over hele verden producerer milliarder af planter ilt til milliarder af mennesker. Men det er på en kæmpe skala. Hvad hvis vi skalerer det ned til en enkelt person i et lufttæt rum? Måske den klassiske sci-fi setpiece af en heroisk astronaut fanget på et brudt skib i det ydre rum.
Det korte svar er 700 stueplanter. Det er det blotte minimum., Men det er kompliceret, så her er det lange svar også…
lad os forestille os, at vores astronaut er en kvinde kaldet Lucie.
Og lad os forestille os, Lucie er fanget i en plante-gratis værelse til at starte med.20% af luften omkring os, men kun 15% af den luft, vi trækker vejret ud. Med hvert åndedrag bruger vi en fjerdedel af det tilgængelige ilt., Så Lucie vil tragisk kvæles efter at have vejret hele luften i sit flydende Fængsel fire gange.
i virkeligheden ville det være meget hurtigere end det, fordi iltet ville blive spredt jævnt rundt i rummet. Men det viser sig, at det ikke er nær det største problem i dette scenario. Så bekymre dig ikke om det for nu.
hvor meget luft trækker du vejret?
det gennemsnitlige menneske ånder omkring 7-8 liter luft pr.minut. Over en hel dag fungerer det som omkring 10k-11.5 k liter luft., Den gennemsnitlige kvinde er mindre end den gennemsnitlige mand, så lad os tage det lavere antal 10.000 liter til Lucies daglige luftforbrug.
ti tusind liter lyder måske som meget. Men det er, fordi vi kun tænker på liter i forbindelse med ben .in eller læskedrikke.,
Rummelige rumskibe
Den største raket nogensinde har gjort var stadig temmelig stramt på plads, men de får sandsynligvis mere komfortable i fremtiden. Lad os sige, at rummet Lucie ulykkeligt sidder fast i er 4m lang, 4m bred og 2m høj. Det er en smule større end den gennemsnitlige soveværelse og en smule mindre end den gennemsnitlige stue.,Lucie har allerede en dårlig dag. Der er ingen grund til at gøre hende klaustrofobisk så godt.
Et værelse af denne størrelse har et volumen på 4 x 4 x 2 = 32m3. Og en enkelt kubikmeter svarer til 1000 liter-tak metrisk system!
så Lucie har 32.000 liter luft at trække vejret, som hun kommer igennem om lidt over tre dage.
på det tidspunkt vil iltkoncentrationen i rummet være faldet til 15%.,
er dette overlevende?
Yep! Lucie lever.
udåndingsluft
bjergbestigere generelt begynde at opleve højdesyge på omkring 3000m over havets overflade. I denne højde er luftkompositionen den samme, men trykket er meget lavere. Dette betyder, at du får mindre ilt i hvert åndedrag, hvilket får iltkoncentrationen til at føle sig lavere.
Den luft, der bliver temmelig tynd deroppe.,
Ved 3000 m er den ækvivalente iltkoncentration kun lidt under 15%.
så vi har en god ide om, hvad der ville ske med Lucie efter hendes tre dage i rummet. Hun vil nok have lidt hovedpine, føle sig lidt kvalme, har nogle problemer med at sove, og måske få nogle underlige drømme. Tre dage er ikke lang tid at akklimatisere til 3000m, men det skal være nok til at forhindre, at der sker noget værre.tre dage senere har Lucie åndet al sin luft to gange. På dette tidspunkt vil hun være nede på omkring 10% ilt., Det svarer til 6.000 m højde, lidt højere end Kilimanjaro.
Seks dage er ikke lang nok til ordentligt at vænne sig til disse ilt niveauer. Lucie kan måske overleve der i et stykke tid, men det er ikke bæredygtigt. Og hun vil bruge mere ilt til hvert åndedrag.,
det mest sandsynlige resultat er en temmelig ubehagelig død fra enten cerebralt ødem (hævelse i hjernen) eller lungeødem (hvor du i det væsentlige drukner i dine egne væsker). Ikke ideel.
men alligevel skal seks Dage være lange nok til, at vores uærlige udenjordiske opdagelsesrejsende kan finde en vej ud, ikke? Eller måske et forbipasserende rumskib vil modtage hendes nødopkald og komme for at redde hende?
trods alt voksede Matt Damon kartofler og kommunikerede med jorden på ingen tid.,
den tavse morder
det bliver værre. Ilt er ikke Lucies største problem.
Tillad mig at introducere vores gamle ven kuldio .id.
Ved normale atmosfæriske koncentrationer (omkring 400 ppm, dvs.0,04%), vil CO2 ikke give os nogen problemer. Nå, ikke direkte alligevel. Der er hele spørgsmålet om klimaændringer tilbage på jorden, men det er nok ret lavt på Lucies liste over prioriteter lige nu.
mere presning er det faktum, at kuldio .id bliver giftigt ved højere koncentrationer. Ved 5% er det dødeligt.,
husk koncentrationen af CO2 i den luft, vi trækker vejret ud? Yep, også 5%.Lucie kan kun indånde al luften i et tomt rum en gang før CO2 tager hende ud. I virkeligheden, det ville sandsynligvis dræbe hende ganske meget hurtigere. En times eksponering for 5% CO2 vil dræbe dig, så langvarig eksponering for 4% CO2 vil sandsynligvis også gøre det.
uden planter vil Lucie dø af kuldio .idforgiftning meget hurtigere, end hun vil dø af ilt sult. Hun har højst tre dage.,
nu er det Tid til at bringe i stueplanter.
hvor mange planter vil det tage at producere nok ilt til at trække vejret?
Med kun tre dage at leve, havde Lucie bedre håb om, at hun allerede har mange planter i rummet for at holde hende i live. Det er ikke nær nok tid til at dyrke en effektiv gartneri ‘lunge’ fra bunden.
så hvor mange planter har hun brug for?
Nå, rummet er, som Douglas Adams berømt sagde, stort.,
chancerne for Lucie bliver reddet af en forbipasserende rumskib er temmelig slanke, så ilt og CO2-niveauer er nødt til at forblive stabil i meget lang tid.
med de samme tal som ovenfor indånder Lucie omkring 420 liter luft i timen, og luften er omkring 20% o .ygen. Så Lucie kommer igennem 84 liter ilt hver time. Forskere har udarbejdet, at det gennemsnitlige blad (hvis der er sådan en ting) producerer omkring 5 ml ilt i samme tid.,
En hurtig smule matematik giver os 84 / 0.005 = 16,800 blade, der kræves. Din gennemsnitlige modne husplante kan have omkring 25 blade, hvilket giver os 672 planter. Sandsynligvis bedst at runde op til 700 for at være på den sikre side.
vi indånder omkring et molekyle ekstra CO2 for hvert molekyle ilt, vi forbruger, og planter gør det modsatte., Det betyder, at disse 700 planter også skal forhindre kuldio .idforgiftning.
så der er vores (forenklede) svar! Hvis du nogensinde sidder fast i et lufttæt rum i gennemsnit, skal du kigge rundt. Hvis du ser færre end 700 husplanter, vil du sandsynligvis være død om et par dage.
Stramt på plads
Selvfølgelig, intet er nogensinde, at simple. Det mest oplagte problem er, hvor på ikke-jorden er disse 700 planter kommer til at gå?, Er det endda muligt at have nok planter til at opfylde dine iltbehov?Lucies 4m 4 4m værelse har 16m2 gulvplads. Et udvalg af modne Stueplanter ville have brug for mindst 25 cm plads i hver retning, hvilket fungerer som 0.0625m2 for hver plante. Desværre betyder det, at Lucie kun kan klemme ind omkring 250 planter. Og hun vil ikke engang have plads til at sidde ned. Mad og vand opbevaring vil spise i den tilgængelige plads så godt.
alligevel kan du tænkes at passe ind i nok planter, hvis du har et rum fyldt med hylder fyldt med grønt.,Lucie havde bedre håb om, at hendes sci-fi-Fængsel tilfældigvis er en lodret gård.
Steady state
Planterne ikke producere ilt ved en konstant hastighed.
planter producerer forskellige mængder ilt ved forskellige temperaturer i forskellige stadier af vækstcyklussen. Lucies overlevelse afhænger nu af at sidde fast i et vækstrum med en temperatur, der ikke svinger stærkt.,
holde lysene tændt
Vi skal også huske, at de fleste tempererede planter kun producerer ilt i løbet af dagen. De skifter til at absorbere ilt og frigive kuldio .id om natten.
Otte til tolv timer af mørket ville ikke tillade ilt niveauer at falde nok til at være et problem. Men Lucie har brug for dobbelt så mange planter, hvis de kun producerer ilt i halvdelen af dagen., Og det bliver ikke let at klemme 1400 planter ind i et allerede overfyldt rum.
ideelt set har Lucie brug for lysene på 24 timer om dagen. Hun får ikke meget søvn, men at være træt er bedre end at være død.
ikke alle planter er skabt lige
planter fungerer ikke alle på samme måde.
masser af planter, der er hjemmehørende i tørre områder, respirerer kun om natten. Det er en overlevelsesmekanisme, da det at holde deres porer lukket i løbet af dagen forhindrer dem i at miste for meget vand fra transpiration.
men med Lucies 24-timers dagslys producerer disse planter slet ikke ilt.,
Værelset kunne være fyldt med en 50/50 blanding af tempererede og tørre planter, som ville tillade konstant ilt produktion hele dagen. Men du har stadig brug for 1400 planter i stedet for 700. Perpetual kunstigt Dagslys er mere effektivt. Fingre krydsede lysene arbejder stadig!
Så hvad har Lucie brug for for at overleve sin prøvelse?, Hun skal sidde fast i en rimelig størrelse lodret gård med mindst 700 modne husplanter, alle fra relativt fugtige områder, med lysene på 24/7.
det ser ikke godt ud.
tænker langsigtet
Hvis Lucies værelse opfylder alle disse betingelser, kunne hun teoretisk trække vejret i uger, måneder eller år., Over disse tidsplaner, vi er nødt til at begynde at bekymre sig om andre materialer i rummet.
ligesom planterne og Lucie vil bakterier i jorden også respirere. De suger dyrebart ilt ind og udleder yderligere kuldio .id. Planterne skal genbruge dette tilbage til ilt, men det er ikke altid så let.
I 1980’erne og ’90’erne, en gruppe af forskere og en velhavende forretningsmand, der er bygget den største lukkede system i historien., Biosphere 2 var hjemsted for en gruppe forskere/testpersoner i to år for at se, om de kunne overleve i den lufttætte struktur.
projektlederne måtte til sidst pumpe ekstra ilt ind.
hvorfor? Kuldio .id produceret af jord respiration reagerede med betonvæggene, der producerer calciumcarbonat og vand. Det betød, at CO2 aldrig nåede planterne og blev aldrig vendt tilbage til ilt.efter 16 måneder var denne uventede reaktion tilstrækkelig til at nedbryde iltforsyningen til farlige niveauer.,
Enhver oxiderende materialer som jern ville også forbruge ædle ilt over tid. Så Lucie skal sidde fast i et rum uden materialer, der kan reagere med ilt eller kuldio .id.
dyrkning af planterne hydroponisk (uden jord) ville øge fejlmargen.,
liv eller død
i betragtning af at hun sidder fast i et lufttæt rum med minimal chance for redning eller flugt, har Lucie sandsynligvis ikke held og lykke i galaksen.
men det er måske ikke slutningen.
Hvis hun sidder fast i en hydroponiske vokse værelse med mindst 700 gamle hus planter arrangeret på en omfattende hylder, og hvis ingen af disse planter kommer fra de tørre områder, og hvis lyset er altid tændt, og hvis hun har også en måde at få tilstrækkelig mad og vand, så Lucie, der potentielt kunne overleve længere end et par dage., Og hvis rummet er bygget af inerte materialer eller overfladerne behandles korrekt, kan hun endda leve indtil alderdom.
men sandsynligvis ikke. Vi har aldrig gjort det med succes, selv når vi har forsøgt at.
hun I det mindste vil være omgivet af planter.
Denne artikel blev først vist på Candide.