在好莱坞科幻大片《火星救援》中,宇航员马特意外被遗弃在荒漠的火星上。为了坚持等到地球的救援,这位“整个星球上最伟大的植物学家”,凭借自己的聪明才智,在火星上种起了土豆。几经周折,香喷喷的“火星土豆”终于成功出炉了!
我们真的能在火星上愉快地生长吗?导演说能,就能!大家都知道,植物的生长需要光照、水、适宜的温度、土壤等多种条件。今天我们抛开其他因素,来说说火星的土壤是否能种植作物。
火星土壤(火壤)普遍分布于火星表面,是火星表面岩石长期风化的产物,形态是松散、未固结的土状细粒物质。与块状的火星岩石和基岩不同,火壤通常由微米级到厘米级的颗粒物质组成,主要成分为硅酸盐矿物、铁氧化物、次生矿物、非晶质等物质。火壤中没有微生物,没有像蚯蚓一样的蠕虫,也不像地球土壤这样有丰富的腐殖质。要想种植出作物,还需要对火壤成分进行复杂的“改造”。
科学家们用“模拟火星土壤”来进行各种地面试验活动,包括种植蔬菜。目前世界各国已经研制出了四十多种模拟火壤,其中国际上应用最广泛的是美国约翰空间中心(JSC)研制的JSCMARS-1A型模拟土,它取自夏威夷岛上的一座小火山,主要来自风化的玄武质火山灰玻璃,通过挑选、干燥并筛选出其中小于1毫米的碎片,最终制成JSCMARS-1模拟火壤,其光谱特性与真正的火壤较为相似。
在我国,中科院地球化学研究所的科学家成功研制出JMSS-1模拟火壤。JMSS-1主要取自内蒙古乌兰察布市乌兰哈达火山群附近的玄武岩,这里的岩石含有丰富的铁和更少的铝,与真正的火壤成分相似。将岩石研磨成1毫米以下的小颗粒,再添加少量来自河北的磁铁矿和赤铁矿粉末,就制造出了模拟火壤。
世界各地的科学家们在模拟火壤中成功种植了多种植物,包括水芹、芝麻菜、番茄、萝卜、黑麦、藜麦、菠菜、韭菜、豌豆和香葱等。他们发现,“火星土”中种植的蔬菜从外观上看与地球土壤中的蔬菜并无两样,有的甚至长得更好。这可能得益于模拟火壤较强的吸水能力。
不过,要想在真正的火壤中种植蔬菜,还会遇到很多麻烦。比如,火壤中有许多重金属,其中包括一种叫做高氯酸钙的物质。美国的火星探测器“凤凰号”“好奇号”“海盗号”,相继在火星上探测到了高氯酸钙的存在。高氯酸钙是一种盐,会被种植的植物吸收,当人类食用这些植物时,也会吸收这些重金属和高氯酸盐,从而导致中毒。
那么,有什么办法来解决这个问题呢?
有科学家提出了一种独特的方法——生物降解法,利用生物方法转化火星表面高氯酸盐并进行原位制氧。国外科学家发现在冰岛的玄武岩火山灰中可能存在适合改变火星岩石结构的细菌,而我国生物学家在吉林省长春市某个河道的底泥中也筛选出了能够降解高氯酸盐的一组菌群。经过多次试验证明,这些细菌可以将高氯酸盐代谢为无害物质,而且在转化的同时还能产生氧气,而这些氧气将来正好可以作为航天员的氧气来源,可谓化害为益、一举两得的好办法。
年,阿联酋、中国和美国相继发射了奔赴火星的探测器,开启了火星之旅,在不久的将来,人类登上火星将不再是幻想。去火星种土豆,你准备好了吗?
参考文献:1.典型模拟火星土壤研究进展
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2.火星土壤
曾小家.大众科学,(10)
3.火星土壤中为何没有有机物质
江年.中国环境科学,(2)
4.火星表面高氯酸盐生物转化及原位制氧工艺技术
李艳菊,吴月,范春萍,等.空间科学学报,,40(4)
5.火星探测发展历程与未来展望
于登云,孙泽洲,孟林智,等.深空探测学报(中英文),,3(2)