In tutto il mondo, miliardi di piante producono ossigeno per miliardi di persone. Ma questo è su scala gigante. E se lo riducessimo a una sola persona in una stanza ermetica? Forse il classico setpiece sci-fi di un astronauta eroico intrappolato su una nave rotta nello spazio.
La risposta breve è di 700 piante d’appartamento. Questo è il minimo indispensabile., Ma è complicato, quindi ecco anche la risposta lunga
Immaginiamo che il nostro astronauta sia una donna di nome Lucie.
E immaginiamo Lucie è intrappolato in un impianto di camera per iniziare con.
L’ossigeno costituisce circa il 20% dell’aria che ci circonda, ma solo il 15% dell’aria che espiriamo. Ad ogni respiro, consumiamo un quarto dell’ossigeno disponibile., Così Lucie sarà tragicamente asfissiare dopo aver respirato tutta l’aria nella sua prigione galleggiante quattro volte.
In realtà, sarebbe molto prima perché l’ossigeno sarebbe distribuito uniformemente nella stanza. Ma si scopre che non è neanche lontanamente il problema più grande in questo scenario. Quindi non preoccuparti per ora.
Quanta aria respiri?
L’uomo medio respira circa 7-8 litri di aria al minuto. Attraverso un giorno intero, che funziona come circa 10k-11.5 k litri di aria., La donna media è più piccola dell’uomo medio, quindi prendiamo il numero inferiore di 10.000 litri per il consumo giornaliero di aria di Lucie.
Diecimila litri potrebbero sembrare molti. Ma questo perché pensiamo solo ai litri nel contesto della benzina o delle bevande analcoliche.,
Spaziose astronavi
Il più grande razzo mai fatta era ancora abbastanza molto spazio, ma faranno probabilmente ottenere più comodo in futuro. Diciamo che la stanza in cui Lucie è infelicemente bloccata è lunga 4 metri, larga 4 metri e alta 2 metri. Questo è un po ‘più grande della camera da letto media e un po’ più piccolo del soggiorno medio.,
Lucie sta già avendo una brutta giornata. Non c’è bisogno di farla claustrofobica pure.
Una stanza di queste dimensioni ha un volume di 4 x 4 x 2 = 32m3. E un singolo metro cubo equivale a 1000 litri – grazie sistema metrico!
Quindi Lucie ha 32.000 litri di aria da respirare, che otterrà in poco più di tre giorni.
A quel punto, la concentrazione di ossigeno nella stanza sarà scesa al 15%.,
È possibile sopravvivere?
Sì! Lucie vive.
Senza fiato
Gli alpinisti generalmente iniziano a provare mal di montagna a circa 3000m sul livello del mare. A questa altitudine, la composizione dell’aria è la stessa, ma la pressione è molto più bassa. Ciò significa che si ottiene meno ossigeno in ogni respiro, rendendo la concentrazione di ossigeno più bassa.
L’aria si fa molto sottile fino a lì.,
A 3000 m, la concentrazione di ossigeno equivalente è solo leggermente inferiore al 15%.
Quindi abbiamo una buona idea di cosa sarebbe successo a Lucie dopo i suoi tre giorni nello spazio. Probabilmente avrà un po ‘di mal di testa, si sentirà un po’ nauseata, avrà qualche problema a dormire e forse farà dei sogni strani. Tre giorni non sono lunghi per acclimatarsi a 3000m, ma dovrebbero essere sufficienti per evitare che accada qualcosa di peggio.
Tre giorni dopo, Lucie avrà respirato tutta la sua aria due volte. A questo punto, sarà ridotta a circa il 10% di ossigeno., Questo è equivalente a 6.000 m di altitudine, un po ‘ più alto del Kilimangiaro.
Sei giorni non è abbastanza lungo per correttamente abituarsi a questi livelli di ossigeno. Lucie potrebbe essere in grado di sopravvivere lì per un po’, ma non è sostenibile. E usera ‘ piu ‘ ossigeno ad ogni respiro.,
Il risultato più probabile è una morte piuttosto spiacevole da edema cerebrale (gonfiore nel cervello) o edema polmonare (dove essenzialmente anneghi nei tuoi fluidi). Non è l’ideale.
Ma ancora, sei giorni dovrebbero essere abbastanza a lungo per il nostro intrepido esploratore extraterrestre per trovare una via d’uscita, giusto? O forse un’astronave di passaggio riceverà la sua chiamata di soccorso e verrà a salvarla?
Dopo tutto, Matt Damon stava coltivando patate e comunicando con la Terra in pochissimo tempo.,
Il killer silenzioso
Peggiora. L’ossigeno non e ‘il problema piu’ grande di Lucie.
Permettetemi di presentarvi il nostro vecchio amico anidride carbonica.
A concentrazioni atmosferiche normali (circa 400ppm, cioè 0,04%), la CO2 non ci causerà alcun problema. Beh, non direttamente comunque. C’è l’intera questione del cambiamento climatico sulla Terra, ma probabilmente è piuttosto basso nella lista delle priorità di Lucie in questo momento.
Più pressante è il fatto che l’anidride carbonica diventa tossica a concentrazioni più elevate. Al 5%, è fatale.,
Ricordate la concentrazione di CO2 nell’aria che espiriamo? Sì, anche il 5%.
Lucie può respirare tutta l’aria in una stanza vuota solo una volta prima che la CO2 la porti fuori. In realtà, probabilmente la ucciderebbe molto più velocemente. Un’ora di esposizione al 5% di CO2 ti ucciderà, quindi un’esposizione prolungata al 4% di CO2 probabilmente lo farà anche.
Senza le piante, Lucie morirà per avvelenamento da anidride carbonica molto più velocemente di quanto morirà per fame di ossigeno. Ha tre giorni al massimo.,
il Tempo di portare le piante d’appartamento.
Quante piante ci vorrebbero per produrre abbastanza ossigeno per respirare?
Con solo tre giorni di vita, Lucie ha fatto meglio a sperare di avere già un sacco di piante nella stanza per tenerla in vita. Questo non è neanche lontanamente abbastanza tempo per coltivare un efficace “polmone” orticolo da zero.
Quindi di quante piante ha bisogno?
Bene, lo spazio è, come ha detto Douglas Adams, grande.,
Le probabilità che Lucie venga salvata da un’astronave di passaggio sono piuttosto ridotte, quindi i livelli di ossigeno e CO2 dovranno rimanere stabili per un tempo molto lungo.
Utilizzando le stesse cifre di cui sopra, Lucie respira circa 420 litri di aria all’ora, e che l’aria è circa il 20% di ossigeno. Così Lucie ottiene attraverso 84 litri di ossigeno ogni ora. Gli scienziati hanno scoperto che la foglia media (se esiste una cosa del genere) produce circa 5 millilitri di ossigeno nella stessa quantità di tempo.,
Un po ‘ veloce di matematica ci dà 84 / 0.005 = 16,800 foglie richiesto. La tua pianta media matura potrebbe avere circa 25 foglie, dandoci 672 piante. Probabilmente è meglio arrotondare fino a 700 per essere al sicuro.
Espiriamo circa una molecola di CO2 in più per ogni molecola di ossigeno che consumiamo, e le piante fanno il contrario., Ciò significa che queste piante 700 dovrebbero prevenire anche l’avvelenamento da anidride carbonica.
Quindi c’è la nostra risposta (semplificata)! Se sei mai bloccato in una stanza ermetica di medie dimensioni, dai un’occhiata in giro. Se vedi meno di 700 piante di casa, probabilmente sarai morto in pochi giorni.
molto spazio
Naturalmente, nulla è mai semplice. Il problema più ovvio è dove su non-Terra sono quelle 700 piante andando ad andare?, È anche possibile avere abbastanza piante per soddisfare le vostre esigenze di ossigeno?
Camera di Lucie 4m x 4m ha 16m2 di superficie. Una selezione di piante mature casa avrebbe bisogno di almeno 25 cm di spazio in ogni direzione, che funziona come 0.0625m2 per ogni pianta. Sfortunatamente, ciò significa che Lucie può solo spremere in circa 250 piante. E non avrà nemmeno spazio per sedersi. Cibo e acqua di stoccaggio mangerà nello spazio disponibile pure.
Ancora, si potrebbe plausibilmente in forma in abbastanza piante se hai una stanza piena di scaffali traboccanti di verde.,
Lucie avrebbe fatto meglio a sperare che la sua prigione fantascientifica fosse una fattoria verticale.
Steady state
Le piante non producono ossigeno ad un tasso costante.
Le piante producono quantità variabili di ossigeno a temperature diverse nelle varie fasi del ciclo di crescita. La sopravvivenza di Lucie ora dipende dall’essere bloccato in una grow room con una temperatura che non fluttua pesantemente.,
Mantenere le luci accese
Dobbiamo anche ricordare che la maggior parte delle piante temperate produce ossigeno solo durante il giorno. Passano ad assorbire ossigeno e rilasciare anidride carbonica durante la notte.
Otto a dodici ore di buio, non permettere che i livelli di ossigeno a cadere abbastanza per essere un problema. Ma Lucie avra ‘bisogno del doppio delle piante se producono ossigeno solo per meta’ giornata., E spremere 1400 piante in una stanza già sovraffollata non sarà facile.
Idealmente, Lucie ha bisogno delle luci accese 24 ore al giorno. Non dormirà molto, ma essere stanca è meglio che essere morta.
Non tutte le piante sono uguali
Le piante non funzionano tutte allo stesso modo.
Molte piante originarie delle zone aride respirano solo di notte. È un meccanismo di sopravvivenza, poiché tenere i pori chiusi durante il giorno impedisce loro di perdere troppa acqua dalla traspirazione.
Ma con la luce diurna di Lucie di 24 ore, queste piante non produrranno affatto ossigeno.,
La camera può essere fornito con una miscela 50/50 di clima temperato e arido piante, che permetterebbe un costante produzione di ossigeno per tutto il giorno. Ma avresti ancora bisogno di 1400 piante invece di 700. La luce artificiale perpetua è più efficiente. Incrociamo le dita le luci funzionano ancora!
Quindi di cosa ha bisogno Lucie per sopravvivere al suo calvario?, Ha bisogno di rimanere bloccata in una fattoria verticale di dimensioni ragionevoli con almeno 700 piante mature, tutte provenienti da aree relativamente umide, con le luci accese 24/7.
Non sembra buono.
Pensare a lungo termine
Se la stanza di Lucie soddisfa tutte queste condizioni, potrebbe teoricamente respirare per settimane, mesi o anni., In quei tempi, dobbiamo iniziare a preoccuparci di altri materiali nella stanza.
Proprio come le piante e Lucie, anche i batteri nel terreno respireranno. Aspireranno ossigeno prezioso ed emetteranno ulteriore anidride carbonica. Le piante dovrebbero riciclare questo in ossigeno, ma non è sempre così facile.
Negli anni 1980 e ’90, un gruppo di scienziati e di un ricco uomo d’affari ha costruito il più grande sistema chiuso in storia., Biosphere 2 è stata la patria di un gruppo di ricercatori/soggetti di prova per due anni per vedere se potevano sopravvivere nella struttura ermetica.
I responsabili del progetto alla fine hanno dovuto pompare ossigeno extra.
Perché? L’anidride carbonica prodotta dalla respirazione del suolo ha reagito con le pareti di cemento, producendo carbonato di calcio e acqua. Ciò significava che la CO2 non ha mai raggiunto le piante e non è mai stata trasformata in ossigeno.
Dopo 16 mesi, questa reazione inaspettata è stata sufficiente per esaurire l’apporto di ossigeno a livelli pericolosi.,
Qualsiasi materiale ossidante come il ferro consumerebbe anche ossigeno prezioso nel tempo. Quindi Lucie deve essere bloccata in una stanza senza materiali che potrebbero reagire con ossigeno o anidride carbonica.
Coltivare le piante idroponicamente (senza suolo) aumenterebbe il margine di errore.,
Vita o morte
Considerando che è bloccata in una stanza ermetica con una minima possibilità di salvataggio o fuga, Lucie probabilmente non ha la migliore fortuna nella galassia.
Ma potrebbe non essere la fine.
Se è bloccata in una grow room idroponica con almeno 700 piante mature disposte su ampi scaffali, e se nessuna di queste piante proviene da regioni aride, e se le luci sono sempre accese, e se ha anche un modo per ottenere cibo e acqua adeguati, allora Lucie potrebbe potenzialmente sopravvivere più a lungo di pochi giorni., E se la stanza è costruita con materiali inerti o le superfici sono adeguatamente trattate, potrebbe anche vivere fino alla vecchiaia.
Ma probabilmente no. Non l’abbiamo mai fatto con successo anche quando ci abbiamo provato.
almeno lei sarà circondato da piante.
Questo articolo è apparso per la prima volta su Candide.