po celém světě miliardy rostlin produkují kyslík pro miliardy lidí. Ale to je v obrovském měřítku. Co když to změříme na jednu osobu ve vzduchotěsné místnosti? Možná klasický sci-fi setpiece hrdinného Astronauta uvězněného na rozbité lodi ve vesmíru.
krátká odpověď je 700 pokojových rostlin. To je minimum., Ale je to komplikované, takže tady je také dlouhá odpověď …
představme si, že náš astronaut je žena jménem Lucie.
lot like Neil Armstrong
a představme si, že Lucie je uvězněna v místnosti bez rostlin.
kyslík tvoří asi 20% vzduchu kolem nás, ale pouze 15% vzduchu, který vydechujeme. Při každém dechu spotřebujeme až čtvrtinu dostupného kyslíku., Lucie se tak tragicky zadusí poté, co ve svém plovoucím vězení čtyřikrát nadýchá všechen vzduch.
ve skutečnosti by to bylo mnohem dříve, protože kyslík by byl rovnoměrně rozložen po místnosti. Ale ukázalo se, že to není zdaleka největší problém v tomto scénáři. Takže se o to prozatím nestarejte.
kolik vzduchu dýcháte?
průměrný člověk dýchá asi 7-8 litrů vzduchu za minutu. Během celého dne to vyjde asi na 10K-11,5 k litrů vzduchu., Průměrná žena je menší než průměrný muž,takže si vezměme nižší počet 10 000 litrů na denní spotřebu vzduchu.
deset tisíc litrů může znít jako hodně. Ale to proto, že o litrech přemýšlíme jen v souvislosti s benzinem nebo nealkoholickými nápoji.,
prostorné kosmické lodě
největší raketa, která kdy byla vyrobena, byla stále dost těsná na vesmíru, ale v budoucnu se pravděpodobně budou cítit pohodlněji. Řekněme, že místnost, ve které Lucie nešťastně uvízla, je dlouhá 4m, široká 4m a vysoká 2m. To je o něco větší než průměrná ložnice a o něco menší než průměrný obývací pokoj.,
Lucie už má špatný den. Není třeba jí dělat klaustrofobii.
Místnosti této velikosti má objem 4 x 4 x 2 = 32m3. A jeden metr krychlový odpovídá 1000 litrům – díky metrickému systému!
takže Lucie má na dýchání 32 000 litrů vzduchu, což zvládne za něco málo přes tři dny.
v tomto okamžiku koncentrace kyslíku v místnosti klesne na 15%.,
je to přežitelné?
Ano! Lucie žije.
z dechu
horolezci obvykle začínají pociťovat výškovou nemoc ve výšce kolem 3000 m nad mořem. V této nadmořské výšce je složení vzduchu stejné, ale tlak je mnohem nižší. To znamená, že v každém dechu získáte méně kyslíku, takže koncentrace kyslíku je nižší.
vzduch se tam docela ztenčuje.,
při 3000 m je ekvivalentní koncentrace kyslíku jen mírně pod 15%.
takže máme dobrou představu o tom, co by se stalo Lucii po jejích třech dnech ve vesmíru. Asi bude mít trochu bolesti hlavy, bude se cítit trochu nevolně, bude mít nějaké problémy se spánkem a možná dostane nějaké divné sny. Tři dny nejsou dlouhé na aklimatizaci na 3000 metrů, ale mělo by to stačit, aby se zabránilo něčemu horšímu.
o tři dny později bude Lucie dvakrát dýchat celý vzduch. V tuto chvíli bude na zhruba 10% kyslíku., To odpovídá výšce 6000 m, o něco vyšší než Kilimandžáro.
,895 m vysoká hora Kilimandžáro
šest dní není dostatečně dlouhá, aby se správně aklimatizovala na tyto hladiny kyslíku. Lucie by tam mohla chvíli přežít, ale není to udržitelné. A s každým dechem spotřebuje více kyslíku.,
nejpravděpodobnějším výsledkem je docela nepříjemná smrt buď mozkovým edémem (otok v mozku) nebo plicním edémem (kde se v podstatě utopíte ve vlastních tekutinách). Není to ideální.
ale přesto by šest dní mělo být dost dlouhé na to, aby náš neohrožený mimozemský průzkumník našel cestu ven, že? Nebo možná projíždějící kosmická loď přijme její tísňové volání a přijde ji zachránit?
koneckonců Matt Damon pěstoval brambory a komunikoval se zemí v žádném okamžiku.,
tichý zabiják
je To ještě horší. Kyslík není největším problémem Lucie.
dovolte mi představit našeho starého přítele oxidu uhličitého.
při normálních atmosférických koncentracích (asi 400ppm, tj. 0,04%) nám CO2 nezpůsobí žádné problémy. No, stejně ne přímo. Je tu celá otázka změny klimatu zpět na Zemi, ale to je pravděpodobně docela nízká na seznamu priorit Lucie právě teď.
Více lisování je skutečnost, že oxid uhličitý se stává toxickým při vyšších koncentracích. U 5% je to fatální.,
Pamatujete si koncentraci CO2 ve vzduchu, který vydechujeme? Ano, také 5%.
Lucie může dýchat veškerý vzduch v prázdné místnosti pouze jednou, než ji CO2 vytáhne. Ve skutečnosti by ji to pravděpodobně zabilo mnohem rychleji. Hodina expozice 5% CO2 vás zabije, takže dlouhodobé vystavení 4% CO2 to pravděpodobně také udělá.
bez rostlin zemře Lucie na otravu oxidem uhličitým mnohem rychleji, než zemře hladem kyslíkem. Má maximálně tři dny.,
Čas, aby v pokojové rostliny.
kolik rostlin by bylo zapotřebí k produkci dostatečného množství kyslíku k dýchání?
s pouhými třemi dny života měla Lucie lepší naději, že už má v místnosti spoustu rostlin, aby ji udržela naživu. To není zdaleka dost času na to, aby se od nuly vytvořila efektivní zahradnická „plíce“.
kolik rostlin potřebuje?
no, prostor je, jak proslul Douglas Adams, velký.,
šance, že Lucie bude zachráněna projíždějící kosmickou lodí, jsou docela štíhlé, takže hladina kyslíku a CO2 bude muset zůstat stabilní po velmi dlouhou dobu.
při použití stejných čísel jako výše, Lucie dýchá asi 420 litrů vzduchu za hodinu, a že vzduch je zhruba 20% kyslíku. Takže Lucie dostane každou hodinu přes 84 litrů kyslíku. Vědci zjistili, že průměrný list (pokud existuje taková věc) produkuje přibližně 5 mililitrů kyslíku ve stejném čase.,
rychlý kousek matematiky nám dává 84 / 0.005 = 16,800 listy nutné. Vaše průměrná zralá rostlina může mít asi 25 listů, což nám dává 672 rostlin. Pravděpodobně nejlepší zaokrouhlit až na 700, aby byl na bezpečné straně. vydechujeme asi jednu molekulu extra CO2 pro každou molekulu kyslíku, kterou konzumujeme, a rostliny dělají opak., To znamená, že těchto 700 rostlin by také mělo zabránit otravě oxidem uhličitým. takže je tu naše (Zjednodušená) odpověď! Pokud jste někdy uvízli ve vzduchotěsné místnosti průměrné velikosti, rozhlédněte se kolem. Pokud uvidíte méně než 700 domácích rostlin, za pár dní budete pravděpodobně mrtví.
tight on space
samozřejmě nic není tak jednoduché. Nejviditelnějším problémem je, kam na Zemi těch 700 rostlin půjde?, Je vůbec možné mít dostatek rostlin, aby vyhovovaly vašim požadavkům na kyslík?
Lucie 4m x 4m pokoj má 16m2 podlahové plochy. Výběr zralých domácích rostlin by potřeboval alespoň 25 cm prostoru v každém směru, což funguje jako 0, 0625m2 pro každou rostlinu. Bohužel to znamená, že Lucie může zmáčknout jen asi 250 rostlin. A nebude mít ani prostor si sednout. Do dostupného prostoru se dostane i skladování potravin a vody.
přesto byste se mohli teoreticky vejít do dostatečného množství rostlin, pokud máte místnost plnou polic přetékajících zelení.,
Lucie měla raději naději, že její sci-fi vězení bude vertikální farma.
Ustáleném stavu
Rostliny neprodukují kyslík stabilním tempem.
rostliny produkují různé množství kyslíku při různých teplotách v různých fázích vegetačního cyklu. Přežití Lucie nyní závisí na tom, že uvízne v pěstírně s teplotou, která silně kolísá.,
udržování světel na
musíme si také uvědomit, že většina mírných rostlin produkuje kyslík pouze během dne. Přecházejí na absorpci kyslíku a uvolňování oxidu uhličitého v noci.
Osm až dvanáct hodin tmy nechtěla dovolit hladiny kyslíku klesnout natolik, aby být problém. Ale Lucie bude potřebovat dvakrát tolik rostlin, pokud budou produkovat kyslík jen půl dne., A stlačení 1400 rostlin do již přeplněné místnosti nebude snadné.
V ideálním případě potřebuje Lucie světla 24 hodin denně. Nebude moc spát, ale být unavená je lepší než být mrtvá.
ne všechny rostliny jsou vytvořeny stejné
rostliny nefungují stejným způsobem.
spousta rostlin pocházejících z vyprahlých oblastí pouze v noci. Je to mechanismus přežití, protože udržování pórů zavřených během dne jim zabraňuje ztrácet příliš mnoho vody z transpirace.
ale s Luciiným 24hodinovým denním světlem tyto rostliny nebudou produkovat žádný kyslík vůbec.,
Místnost by mohla být zásobena 50/50 mix mírných a suchých rostlin, které by umožnily konstantní produkce kyslíku po celý den. Ale stále byste potřebovali 1400 rostlin, spíše než 700. Trvalé umělé Denní světlo je efektivnější. Držím palce, světla stále fungují!
Co tedy Lucie potřebuje k přežití svého utrpení?, Musí uvíznout v přiměřeně velké vertikální farmě s nejméně 700 zralými domácími rostlinami, vše z relativně vlhkých oblastí, se světly na 24/7.
nevypadá to dobře.
— tropické s obrovskými listy!
dlouhodobě Myšlení
Pokud Lucie pokoj splňuje všechny tyto podmínky, mohla by teoreticky dýchat pro týdny, měsíce nebo roky., Během těchto časových intervalů se musíme začít starat o další materiály v místnosti.
stejně jako rostliny a Lucie budou bakterie v půdě také dýchat. Nasají drahocenný kyslík a vypouštějí další oxid uhličitý. Rostliny by to měly recyklovat zpět na kyslík, ale není to vždy tak snadné.
v 80.a 90. letech vybudovala skupina vědců a bohatého podnikatele největší uzavřený systém v historii., Biosphere 2 byl domovem skupiny výzkumníků / testovaných subjektů po dobu dvou let, aby zjistil, zda by mohli přežít ve vzduchotěsné struktuře.
projektoví manažeři nakonec museli pumpovat další kyslík.
proč? Oxid uhličitý produkovaný dýcháním půdy reagoval s betonovými stěnami a produkoval uhličitan vápenatý a vodu. To znamenalo, že CO2 nikdy nedosáhl rostlin a nikdy nebyl přeměněn zpět na kyslík.
po 16 měsících tato neočekávaná reakce stačila k vyčerpání přívodu kyslíku do nebezpečných hladin.,
Žádné oxidační materiály, jako je železo by také konzumují drahocenný kyslík v průběhu času. Takže Lucie musí být uvíznuta v místnosti bez materiálů, které by mohly reagovat s kyslíkem nebo oxidem uhličitým.
pěstování rostlin hydroponicky (bez půdy) by zvýšilo rozpětí chyb.,
život nebo smrt
vzhledem k tomu, že uvízla ve vzduchotěsné místnosti s minimální šancí na záchranu nebo útěk, Lucie pravděpodobně nemá štěstí v galaxii.
ale nemusí to být konec.
Pokud uvízla v hydroponické pěstírně s nejméně 700 zralými domácími rostlinami uspořádanými na rozsáhlých regálech, a pokud žádná z těchto rostlin nepochází z vyprahlých oblastí, a pokud jsou světla vždy zapnutá, a pokud má také způsob, jak získat dostatečné jídlo a vodu, pak by Lucie mohla potenciálně přežít déle než několik dní., A pokud je místnost postavena z inertních materiálů nebo jsou povrchy vhodně ošetřeny, mohla by dokonce žít až do stáří.
ale pravděpodobně ne. Nikdy jsme to neudělali úspěšně, i když jsme se o to pokusili.
alespoň bude obklopena rostlinami.
Tento článek se poprvé objevil na Candide.