، مع متوسط ​​درجة الحرارة حوالي 50 درجة مئوية تحت الصفر بالقرب من القطب الجنوبي، وبالتالي ليس لديها سكان دائمين. ومع ذلك، توجد محطات بحثية في جميع أنحاء القارة، معظمها يعمل فقط في فصل الصيف. في الواقع، القارة القطبية الجنوبية لديها موسمان فقط: الشتاء والصيف. في الصيف (نوفمبر-مارس) لا تغرب الشمس، بينما في الشتاء (أبريل-أكتوبر) تغرب.

القارة القطبية الجنوبية هي أيضا في الواقع أكبر صحراء في العالملأن متوسط ​​كمية الأمطار أقل من 200 ملم في السنة. إن الجمع بين درجات الحرارة المنخفضة جدًا وفقر التربة في المعادن ونقص الرطوبة وأشعة الشمس لا يسمح بتطور النباتات.

يتعين على العلماء الذين يصلون إلى القارة القطبية الجنوبية أن يقضوا عدة أشهر دون إمدادات من الفواكه والخضروات الطازجة. ولا يسمح فصول الشتاء القاسية هناك بزراعة الأغذية هناك، لذلك يتم إرسال الإمدادات الطازجة إلى هناك من مسافة طويلة عبر البحر، عدة مرات في السنة. الطريقة الوحيدة لنقل الطعام إلى محطة الأبحاث هي بالطائرة أو السفينة. ومع ذلك، فإن معظم الطعام الذي يصل يتم تجفيفه أو تجميده. لكن لحسن الحظ بالنسبة للباحثين في القارة المتجمدة، يبدو أن كل هذا على وشك التغيير.

زراعة الخضروات في الهواء

وقد طوره المهندسون في مركز أبحاث الفضاء الألماني الدفيئة ذات التقنية العالية باسم عدن-محطة الفضاء الدوليةحيث يمكن زراعة مجموعة متنوعة من النباتات الصالحة للأكل، حتى عندما تكون درجات الحرارة في الخارج 70 درجة تحت الصفر. وفي يوليو 2017، تمكنوا من زراعة أول خيارة في الدفيئة، والتي كانت تزن 96 جرامًا وطولها 14 سم. وبعد هذا النجاح، تم إرسال الدفيئة الجديدة إلى وجهتها في محطة الأبحاث نيوماير الثالث وفي القارة القطبية الجنوبية، حيث سيقوم الباحثون بزراعة 50-30 نوعًا مختلفًا من النباتات مثل الخس والطماطم والفلفل والخيار والفجل والفراولة وأنواع مختلفة من الأعشاب، مما سينوع النظام الغذائي لموظفي المحطة.

ومن أجل التغلب على الظروف المعادية السائدة في القارة القطبية الجنوبية، تقرر زراعة المحاصيل في دفيئة باستخدامالزراعة المائيةمما يسمح بزراعة النباتات دون ركيزة وجذورها في الهواء. تنمو النباتات في الواقع على صواني معلقة، حيث يتعرض نظامها الجذري للهواء مباشرة، دون وجود تربة تحتها. باستخدام نظام الرش، تتلقى النباتات كل بضع دقائق رذاذًا غنيًا من خليط من المعادن والأسمدة الضرورية لنموها، والتي تنشأ بشكل طبيعي في التربة، مباشرة على الجذور.

42 مصباح LED ينبعث منها الضوء بأطوال موجية حمراء وزرقاء، والتي تعطي الدفيئة نوعًا من التوهج البيضاوي، هي مصدر الضوء للنباتات في الدفيئة. يعتبر الضوء بهذه الأطوال الموجية مناسبًا بشكل مثالي لحاجة النباتات إلى عملية التمثيل الضوئي، حيث يستخدم النبات الطاقة الضوئية لتحويل ثاني أكسيد الكربون إلى سكريات - اللبنات الأساسية للنبات للنمو والنمو أثناء إنتاج الأكسجين. وأيضاً، للتأكد من أن عملية التمثيل الضوئي في النباتات ستكون بالشكل الأمثل، يعمل نظام على إثراء الهواء داخل الدفيئة بثاني أكسيد الكربون الإضافي.

إحدى المشاكل الرئيسية في الزراعة في القطب الجنوبي هي، بطبيعة الحال، التعامل مع الظروف المناخية القاسية. للتأكد من أن درجة الحرارة داخل الدفيئة ستكون دائما مثالية لنمو النباتات، على عكس درجات الحرارة السائدة في الخارج، تتمتع الدفيئة الجديدة بنظام التحكم في المناخ، والذي يضمن أن درجة الحرارة السائدة في الداخل ستكون دائما في حدود ما بين 25-20 درجة مئوية. هذا النطاق مثالي لدعم العمليات الفسيولوجية للنبات.

من الجليد إلى المدينة والفضاء

البيت الاخضرعدن-محطة الفضاء الدولية، لا يشبه أي دفيئة أخرى مستخدمة اليوم. والسبب الرئيسي لذلك هو أنه يعتمد على نظام مغلق، حيث تأتي جميع الموارد اللازمة لنمو النباتات من داخل النظام نفسه، بما في ذلك الماء والأكسجين والضوء وثاني أكسيد الكربون والمعادن. وبما أن الدفيئة عبارة عن نظام مغلق، فإن هناك أهمية كبيرة لإعادة تدوير المياه داخل النظام. ولتحقيق هذه الغاية، يتم التحكم في مستوى الرطوبة داخل الدفيئة ومراقبته باستمرار. ويخضع بخار الماء الموجود في الهواء داخل الدفيئة لعملية تكثيف يتحول فيها الماء من غاز إلى سائل، مما يسمح بإعادة استخدام الماء، وهو كما ذكرنا محدود في النظام.

ה-عدن-محطة الفضاء الدولية ولم يتم تطويره لتحسين تغذية فرق البحث الموجودة في القارة القطبية الجنوبية فحسب، بل تم تصميمه لإنتاج تكنولوجيا تسمح بزراعة الفواكه والخضروات الطازجة خارج حدود الكوكب. ويأمل الباحثون أنه إذا كان من الممكن بالفعل زراعة الفواكه والخضروات في هذه الدفيئة، حتى عندما تكون درجة الحرارة بالخارج 70 درجة تحت الصفر، فيمكن استخدامها لمساعدة رواد الفضاء على زراعة الطعام في الفضاء.

ومن المفهوم أن الباحثين لا ينسون الأرض وسكانها أيضًا. ستساعد المعرفة التي سيتم جمعها خلال المهمة في القارة القطبية الجنوبية على تحسين كفاءة استخدام الموارد في النظم الزراعية الخاضعة للرقابة، والتقنيات لتحسين جودة وسلامة الغذاء وظروف نمو النباتات الصالحة للأكل في المزارع العمودية داخل المباني في المدن – ما يعرف بالمزارع الحضرية. وهكذا، فإن الطعام الذي سيطعم الباحثين في المحطات المعزولة في الطرف الجنوبي من العالم يمكن أن يفيدنا أيضًا في النهاية.