maailmalla miljardit kasvit tuottavat happea miljardeille ihmisille. Mutta se on valtava mittakaava. Entä jos Skaalaamme sen yhdelle henkilölle ilmatiiviissä huoneessa? Ehkä klassinen scifi-lavaste sankarillisesta astronautista, joka on jumissa rikkinäisellä aluksella ulkoavaruudessa.
lyhyt vastaus on 700 huonekasvia. Se on minimimäärä., Mutta se on monimutkaista, joten tässä on myös pitkä vastaus…
Let ’ s imagine our astronaut is a woman called Lucie.
Lucie figie sattuu katsomaan paljon kuin Neil Armstrong
ja kuvitellaan, että Lucie on aluksi jumissa kasvittomassa huoneessa.
happi muodostaa noin 20% ympäröivästä ilmasta, mutta vain 15% hengittämästämme ilmasta. Joka hengenvedolla käytämme neljänneksen käytettävissä olevasta hapesta., Lucie tukehtuu hengitettyään leijuvan vankilansa ilmaa neljä kertaa.
todellisuudessa se tapahtuisi paljon nopeammin, koska happi levittyisi tasaisesti ympäri huonetta. Mutta se ei ole läheskään suurin ongelma tässä skenaariossa. Joten älä murehdi sitä toistaiseksi.
kuinka paljon ilmaa hengität?
keskiverto ihminen hengittää noin 7-8 litraa ilmaa minuutissa. Koko päivän, joka toimii noin 10k-11,5 k litraa ilmaa., Keskivertonainen on keskivertoihmistä pienempi, joten otetaan Lucien päivittäiseen ilmankulutukseen pienempi 10 000 litran määrä.
kymmenentuhatta litraa saattaa kuulostaa paljolta. Mutta se johtuu siitä, että mietimme litroja vain bensiinin tai virvoitusjuomien yhteydessä.,
Tilava avaruusaluksia
suurin raketti koskaan tehty oli vielä aika niukasti tilaa, mutta he luultavasti saada enemmän mukava tulevaisuudessa. Sanotaan, että huone, jossa Lucie on onnettomasti jumissa, on 4m pitkä, 4m leveä ja 2M korkea. Se on vähän isompi kuin tavallinen makuuhuone ja vähän pienempi kuin tavallinen olohuone.,
Luciella on jo huono päivä. Ei tarvitse tehdä hänestä klaustrofobista.
Huone tämä koko tilavuus on 4 x 4 x 2 = 32m3. Ja yksi kuutiometri vastaa 1000 litraa-kiitos metrijärjestelmän!
So Lucie ’ s got 32 000 litraa ilmaa hengittää, jonka hän saa läpi reilussa kolmessa päivässä.
siinä vaiheessa huoneen happipitoisuus on pudonnut 15 prosenttiin.,
Onko tämä eloonjäämiskelpoinen?
Jep! Lucie elää.
hengästynyt
Kiipeilijöiden yleensä aloittaa kokee vuoristotauti noin 3000m merenpinnan yläpuolella. Tällä korkeudella ilman koostumus on sama, mutta paine on paljon pienempi. Tämä tarkoittaa sitä, että saat vähemmän happea jokaiseen hengenvetoon, jolloin happipitoisuus tuntuu matalammalta.
ilma pääsee melko ohut sinne.,
3000 metrillä vastaava happipitoisuus on vain hieman alle 15%.
joten meillä on hyvä käsitys siitä, mitä Lucielle tapahtuisi hänen kolmen avaruuspäivänsä jälkeen. Hänellä on varmaan päänsärkyä, pahoinvointia, univaikeuksia ja outoja unia. Kolme päivää ei ole pitkä totutella 3000m, mutta sen pitäisi riittää estämään mitään pahempaa tapahtuu.
kolme päivää myöhemmin Lucie on hengittänyt kaiken ilmansa kahdesti. Tässä vaiheessa happipitoisuus on noin 10%., Se vastaa 6 000 metrin korkeutta, hieman Kilimanjaroa korkeampaa.
5 895 m korkea Kilimanjaro
kuusi päivää ei ole tarpeeksi pitkä sopeutuakseen kunnolla näihin happitasoihin. Lucie saattaa selvitä siellä jonkin aikaa, mutta se ei ole kestävää. Ja hän käyttää enemmän happea joka hengenvedolla.,
todennäköisin lopputulos on melko epämiellyttävä kuolema joko aivojen turvotus (turvotus aivoissa) tai keuhkopöhö (missä olet lähinnä hukkua omaan nesteitä). Ei ihanteellista.
mutta silti kuuden päivän pitäisi olla tarpeeksi pitkä, jotta maan ulkopuolinen tutkimusmatkailijamme löytäisi ulospääsyn, eikö? Tai ehkä ohikulkeva avaruusalus saa hätäkutsun ja tulee pelastamaan hänet?
loppujen lopuksi Matt Damon viljeli perunoita ja kommunikoi maan kanssa hetkessä.,
hiljainen tappaja
se pahenee. Happi ei ole Lucien suurin ongelma.
salli minun esitellä vanha ystävämme hiilidioksidi.
normaaleilla ilmakehän pitoisuuksilla (noin 400 ppm eli 0,04%) CO2 ei aiheuta meille ongelmia. Ei ainakaan suoraan. Koko ilmastonmuutosta koskeva kysymys on maan päällä, mutta se on varmaan aika alhaalla Lucien prioriteettilistalla juuri nyt.
kiireellisempi on se, että hiilidioksidi muuttuu korkeammilla pitoisuuksilla myrkylliseksi. 5%: lla se on kohtalokasta.,
Muistatko CO2-konsentraation ilmassa, jota hengitämme ulos? Jep, myös 5%.
Lucie voi hengittää kaiken ilman tyhjään huoneeseen vain kerran ennen kuin CO2 vie hänet ulos. Todellisuudessa se todennäköisesti tappaisi hänet melko paljon nopeammin. Tunti altistumista 5% CO2 tappaa sinut, joten pitkäaikainen altistuminen 4% CO2 todennäköisesti myös tehdä sen.
ilman kasveja Lucie kuolee hiilidioksidimyrkytykseen paljon nopeammin kuin hän kuolee hapen nälkään. Hänellä on korkeintaan kolme päivää aikaa.,
Aika tuoda huonekasveja.
kuinka monta kasvia tarvittaisiin tuottamaan tarpeeksi happea hengittämään?
vain kolme päivää elinaikaa, joten Lucien oli parempi toivoa, että hänellä on jo paljon kasveja huoneessa pitääkseen hänet hengissä. Se ei ole läheskään tarpeeksi aikaa tehokkaan puutarhakaluston ”keuhkon” kasvattamiseen tyhjästä.
joten montako kasvia hän tarvitsee?
hyvin, avaruus on, kuten Douglas Adams tunnetusti sanoi, iso.,
mahdollisuudet Lucie on pelasti kulkee avaruusalus on melko ohut, joten happi ja CO2-tasot ovat menossa on pysyä vakaana pitkään.
käyttäen samoja lukuja kuin edellä, Lucie hengittää noin 420 litraa ilmaa tunnissa ja että ilma on noin 20% happea. Lucie saa 84 litraa happea tunnin välein. Tutkijat ovat selvittäneet, että keskimääräinen lehti (jos sellainen on) tuottaa noin 5 millilitraa happea samassa ajassa.,
5 ml hapenoikeutta tässä
nopea matikkapala antaa meille 84 / 0,005 = 16 800 lehteä tarpeen. Keskivertokypsässä huonekasvissasi saattaa olla noin 25 lehteä, mikä antaa meille 672 kasvia. Pitäisi varmaan kerätä jopa 700, jotta olisi turvassa.
hengitämme ulos noin yhden ylimääräisen CO2-molekyylin jokaista käyttämäämme happimolekyyliä kohti, ja kasvit tekevät päinvastoin., Se tarkoittaa, että näiden 700 kasvin pitäisi estää myös hiilidioksidimyrkytys.
so there ’ s our (simplified) answer! Jos olet joskus jumissa keskikokoisessa ilmatiiviissä huoneessa, katso ympärillesi. Jos näet alle 700 talon kasvia, olet luultavasti kuollut muutamassa päivässä.
Tiukka tilaa
Tietenkin, mikään ei ole koskaan niin yksinkertaista. Ilmeisin ongelma on, minne ne 700 kasvia menevät?, Onko edes mahdollista saada tarpeeksi kasveja täyttämään happivaatimukset?
Lucien 4m x 4m huoneessa on 16m2 lattiatilaa. Valikoima sukukypsiä huonekasveja tarvitsisi vähintään 25cm tilaa joka suuntaan, joka toimii 0.0625m2 jokaiselle kasville. Valitettavasti se tarkoittaa, että Lucie voi puristaa sisään vain noin 250 kasvia. Eikä hänellä ole edes tilaa istua. Ruoka-ja vesivarastot syövät myös käytettävissä olevaan tilaan.
silti riittäisi kasveja, jos olisi huone täynnä hyllyjä täynnä vehreyttä.,
Lucien oli parempi toivoa, että hänen scifivankilansa sattuu olemaan vertikaalinen maatila.
Vakaaseen tilaan
Kasvit eivät tuota happea tasaiseen tahtiin.
kasvit tuottavat vaihtelevia määriä happea eri lämpötiloissa kasvusyklin eri vaiheissa. Lucien selviytyminen riippuu nyt siitä, että hän on jumissa kasvuhuoneessa, jonka lämpötila ei heilahda voimakkaasti.,
pitää valot päällä
täytyy myös muistaa, että useimmat lauhkeat kasvit tuottavat happea vain päivän aikana. Ne siirtyvät absorboimaan happea ja vapauttamaan hiilidioksidia yöllä.
Kahdeksan-kaksitoista tuntia pimeyttä ei salli happipitoisuus pudottaa tarpeeksi olla ongelma. Lucie tarvitsee tuplasti enemmän kasveja, jos ne tuottavat happea vain puolet päivästä., Eikä 1400 kasvin puristaminen täyteen ahdettuun huoneeseen tule olemaan helppoa.
Ihannetapauksessa Lucie tarvitsee valot 24 tuntia vuorokaudessa. Hän ei saa paljon unta, mutta väsyneenä olo on parempi kuin kuolleena oleminen.
kaikki kasvit eivät synny yhtä suurina
kasvit eivät kaikki toimi samalla tavalla.
Paljon kasveja kotoisin kuivilla alueilla vain hengittää yöllä. Se on selviytymismekanismi, sillä niiden huokosien pitäminen kiinni päivän aikana estää niitä menettämästä liikaa vettä hikoilusta.
mutta Lucien 24 tunnin päivänvalon myötä nämä kasvit eivät tuota lainkaan happea.,
huoneeseen voitiin sijoittaa 50/50 lauhkean ja kuivanakin pidetyn kasvin sekoitus, joka mahdollistaisi jatkuvan hapentuotannon koko päivän ajan. Tarvitset silti 1400 kasvia 700: n sijaan. Ikuinen keinotekoinen Päivänvalo on tehokkaampi. Sormet ristissä valot toimivat yhä!
joten mitä Lucie tarvitsee selviytyäkseen koettelemuksestaan?, Hän tarvitsee saada jumissa kohtuullisen kokoinen pystysuora maatila, jossa on vähintään 700 kypsä huonekasvit, kaikki suhteellisen kosteilla alueilla, valot päällä 24/7.
se ei näytä hyvältä.
Lucien täydellinen kasvi — trooppinen valtava lehdet!
ajattelu pitkällä aikavälillä
Jos Lucien huone täyttää kaikki nämä ehdot, hän saattoi teoriassa hengittää viikkoja, kuukausia tai vuosia., Noiden aikakausien aikana meidän on alettava murehtia huoneen muista materiaaleista.
kasvien ja Lucien tapaan myös maaperässä olevat bakteerit hengittävät. Ne imevät arvokasta happea ja päästävät lisää hiilidioksidia. Kasvien pitäisi kierrättää tämä takaisin hapeksi, mutta se ei ole aina niin helppoa.
1980-ja 90-luvuilla joukko tiedemiehiä ja varakas liikemies rakensivat historian suurimman suljetun järjestelmän., Biosfääri 2: ssa oli kahden vuoden ajan ryhmä tutkijoita/koehenkilöitä katsomassa, selviävätkö he ilmatiiviissä rakenteessa.
projektipäälliköt joutuivat lopulta pumppaamaan lisähappea.
miksi? Maaperän hengityksen tuottama hiilidioksidi reagoi betoniseinien kanssa tuottaen kalsiumkarbonaattia ja vettä. Se tarkoitti, että CO2 ei koskaan saavuttanut kasveja, eikä sitä koskaan muutettu takaisin hapeksi.
16 kuukauden jälkeen tämä odottamaton reaktio riitti heikentämään hapensaannin vaarallisille tasoille.,
kaikki hapettavat materiaalit, kuten rauta, kuluttaisivat myös arvokasta happea ajan mittaan. Lucie on siis juuttunut huoneeseen ilman materiaaleja, jotka voivat reagoida hapen tai hiilidioksidin kanssa.
kasvien vesiviljely (ilman multaa) lisäisi virhemarginaalia.,
elämä tai kuolema
ottaen huomioon, että hän on jumissa ilmatiiviissä huoneessa, jossa on minimaalinen mahdollisuus pelastua tai paeta, Luciella ei luultavasti ole parasta onnea galaksissa.
mutta se ei välttämättä ole loppu.
Jos hän on jumissa vesiviljelyhuoneessa, jossa on vähintään 700 kypsää huonekasvia, jotka on järjestetty laajoille hyllyille, ja jos yksikään näistä kasveista ei tule kuivilta alueilta, ja jos valot ovat aina päällä, ja jos hänellä on myös tapa saada riittävästi ruokaa ja vettä, Lucie voisi mahdollisesti selviytyä kauemmin kuin muutaman päivän., Ja jos huone on rakennettu inerteistä materiaaleista tai pinnat on käsitelty asianmukaisesti, hän saattaa jopa elää vanhuuteen asti.
mutta todennäköisesti ei. Emme ole onnistuneet tässä edes yrittäessämme.
ainakin kasvien ympäröimänä.
Tämä artikkeli ilmestyi ensimmäisen kerran Candidessa.