کاشت برنج در خاک ماه؛ نوآوری جدید ژاپنیها برای تأمین غذای ساکنان آینده قمر زمین
اگر انسان قرار باشد روزی بهطور دائمی روی ماه زندگی کند، داشتن سرپناه و اکسیژن کافی فقط بخشی از ماجرا خواهد بود. ساکنان آینده ماه برای بقا به غذا نیز نیاز دارند و این یعنی باید بتوانند محصولات کشاورزی را همانجا پرورش دهند. اما خاک ماه تقریباً هیچ شباهتی به خاک حاصلخیز زمین ندارد و رشد گیاهان در آن یکی از بزرگترین چالشهای مأموریتهای بلندمدت فضایی بهشمار میرود.
گروهی از پژوهشگران دانشگاه توهوکو و سازمان اکتشافات هوافضای ژاپن (JAXA) فناوری تازهای توسعه دادهاند که میتواند این مانع را تا حدی برطرف کند. آنها موفق شدهاند با استفاده از دستگاه پلاسمایی کوچکی، نیتروژن موجود در هوای داخل زیستگاههای ماه را به کود موردنیاز گیاهان تبدیل کنند. این روش نهتنها میتواند کشاورزی روی ماه را ممکن سازد، بلکه شاید در آینده به تولید کودهای پاکتر روی زمین نیز کمک کند.
سطح ماه با لایهای از غبار و سنگریزههای ریز موسوم به رگولیت پوشیده شده است. این ماده که در اثر میلیاردها سال برخورد شهابسنگها شکل گرفته، برخلاف خاک زمین تقریباً فاقد مواد آلی، میکروارگانیسمها و ترکیبات نیتروژن است که برای رشد گیاهان ضروری هستند.
مشکل دیگر این است که ماه تقریباً جو پایداری ندارد. بنابراین هر گلخانهای که روی ماه ساخته شود باید کاملاً بسته و تحت فشار باشد و هوای آن بهطور مصنوعی تأمین شود. در چنین شرایطی، نیتروژن موجود در هوای داخل زیستگاه منبعی بسیار ارزشمند خواهد بود، زیرا انتقال مداوم کود شیمیایی از زمین هزینهای بسیار سنگین دارد.
پژوهشگران برای حل مشکل دستگاه پلاسمایی فشردهای طراحی کردند که با مصرف کمتر از صد وات برق، نیتروژن موجود در هوای زیستگاه را به گاز دینیتروژن پنتااکسید (N₂O₅) تبدیل میکند.
برنجی که در خاک شبیهسازیشده ماه و با کود تولیدشده از نیتروژن هوا رشد کرد، چهار ماه بعد به مرحله خوشهدهی رسید
گاز دینیتروژن پنتااکسید پس از حل شدن در آب، به نیترات تبدیل میشود؛ یعنی همان شکلی از نیتروژن که ریشه گیاهان بهراحتی جذب میکند. به گفته پژوهشگران، بازده تبدیل نیتروژن به نیترات در این سامانه تقریباً به ۱۰۰ درصد میرسد و همین موضوع آن را به گزینهای بسیار کارآمد برای مأموریتهای فضایی تبدیل میکند.
در عمل، فناوری مورد بحث به فضانوردان امکان میدهد بهجای حمل کود از زمین، نیتروژن موجود در هوای زیستگاه را بارها بازیافت و دوباره به کود موردنیاز گیاهان تبدیل کنند و این دستاورد وابستگی به ارسال محمولههای سنگین از زمین را کاهش میدهد.
پژوهشگران برای ارزیابی عملکرد فناوری جدید، از نمونهای استفاده کردند که ویژگیهای خاک ماه را شبیهسازی میکند. آنها این خاک را با آب غنی از نیترات آبیاری کردند و سپس نشاهای برنج را در آن کاشتند. نتایج نشان داد فناوری جدید تنها کود تولید نمیکند، بلکه ویژگیهای شیمیایی خاک را نیز بهبود میبخشد.
خاک ماه بهطور طبیعی بسیار قلیایی است و pH آن برای رشد گیاهان مناسب نیست. اما آب غنی از نیترات توانست اسیدیته محیط را از ۹٫۰۹ به ۶٫۷۶ کاهش دهد که برای بیشتر گیاهان بسیار مطلوبتر است.
کاهش اسیدیته باعث شد عناصر معدنی مهمی مانند کلسیم، منیزیم و پتاسیم که پیشتر در ساختار معدنی رگولیت گرفتار بودند، آزاد شوند و در اختیار گیاه قرار گیرند. درمقابل، میزان یونهای آلومینیوم که میتوانند به ریشه گیاه آسیب برسانند، کاهش یافت.
سه ماه پس از کاشت، برنج رشدیافته در خاک تیمارشده در مقایسه با برنجی که فقط با آب معمولی آبیاری شده بود، رشدی بهمراتب بهتر نشان داد. این گیاهان تا ماه چهارم به مرحله خوشهدهی رسیدند؛ مرحلهای که در آن برنج تشکیل دانه را آغاز میکند. این موضوع نشان میدهد خاک شبیهسازیشده ماه، پس از اصلاح شیمیایی، میتواند از مراحل مهم رشد برنج پشتیبانی کند.
پژوهشگران در جریان آزمایش به اثر جالب دیگری نیز برخوردند. آنها دریافتند که اسپریکردن مستقیم گاز تولیدشده روی برگهای گیاه، مجموعهای از مسیرهای هورمونی مرتبط با دفاع طبیعی گیاه را فعال میکند. در نتیجه، گیاهان مقاومت بیشتری در برابر بیماریها پیدا کردند و سیستم ایمنی آنها تقویت شد.
همچنین این روش موجب کوتاهتر و ضخیمتر شدن ساقهها شد. این ویژگی میتواند در محیط کمگرانش ماه اهمیت زیادی داشته باشد، زیرا گیاهان در گرانش پایین معمولاً بیش از اندازه قد میکشند و ساقههای نازک و شکنندهای تولید میکنند که احتمال خمشدن یا شکستنشان بیشتر است.
به گفته توشیرو کانکو، سرپرست پژوهش، مهمترین مزیت فناوری جدید این است که تمام فرایند با استفاده از برق انجام میشود و نیازی به سوختهای فسیلی ندارد.
فناوری جدید با مصرف کمتر از ۱۰۰ وات برق، نیتروژن هوا را با بازدهی نزدیک به ۱۰۰ درصد به نیترات تبدیل میکند
امروزه بخش عمده کودهای نیتروژنی جهان از طریق فرایند هابر–بوش تولید میشوند که برای تولید آمونیاک به دما و فشار بسیار بالا و مصرف زیاد گاز طبیعی نیاز دارد و یکی از منابع مهم انتشار دیاکسیدکربن محسوب میشود. فناوری جدید میتواند در آینده جایگزینی پاکتر برای بخشی از این فرایند باشد؛ بهویژه اگر انرژی موردنیاز آن از منابع تجدیدپذیر مانند خورشید تأمین شود.
گرچه راه زیادی تا احداث گلخانههای دائمی روی ماه باقی مانده است، پژوهش جدید نشان میدهد بسیاری از فناوریهایی که برای زندگی در فضا توسعه مییابند، میتوانند کاربردهای ارزشمندی روی زمین نیز داشته باشند.
اگر انسان روزی بتواند با استفاده از هوای بازیافتی، خاک بیجان ماه را به بستری مناسب برای تولید غذا تبدیل کند، همان فناوری احتمالاً پیش از آن در مزارع زمین برای تولید کودهای کمکربن، کاهش مصرف انرژی و کشاورزی پایدار به کار گرفته خواهد شد. این دستاورد نمونهای از پژوهشهایی است که مرز میان اکتشافات فضایی و حل چالشهای زیستمحیطی روی زمین را هر روز کمرنگتر میکند.
پژوهش در ژورنال npj Microgravity منتشر شده است.
خانواده ما
ارسال دیدگاه
دیدگاهها