Интенсивность поступления газа из реголита в атмосферу Марса. Данные предоставлены организацией MATD
Допустим, мы искусственно увеличили температуру на поверхности планеты на 10 К. Этого достаточно, чтобы испарить значительное количество газа из реголита. Благодаря этому, начнет нагреваться и почва. Скорость такого процесса показана на графике.
Видите, хотя для проникновения тепла на значительную глубину нужно время, поверхность можно обработать быстрее. Если дойти до отметки в 100 м и получить 300 мбар газа можно за 200 лет, то первые 100 мбар могут оказаться в наших руках уже через несколько десятков лет.
Когда температура на значительной территории Марса хотя бы в теплые сезоны поднимется выше точки замерзания воды, большие объемы вмороженной в реголит воды начнут таять и стекать в пустые устья рек. Водяной пар также является эффективным парниковым газом. И, поскольку его давление повысится очень сильно, повторное появление жидкой воды тоже внесет свой вклад в быстрое потепление. Кроме того, сезонное наличие жидкой воды позволит распространиться бактериям, которые будут производить метан и аммиак, увеличивающие парниковый эффект и защищающие планету от солнечного ультрафиолетового излучения. Появятся и зеленые растения, которые начнут процесс насыщения атмосферы кислородом.
Вкратце: наука утверждает, что если мы сможем увеличить температуру на 10 °C или около того, то оживим свой мир. Вот и все. Нужно всего 10 °C глобального потепления, и природа позаботится обо всем остальном. Но как это сделать?
Производство галоуглеродов на Марсе
Самым очевидным способом поднятия температуры на Марсе является строительство заводов по производству галогенуглеродов, являющихся самыми сильными парниковыми газами. Фактически одна из их вариаций — хлорфторуглерод, или ХФУ. Из-за своего сильного содействия парниковому эффекту и влияния на нарушение озонового слоя, он был запрещен на Земле в 1990‑е годы. Тем не менее, аккуратно выбирая галогенуглеродные газы и избегая использования хлора (то есть нужны фторуглероды), мы можем построить защитный озоновый слой в марсианской атмосфере. Самый простой в производстве подобный газ это перфторметан, CF4, также обладающий привлекательной жизнестойкостью (стабилен в течение более 10 000 лет) в верхней атмосфере нашей планеты. Парниковый эффект от использования перфторметана может быть увеличен добавкой небольшого количества других фторуглеродов (наподобие C2F6 и СO8). Они должны заблокировать пропуски в инфракрасном спектре, которые может оставить атмосферное одеяло из одних лишь газов CF4 и CO2.
Таблица 1
Данные предоставлены ДТПМ
В таблице 1 представлен объем такого фторуглеродного коктейля, необходимого марсианской атмосфере для поднятия температуры, а также количество энергии, которую нужно генерировать на Марсе для их производства в течение 20 лет. Если газы живут в атмосфере 100 лет, то для поддержания концентрации фторуглеродов после достижения уровня энергии, приведенного в таблице, понадобится примерно 1/5 от этого ее количества. Как видите, для выполнения плана нам потребуются значительные промышленные мощности — 2–4 гигаватта (1 ГВт = 1000 МВт), если мы хотим построить газовое одеяло относительно быстро. Для Земли это небольшое количество: там 1 ГВт тратится только на то, чтобы обеспечить энергией типичный американский городок с населением в миллион человек. Но это почти вся энергия Марса. Да, нужно время, чтобы увеличить нашу энергетическую мощь и запустить программу на высоких оборотах. Но это не причина, чтобы уже сегодня не продавать ценную землю, основываясь на ее будущей стоимости.
Насыщение атмосферы планеты кислородом
При нагревании планеты ее гидросфера активизируется. Лед растает, превратится в воду, потечет по руслам рек в озера, испарится и вернется снова в виде дождя и снега. Чем быстрее вода войдет в такой круговорот, тем скорее денитрифицирующие бактерии сломают азотные наросты, что увеличит попадание азота в атмосферу, а разрастание растений ускорит производство кислорода. Активация гидросферы также послужит разрушению окисляющих минералов в марсианском реголите, таким образом высвобождая дополнительный кислород. Но достижение нужной для дыхания концентрации кислорода в атмосфере может оказаться трудным делом. Бактерии и примитивные растения могут выжить в атмосфере без кислорода, но более развитая флора требует хотя бы 1 мбар, а человеку нужны все 120 мбар. Хотя в марсианском реголите и есть высшие оксиды и нитраты, которые можно подогреть и получить кислород, такой способ потребует огромных энергетических затрат — около 2 млн ГВт‑лет на каждый миллибар. Это слишком дорого для практического использования — если только мы не уговорим землян заплатить за нас.
Научное представление будущего Марса после терраформирования. Обратите внимание на большое количество прибрежной недвижимости. Рисунок Дейна Балларда
Подобный расход энергии требуется заводам для получения кислорода из углекислого газа. Но у них хотя бы есть преимущество: будучи однажды созданными, они станут работать самостоятельно. Таким образом, производство кислородной атмосферы для Марса разделится на два этапа. На первом пионеры-цианобактерии и примитивные растения произведут достаточное количество кислорода (около 1 мбар) для распространения по планете высшей флоры. Когда начальное количество кислорода будет достигнуто, при умеренном климате, уплотненной углекислой атмосфере, сниженной дозе космической радиации и хорошей циркуляции воды на волю будут выпущены специальные генетически выведенные растения вместе со своими бактериями-симбионтами — чтобы расти на марсианском реголите и выполнять процесс фотосинтеза. При условии, что глобального распространения можно достичь за несколько десятков лет и что такие растения можно создать с производительностью 1 % (довольно высокая, но не неизвестная среди земных растений), они будут представлять собой источник производства кислорода эквивалентный 200 000 ГВт. Используя такие биологические системы, необходимое для человека и других высших животных количество кислорода в 120 мбар может быть произведено за 1200 лет.
Да, знаю, для многих это слишком долго. Но когда мы разработаем более мощные искусственные источники энергии или более производительные заводы (или полностью искусственные самовоспроизводящиеся фотосинтезирующие машины), тогда получится существенно ускорить процесс.
Я знаю, у нас получится. С таким количеством денег на кону марсианский гений не может проиграть. И подумайте вот о чем: развитие энергетики термоядерного синтеза на том уровне, которого требует ускорение процесса терраформирования, даст ключ еще и к технологии пилотируемых межзвездных полетов. И еще вот о чем: мы это делаем не только для собственного обогащения. Мы даем человечеству звезды.
