Over hele verden, milliarder av planter produserer oksygen for milliarder av mennesker. Men det er på en gigantisk skala. Hva hvis vi skalerer den ned til et enkelt person i en lufttett rom? Kanskje den klassiske sci-fi setpiece av en heroisk astronaut fanget på en ødelagt skip i verdensrommet.
Det korte svaret er 700 potteplanter. Det er minimum., Men det er komplisert, så her er det lange svaret, så vel…
La oss se for oss at våre astronaut er en kvinne som heter Lucie.
Og la oss se for oss at Lucie er fanget i en plante-free room til å begynne med.
Oksygen utgjør ca 20% av lufta rundt oss, men bare 15% av luften vi puster ut. Med hvert åndedrag, vi bruker opptil en fjerdedel av tilgjengelig oksygen., Så Lucie vil tragisk ta affære etter å puste all luften i henne flytende fengsel fire ganger.
I virkeligheten, ville det være mye raskere enn at fordi oksygen ville være jevnt fordelt rundt i rommet. Men det viser seg at det er ikke på langt nær det største problemet i dette tilfellet. Så ikke bekymre deg om det for nå.
Hvor mye luft gjør du puster?
Den gjennomsnittlige menneske puster ca 7-8 liter luft pr. minutt. Over en hel dag, det virker ut som om 10k-11.5 k liter luft., Den gjennomsnittlige kvinnen er mindre enn den gjennomsnittlige mannen, så la oss ta det laveste antall på 10 000 liter for Lucie er daglig luftforbruk.
Ti tusen liter høres ut som en masse. Men det er fordi vi bare tenke på liter i sammenheng med bensin eller brus.,
Romslige romskip
Den største raketten som noensinne er laget var fortsatt ganske stramt på plass, men de vil trolig bli mer komfortabel i fremtiden. La oss si at rommet Lucie er ulykkelig fast i er 4m lang, 4m lang og 2m høy. Det er litt større enn gjennomsnittet soverom og en som er litt mindre enn den gjennomsnittlige stue.,
Lucie allerede har en dårlig dag. Det er ingen grunn til å gjøre henne klaustrofobisk som godt.
Et rom av denne størrelsen har et volum på 4 x 4 x 2 = 32m3. Og én kubikkmeter tilsvarer 1000 liter — takk metriske systemet!
Så Lucie fikk 32000 liter med luft å puste i, som hun vil få gjennom i litt over tre dager.
På dette punktet, oksygen-konsentrasjonen i rommet vil ha sunket til 15%.,
dette Er survivable?
Jepp! Lucie liv.
Ut av pusten
Fjellklatrere vanligvis begynner opplever høydesyke på om 3000m over havet. På denne høyden, air sammensetning er den samme, men trykket er mye lavere. Dette betyr at du får mindre oksygen i hvert åndedrag, noe som gjør oksygen konsentrasjon føle lavere.
luften blir ganske tynn opp det.,
På 3000m, tilsvarende oksygen konsentrasjon er bare litt under 15%.
Slik at vi har en god ide om hva som ville skje med Lucie etter henne tre dager i verdensrommet. Hun vil sannsynligvis ha litt av en hodepine, føler meg litt kvalm, har noen problemer med å sove, og kanskje få noen rare drømmer. Tre dager er ikke lenge til acclimatise til 3000m, men det bør være nok til å hindre noe verre skjer.
Tre dager senere, Lucie vil ha pustet alle hennes air to ganger. På dette punktet, vil hun være ned til ca 10% oksygen., Det tilsvarer 6000 m høyde, litt høyere enn Kilimanjaro.
Seks dager er ikke lenge nok til å riktig acclimatise til disse oksygen nivåer. Lucie kan være i stand til å overleve det for en stund, men det er ikke bærekraftig. Og hun kommer til å bruke opp mer oksygen med hvert åndedrag.,
Den mest sannsynlige utfallet er en ganske ubehagelig død fra enten cerebral ødem (hevelse i hjernen) eller lungeødem (der du egentlig drukne i din egen væsker). Ikke ideelt.
Men fortsatt, seks dager skal være lang nok for våre modige utenomjordisk utforsker til å finne en vei ut, ikke sant? Eller kanskje et passerende romskip vil motta sin nød anrop, og kommer til å redde henne?
Når alle, Matt Damon var vokser poteter og kommunisere med Jorden i løpet av kort tid.,
silent killer
Det blir verre. Oksygen er ikke Lucie største problemet.
Tillat meg å presentere vår gamle venn karbondioksid.
Ved normale atmosfæriske konsentrasjoner (om 400ppm, dvs. 0.04%), CO2 ikke vil føre oss noen problemer. Vel, ikke direkte likevel. Det er hele problemet med klimaendringer tilbake på Jorden, men det er nok ganske lavt ned på Lucie sin liste over prioriteringer akkurat nå.
Mer presserende er det faktum at karbondioksid blir giftig ved høyere konsentrasjoner. På 5%, den er dødelig.,
Husk at konsentrasjonen av CO2 i lufta vi puster ut? Jepp, også 5%.
Lucie kan bare puste all luften i et tomt rom en gang før CO2-tar henne ut. I virkeligheten, ville det sannsynligvis drepe henne ganske mye raskere. En time av eksponering til 5% CO2 vil drepe deg, så langvarig eksponering for 4% CO2 vil sannsynligvis gjøre det også.
Uten planter, Lucie vil dø av karbondioksid forgiftning mye raskere enn hun vil dø av oksygenmangel sult. Hun fikk tre dager topper.,
Tid til å ta i potteplanter.
Hvor mange planter ville det ta å produsere nok oksygen for å puste?
Med kun tre dager igjen å leve, Lucie hadde bedre håper hun har allerede fått mye av planter i rommet for å holde henne i live. Det er ikke på langt nær nok tid til å vokse en effektiv hagebruk ‘lunge’ fra bunnen av.
Så hvor mange planter ikke hun trenger?
Vel, plass, som Douglas Adams famously sa, store.,
sjansene for Lucie blir reddet av et passerende romskip er ganske slank, slik at oksygen og CO2-nivåer er nødt til å holde seg stabil for en svært lang tid.
ved Hjelp av de samme tallene som ovenfor, Lucie puster ca 420 liter luft per time, og at luften er omtrent 20% oksygen. Så Lucie får gjennom 84 liter oksygen hver time. Forskere har regnet ut at den gjennomsnittlige blad (hvis det finnes noe slikt) produserer om lag 5 milliliter oksygen i samme tidsperiode.,
En rask bit av matematikk gir oss 84 / 0.005 = 16,800 etterlater nødvendig. Gjennomsnittlig modne hus anlegg kan ha om lag 25 blader, noe som gir oss 672 planter. Kanskje best å runde opp til 700 for å være på den sikre siden.
Vi puster ut om ett molekyl av ekstra CO2 for hvert molekyl av oksygen vi spiser, og planter å gjøre det stikk motsatte., Det betyr at disse 700 planter bør hindre karbondioksid forgiftning også.
Så det er vår (forenklet) svar! Hvis du noensinne sitter fast i en gjennomsnittlig størrelse lufttett rom, ta en titt rundt. Hvis du ser færre enn 700 hus planter, vil du sannsynligvis være død i et par dager.
Stramt på plass
Selvfølgelig, ingenting er aldri så enkelt. Den mest åpenbare problemet er der på ikke-Jorden er de 700 planter kommer til å gå?, Er det enda mulig å ha nok planter for å møte dine oksygen krav?
Lucie er 4m x 4m rommet har 16m2 av gulvplass. Et utvalg av modne huset planter ville trenge minst 25 cm plass i hver retning, som arbeider ut som 0.0625m2 for hver plante. Dessverre, det betyr at Lucie kan bare plass til ca 250 planter. Og hun vil ikke engang plass til å sitte ned. Mat og vann oppbevaring vil spise i den tilgjengelige plassen.
Likevel, vil du kunne tenkes å passe inn i nok planter hvis du har et rom fullt av hyller overfylte med grøntområder.,
Lucie hadde bedre håper hennes sci-fi fengsel skjer for å være en vertikal gård.
Steady state
Planter ikke produserer oksygen på en jevn pris.
Planter produserer varierende mengder av oksygen ved forskjellige temperaturer på forskjellige stadier av den voksende syklus. Lucie er overlevelse avhenger nå av å bli sittende fast i en grow rom med en temperatur som ikke tungt variere.,
å Holde lysene på
Vi trenger også å huske at de fleste tempererte planter bare produsere oksygen i løpet av dagen. De bytter på å absorbere oksygen og avgi karbondioksid i natt.
Åtte til tolv timer med mørke ville ikke tillate oksygen nivåer for å slippe nok til å være et problem. Men Lucie kommer til å trenge dobbelt så mange planter hvis de bare produserer oksygen for halve dagen., Og samtidig klemme til rundt 1400 planter inn i en allerede overfylt rommet er det ikke kommer til å bli lett.
Ideell, Lucie behov lysene på 24 timer per dag. Hun vil ikke få mye søvn, men det å være sliten er bedre enn å være død.
Ikke alle planter er like
Planter ikke alle fungerer på samme måte.
Masse planter native å tørre områder respire om natten. Det er en overlevelses mekanisme, som det er å holde porene stengt i løpet av dagen stopper dem for å miste for mye vann fra transpiration.
Men med Lucie ‘ s 24-timers dagslys, disse plantene vil ikke produsere noe oksygen i det hele tatt.,
Rommet kan være utstyrt med en 50/50 blanding av tempererte og tørre planter, som ville tillate konstant oksygen produksjonen i hele dag. Men du vil fortsatt trenger 1400 planter snarere enn 700. Evigvarende kunstig dagslys er mer effektiv. Krysser fingrene lysene er fortsatt i arbeid!
Så hva gjør Lucie trenger for å overleve sin ildprøve?, Hun trenger for å bli sittende fast i en rimelig stor vertikal gård med minst 700 modne huset planter, alt fra relativt fuktige områder, med lysene på 24/7.
Det er ikke ser bra ut.
å Tenke langsiktig
Hvis Lucie ‘ s room oppfyller alle disse forholdene, hun kan teoretisk sett puste i uker, måneder eller år., Over de tidsrammer, vi må begynne å bekymre seg om andre materialer i rommet.
Akkurat som planter og Lucie, bakterier i jord vil også respire. De vil suge i edle oksygen og slipper ut mer karbondioksid. Plantene bør resirkulere dette tilbake til oksygen, men det er ikke alltid så lett.
I 1980-og ’90-tallet, en gruppe av forskere og en velstående forretningsmann bygget den største lukket system i historien., Biosphere 2 var hjemmet til en gruppe av forskere/forsøkspersonene i to år for å se om de kunne overleve i lufttett struktur.
prosjektledere måtte til slutt pumpe i ekstra oksygen.
Hvorfor? Karbondioksid produsert av jord åndedrett reagerte med betong vegger, produsere, kalsiumkarbonat og vann. Det betydde CO2 aldri nådd planter og ble aldri vendte tilbake til oksygen.
Etter 16 måneder, denne uventet reaksjon var nok til å tømme oksygen til farlige nivåer.,
Noen oksiderende materialer som jern ville også bruker dyrebare oksygen over tid. Så Lucie behov for å bli sittende fast i et rom uten noen materialer som kan reagere med oksygen eller karbondioksid.
Voksende plantene hydroponically (uten jord) ville øke margin for feil.,
Liv eller død
Vurderer hun sittende fast i en lufttett rom med minimal sjanse for redning eller flykte, Lucie sannsynligvis ikke har den beste lykken i galaksen.
Men det kan ikke være slutten.
Hvis hun sittende fast i en hydroponic vokse rom med minst 700 modne huset planter arrangert på omfattende hyller, og hvis ingen av disse plantene kommer fra tørre regioner, og hvis lysene er alltid på, og hvis hun har også en måte å få tilstrekkelig mat og vann, så Lucie potensielt kan overleve lengre enn et par dager., Og hvis rommet er bygget fra inert materiale eller flater som er riktig behandlet, hun kan selv leve til alderdom.
Men sannsynligvis ikke. Vi har aldri gjort dette med hell, selv når vi har prøvd å.
minst vil hun være omgitt av planter.
Denne artikkelen først dukket opp på Candide.