أظهرت تجربة جديدة أن مياه الصرف الصحي البشرية مع الثرى القمري أو المريخي يمكن أن توفر العناصر الغذائية اللازمة لزراعة المحاصيل على القمر والمريخ.
وقال قائد الدراسة هاريسون كوكر من جامعة تكساس ايه اند ام في دراسة “في المواقع القمرية والمريخية، ستكون النفايات العضوية أساسية لتوليد تربة صحية ومنتجة”. إفادة. “من خلال تجوية التربة المحاكاة من قمر و المريخ ومع مجاري النفايات العضوية، تم الكشف عن أنه يمكن حصاد العديد من العناصر الغذائية النباتية الأساسية من المعادن السطحية.
إذا أراد البشر إنشاء قواعد دائمة على القمر أو المريخ، فسيتعين عليهم أن يتعلموا ذلك العيش خارج الأرض – وخاصة على كوكب المريخ، حيث تستغرق الرحلة إلى أرض فهي كبيرة للغاية وتكاليف السفر مرتفعة للغاية بحيث لا يمكن الاعتماد على الإمدادات المنتظمة، بما في ذلك الأسمدة، من المنزل.
ولسوء الحظ، فإن التربة الموجودة على القمر والمريخ ليست مناسبة حاليًا لزراعة المحاصيل. يشير العلماء إلى هذا التراب باسم “الثرى” بدلاً من التربة لأن الثرى غير عضوي، وبينما يحتوي الثرى على عناصر مغذية داخل المعادن، فإن هذه العناصر الغذائية محجوبة ولا يمكن الوصول إليها في الغالب في الحياة كما هي الحال.
لذلك كان الباحثون يبحثون عن طرق لتسهيل الوصول إلى تلك العناصر الغذائية وتحويل الثرى الميت إلى شيء أقرب إلى التربة العضوية.
في الماضي، اتخذ العلماء عددًا من الأساليب لحل هذه المشكلة، مثل المعالجة الحرارية، والزراعة المائية، والأملاح السائلة (المعروفة بالسوائل الأيونية)، وإزالة الأكسدة الكهربائية التي تُستخدم على الأرض لتحليل الملوثات في مياه الصرف الصحي. ومع ذلك، على الرغم من أنها حققت مستويات مختلفة من النجاح، إلا أن جميع هذه الأساليب لها فشل مشترك: فهي تتطلب استيراد مواد كيميائية إضافية وطاقة وتكنولوجيا إضافية وتجديدها باستمرار بالمواد المغذية الطازجة، مما يجعلها عمليات باهظة الثمن.
لذا، بحث كوكر وفريقه عن طريقة أخرى لإنشاء تربة للمحاصيل باستخدام استخدام الموارد في الموقع. بمعنى آخر، سيكون كل شيء متاحًا بالفعل على القمر أو المريخ، ولن يلزم استيراد أي من مكونات العملية من الأرض بما يتجاوز التكنولوجيا الأولية.
المكونات هي ببساطة الثرى والنفايات البشرية التي ينتجها رواد الفضاء. تعاونت كوكر وجولي هاو، من جامعة تكساس إيه آند إم، مع العلماء في وكالة ناسا مركز كينيدي للفضاء في فلوريدا، حيث يدير الباحثون نموذجًا أوليًا لنظام دعم الحياة الحيوي المتجدد (BLiSS) يُسمى مجمع المعالجة العضوية (OPA).
OPA عبارة عن سلسلة من المفاعلات الحيوية والمرشحات. يتم وضع مياه الصرف الصحي في أحد طرفيها، وتشق طريقها عبر النظام وتخرج في الطرف الآخر كتدفقات سائلة كثيفة المغذيات مع ترشيح السموم.
استخدمت التجارب مياه الصرف الصحي المحاكية، إلى جانب الثرى الاصطناعي، أحدهما يمثل القمر والآخر المريخ. يجب استخدام المحاكيات لأنه ليس لدينا في الواقع أي ثرى مريخي حقيقي على الأرض، وعينات الثرى القمري التي لدينا نادرة وثمينة.
قام فريق كوكر بدمج النفايات السائلة التي تنتجها OPA مع الثرى المحاكى ووضع المحلولين المختلفين في شاكر لمدة 24 ساعة، والذي يعمل على “تجوية” جزيئات الثرى.
ووجدوا أن هذه الخلائط أدت إلى امتصاص الثرى القمري (أي إطلاق) كميات كبيرة من الكبريت، وكذلك الكالسيوم والمغنيسيوم. كما أنتج المُحاكي المريخي هذه العناصر أيضًا، بالإضافة إلى الصوديوم. ومن ثم تصبح هذه العناصر الغذائية متاحة للنباتات لتتغذى عليها وتنمو.
علاوة على ذلك، من خلال المجهر يمكن رؤية أن جزيئات المحاكاة قد تم تجويها في الشاكر. كانت الجسيمات المحاكاة القمرية بها حفر صغيرة، بينما كانت الجزيئات المريخية مغطاة بالجسيمات النانوية. يعد هذا النوع من التجوية خطوة مهمة نحو التحول إلى مادة أكثر شبهاً بالتربة.
تحتاج النباتات، بطبيعة الحال، إلى عناصر غذائية أكثر تنوعًا مما تم امتصاصه في هذه التجربة؛ الحديد والزنك والنحاس ليست سوى بعض من العناصر الغذائية الضرورية التي كانت مفقودة.
بالإضافة إلى ذلك، فإن تقنية BLiSS ليست فعالة تمامًا بعد، والمحاكيات المستخدمة تشبه الشيء الحقيقي تقريبًا – قد يستجيب الثرى القمري والمريخي الحقيقي بشكل مختلف. لذلك هناك حاجة إلى مزيد من التجارب على هذا المنوال.
لكن الأبحاث تتراكم بالفعل: النتائج الجديدة هي الأحدث في سلسلة تستكشف كيف يمكن استخدام الموارد الموجودة على القمر أو المريخ لمساعدة رواد الفضاء على العيش هناك.
وفي يناير/كانون الثاني 2025، على سبيل المثال، كشف الباحثون عن ذلك تنمو المحاصيل بشكل أفضل في الثرى القمري المخصب بدلاً من النوع المريخي. استخدمت التجربة ميلورجانيت، وهو نوع من الأسمدة مصنوع من ميكروبات معالجة بالحرارة تعمل على هضم مياه الصرف الصحي. لم يكن أداء الثرى المريخي جيدًا في الاختبارات، ويرجع ذلك جزئيًا إلى أنه يمكن أن يكون كثيفًا للغاية ويشبه الطين، مما يمنع الأكسجين من الوصول إلى جذور النباتات.
يحتوي الثرى المريخي أيضًا على بيركلورات، وهو مؤكسد قوي. دراسات قام بها باحثون في منظمة أبحاث الفضاء الهندية لقد اكتشفوا كيف يمكن لاثنين من البكتيريا، Sporosarcina Pasturii و داء الكروكوسيديا، يمكن أن تخلق عامل ربط من منتجات النفايات الخاصة بهم، والتي، عند دمجها مع صمغ الغوار، يمكن أن تلتصق جزيئات الثرى المريخي معًا لتشكل نوعًا من المواد الشبيهة بالطوب التي يمكن استخدامها لبناء الموائل. ومع ذلك، فإن سمية البيركلورات اضطرت الباحثين إلى ذلك العثور على سلالات أكثر قوة من البكتيريا لمقاومة التأثيرات المؤكسدة.
وقد أظهر نفس الباحثين أيضًا كيف Sporosarcina Pasturii يمكن استخدامها بطريقة مماثلة لإنشاء مواد تشبه الطوب على القمر. ومع ذلك، فقد أظهروا أن تلبيد خليط الثرى في الفرن ينتج طوبًا أقوى من البكتيريا، لكن مثل هذا الطوب عرضة للتشقق في الظروف القمرية. لذا الحل الخاص بهم كان لاستخدام Sporosarcina Pasturii– تُشتق مادة الطوب كمادة مانعة للتسرب لملء أي شقوق في الطوب القمري الملبد.
إذا أردنا أن نعيش على القمر أو المريخ، فسوف يجلب ذلك معنى جديدًا تمامًا لمفهوم العيش خارج الأرض، وفي النهاية، نأمل أن نجعل مواقعنا الاستيطانية خارج كوكب الأرض مكتفية ذاتيًا قدر الإمكان.
تم نشر النتائج التي توصل إليها فريق كوكر في 7 يناير في المجلة ACS كيمياء الأرض والفضاء.
التعليقات