Замкнутая экосистема — возможно будущая среда обитания человека. Как сделать замкнутую экосистему в бутылке: в копилку научных проектов

Первый террариум был изобретен в 1842 году в Великобритании. Во времена королевы Виктории этот тренд быстро распространился. Террариум - это ёмкость, в которой созданы благоприятные условия для содержания животных и растений. Эти предметы изготавливается из стекла, имеют металлический, пластмассовый или древесный каркас. Террариумы могут быть открытые и закрытые. В закрытом террариуме создаётся уникальная среда для обитания некоторых растений и насекомых. Прозрачные стены способствуют проникновение внутрь тепла и света. В закрытом контейнере образуется благоприятный микроклимат. Водяные испарения циркулируют внутри террариума и создают идеальные условия для растений, предотвращая их высыхание.

Террариум может стать отличным дополнением к домашнему декору, а для некоторых людей служит своего рода хобби. Безусловно, оно напоминает увлечение комнатными растениями, однако это не совсем так. В первую очередь, террариум рассматривается как автономная экосистема, в которой все растения друг с другом взаимодействуют. Ее не надо поливать, удобрять или следить за уровнем влажности.

Обычно для закрытого террариума используют сорта растений, произрастающих в условиях тропиков. Внутрь него ставят маленькую ёмкость с водой, частично зарытую в грунт. Террариум раз в неделю открывают, чтобы выпустить лишнюю влагу из воздуха и его стенок. В закрытом террариуме находится специальная почва, необходимая для роста растений и сведения к минимуму потерь от разных микробов. Стеклянные закрытые террариумы могут иметь форму шара, колокола, куба, опрокинутой усеченной пирамиды или параллелепипеда. В таком террариуме нет сквозняков. Это позволяет выращивать самые нежные и капризные растения.

Число растений, которые можно выращивать в закрытых террариумах, достаточно ограниченно. Нельзя высаживать быстро растущие растения и растения, запасающие в своих тканях воду. Цветущие растения можно высаживать, но в будущем придется удалять увядшие цветки. Если их оставить, они начнут разлагаться и будут источником болезней, которыми страдают растения. Опытные ботаники рекомендуют садить в закрытые террариумы те растения, у которых корневая система мала или отсутствует. К ним относятся: аир злаковый, бегония королевская, хамедорея изящная, криптантус бромелиевидный, драцена Сандера, папоротники, плющ обыкновенный, селагинелла Крауза и т.д.

Открытые террариумы бывают так же различных форм, и в них высаживают любые растениями. Здесь приживутся и любители влаги, и любители жить в сухом климате. В открытый террариум подходят растения, которым необходим прямой солнечный свет.

1 сентября 2013 в 20:19

Замкнутая экосистема по-русски

DIY или Сделай сам

Здравствуй, Хабр!

Недавно наткнулся в интернете на интересную статью, с точки зрения садоводства, об англичанине, который 53 года назад посадил в банку традесканцию .Он закупорил бутылку и, после полива 40 лет назад, больше не открывал её. Идеи пришла ему из любопытства. И по сей день растение живет, растет и поглощает кислород. Традесканция образовала экосистему: при фотосинтезе образуется кислород, происходит увлажнение воздуха внутри сосуда и выпадает влага, опавшие листья перегнивают, выделяя CO 2 . Но для фотосинтеза нужен еще и свет, поэтому бутылку нужно постоянно пододвигать к окну и разворачивать, чтобы листья росли равномерно. Я добавил немного электроники для комнатного растения, и вот, что из этого получилось.

Этап Первый

Как уже говорилось, в процессе фотосинтеза самое важное это свет. Но не любой!

Для растений наиболее важным является сине-зеленый и желто-красный. Длины волн соответственно от 440 до 550 нм и от 600 до 650 нм. Я пошел в магазин и купил 4 красных, 2 синих и 2 зеленых светодиода (прочитав на «Радиокоте»). Далее, расположил их под крышкой банки, закрепив на картонке, и соединил параллельно (на 2 красных 1 синий и 1 зеленый).
Т. к. светодиоды разных цветов свечения имеют разное напряжение питания, поставил резисторы.
В крышке сделал отверстие для проводов и укрепил картонку со светодиодами под крышкой, предварительно просунув провода в дырку. Для большей изоляции от внешнего мира дырку можно заклеить.

Ревизия модуля освещения от 01.07.13.
Модуль специально был покрыт толстым слоем Цапонлака для предотвращения коррозии выводов элементов и меди на плате.

Этап Второй

Основное, т. е. подсветку, я уже сделал, поэтому перехожу к полезным дополнениям.
1. Чтобы свет горел только тогда, когда растение находится в тени, нужно добавить фотоэлемент.
Схема подключения:

Чтобы сделать горшок совсем умным, подключим к нему Arduino. Analog InPut на схеме - любой аналоговый вход у Arduino. На ШИМ (или PWM) выход повесим светодиоды, яркость свечения которых будет изменяться в зависимости от освещенности фоторезистора. Но для начала выясним, какие значения будет выдавать делитель напряжения.

Код

int sensor =0; // подключаем делитель к аналоговому входу Arduino A0 void setup() { Serial.begin(9600); } void loop() { Serial.println(analogRead(sensor)); delay(1000); // Отправляет значения с делителя раз в секунду }

В своей схеме я использовал фоторезистор из электронного конструктора ЗНАТОКа. У него теневое сопротивление 120 кОм. Расчет резистора R1 производится по формуле: R 1 =V in *R 2:V out -R 2 ; V in на схеме - +5V, V out - «к аналоговому входу Arduino» (Я надеюсь, все хорошо помнят порядок действий: сначала действия первой степени - умножение и деление, а потом второй - сложение и вычитание). Также, следует помнить, что сопротивление у фоторезистора может изменяться нелинейно .
Минимальное значение освещения с моего делителя - около 100 (назовём их условными единицами), максимальное - около 755 у.е.
Зная эти значения можно написать программу для Arduino - контроллера.

Код

int sensor = 0; // Потенциометр к А0 int ledPin = 9; //Светодиоды к выходу 9 void setup () { analogReference(DEFAULT); pinMode(ledPin, OUTPUT); //Serial.begin(9600); Раскомментируйте эту строку для отображения текущей //освещенности в у.е. в Мониторе Порта. } void loop() { int val = analogRead(sensor); val = constrain(val, 130, 755); //Выставляем значения освещенности. //Если < 130, то превращаем в 130, если > 755, то выставляем в 755. int ledLevel = map(val, 130, 755, 0, 255); //Превращаем значения освещенности и у.е. //в 8-битные значения для ШИМ. analogWrite(ledPin, ledLevel); // Serial.println(analogRead(ledLevel)); Раскомментируйте эту строку для отображения текущей //освещенности в у.е. в Мониторе Порта. }

Также, обратите внимание на то, что максимальный ток через цифровые Входы/Выходы Ардуины не должен превышать 40мА .

2. Вместо цифрового метода определения уровня освещенности можно использовать аналоговый. Добавив к делителю стабилитрон и транзистор получим все тоже, что и с процессором, только в меньшем объеме. Схема:

Стабилитрон D1 - любой мощности на 3.6 В. Транзистор T1 - любой NPN.

P.S. Смотрелось бы намного лучше, если бы провода не торчали. Сама конструкция будет технологичнее, если на дно банки положить катушку и питать подсветку без проводов (по примеру беспроводной зарядки у телефонов).

На фото ниже представлена первая экспериментальная банка. Растение в нее было посажено 01.06.13.

Впоследствии, от этой банки решено было отказаться, т.к. растению в ней не хватало места для роста (также, стальная крышка, с большой долей вероятности, за 40 лет использования, заржавеет:)).

Взамен маленькой литровой банки, растения были посажены в большие - 3-ех литровые. Заменена была и крышка - на полиэтиленовую.
P.S.S. Дата посадки: 30.06.2013 (01.07.13 была открыта банка для замены модуля освещения).
Фото 1: 10.07.13

Фото 2: 17.07.13. На фото ниже видно как на стенках начала проявляться растительность. Это свидетельствует о том, что простейшие виды растений тоже чувствуют себя в системе хорошо.

Фото 3: 02.09.13

Также, для эксперимента, в банку с денежным деревом была посажена косточка мандарина (предварительно не выдерживавшаяся во влажной марле и т.п.). Как видно на фото выше, сейчас она проросла.
По мере накопления экспериментальный данных, информация будет выкладываться здесь.

Вот уже более 40 лет в большой бутыли, заткнутой пробкой, живет растение. Без поступления извне воздуха и воды.

Этот смелый эксперимент в свое время поставил Дэвид Латимер, 80-летний садовник из городка Кранлей, Великобритания. Свой первый «сад в бутылке» он запустил в 1960 году. А в 1972 году закупорил бутыль пробкой навсегда. Таким образом растение на фото ниже вот уже 52 года живет в сосуде, причем 41 год из них — совершенно самостоятельно.

Растение живет и не умирает благодаря тому, что оно собирает солнечную энергию, необходимую ему для фотосинтеза, с водой еще проще — в бутыли просто круговорот воды. Она испаряется и конденсируется на стенках бутыли, это и есть осадки. Питательные вещества растение получает из компоста, в который превращаются опавшие листья. Таким образом это растение сможет жить теоретически вечно, если не повлияют какие-то факторы извне. Примечательно, что первоначально садовник посадил в бутыль сразу четыре разных растения, однако выжило только сильнейшее.

Сделать подобную замкнутую экосистему в бутылке не так сложно:

Сначала надо найти подходящий стеклянный сосуд с достаточно широким горлышком для более удобного доступа.

Нужен хороший грунт и компост.

И конечно же, само растение. В качестве растений рекомендуют Adiantum (Папортоник) , некоторые виды Tradescantia (Традесканция) и маленькие ростки Chlorophytum (Хлорофитум).

Поливать надо всего 1-2 раза до запечатывания.

Прекрасная замкнутая экосистема , которая сможет существовать до тех пор, пока есть солнечный свет. Даже если вся жизнь на планете вымрет.

А вот и видео с героем, где он рассказывает о том, как все это получилось и показывает свою экосистему.

В замкнутых экосистемах любые отходы жизнедеятельности одного биологического вида должны быть утилизированы как минимум одним другим видом. Следовательно, если преследуются цель поддержания жизни человека, то все отходы жизнедеятельности человека должны быть в конечном итоге преобразованы в кислород , пищу и воду.

Замкнутая экосистема обязана иметь в своём составе как минимум один аутотрофный организм . Несмотря на то, что использование хемитотрофов также имеет потенциал, на данный момент практически все замкнутые экосистемы основаны на фототрофах, таких как зелёные водоросли .

Примеры

Крупный масштаб

Средний масштаб

Малый масштаб

См. также

Напишите отзыв о статье "Замкнутая экосистема"

Примечания

Ссылки

Статья в журнале Make Magazine

Отрывок, характеризующий Замкнутая экосистема

– Господин адъютант, – прокричал он, – прикажите, чтобы не толпились. – Адъютант, исполнив приказание, подходил к князю Андрею. С другой стороны подъехал верхом командир батальона.
– Берегись! – послышался испуганный крик солдата, и, как свистящая на быстром полете, приседающая на землю птичка, в двух шагах от князя Андрея, подле лошади батальонного командира, негромко шлепнулась граната. Лошадь первая, не спрашивая того, хорошо или дурно было высказывать страх, фыркнула, взвилась, чуть не сронив майора, и отскакала в сторону. Ужас лошади сообщился людям.
– Ложись! – крикнул голос адъютанта, прилегшего к земле. Князь Андрей стоял в нерешительности. Граната, как волчок, дымясь, вертелась между ним и лежащим адъютантом, на краю пашни и луга, подле куста полыни.
«Неужели это смерть? – думал князь Андрей, совершенно новым, завистливым взглядом глядя на траву, на полынь и на струйку дыма, вьющуюся от вертящегося черного мячика. – Я не могу, я не хочу умереть, я люблю жизнь, люблю эту траву, землю, воздух… – Он думал это и вместе с тем помнил о том, что на него смотрят.
– Стыдно, господин офицер! – сказал он адъютанту. – Какой… – он не договорил. В одно и то же время послышался взрыв, свист осколков как бы разбитой рамы, душный запах пороха – и князь Андрей рванулся в сторону и, подняв кверху руку, упал на грудь.
Несколько офицеров подбежало к нему. С правой стороны живота расходилось по траве большое пятно крови.
Вызванные ополченцы с носилками остановились позади офицеров. Князь Андрей лежал на груди, опустившись лицом до травы, и, тяжело, всхрапывая, дышал.
– Ну что стали, подходи!
Мужики подошли и взяли его за плечи и ноги, но он жалобно застонал, и мужики, переглянувшись, опять отпустили его.
– Берись, клади, всё одно! – крикнул чей то голос. Его другой раз взяли за плечи и положили на носилки.

C лайд 1.

Здравствуйте!

Я- Кашпура Алексей, ученик 3 «Г» класса представляю Вам проект «Искусственная экосистема в банке на окне».

Слайд 2.

Однажды в газете я увидел фотографию и заметку к ней, в которой говорилось о том, что Уникальную экосистему придумал британец Дэвид ЛАТИМЕР.

В 1963 году растениевод поместил в 10-литровую бутыль немного компоста и осторожно опустил туда побег традесканции. В 1972 году Дэвид Латимер в последний раз оросил водой листочки, после чего наглухо забил бутыль пробкой. Шли годы, но растение не погибло - продолжало зеленеть и выбрасывать новые побеги. Время от времени английский пенсионер поворачивал бутыль к свету, чтобы обеспечить доступ солнечных лучей ко всем частям буйной поросли.

Таким образом, традесканция, лишенная воды и кислорода, создала собственную экосистему: солнечный свет использовался ею для фотосинтеза, а опавшие листья, гниющие на дне бутыли, образовывали диоксид углерода, необходимый для роста. Это блестящий пример идеального жизненного цикла и отличный опыт для космонавтики и дальних космических полётов.

Мне захотелось проверить, хотя бы частично, возможно ли создать подобную экосистему самому.

Слайд 3.

Я поставил перед собой вопрос:

Есть ли необходимость в изучении такого рода экосистемы?

Предположил, что изучение разного вида экосистем – дорога в будущее развитие космоса.

Слайд 4.

Цели и задачи на слайде.

Слайд 5.

Разработал механизм реализации проекта (на слайде).

Слайды 6

Первым делом я узнал, что такое экосистема, так как в третьем классе мы это еще не проходим.

Ввёл понятие экосистемы английский учёный А. Тенсли. Позже известные всему миру ученые Юджин Одум, Владимир Сукачев и другие дадут подробную информацию об этом. Но если говорить простым языком, то экосистема – это определённая среда обитания, образованная живыми организмами. Это может быть почва, атмосфера, лужа и даже целый океан - естественные экосистемы. В рамках экосистемы осуществляется полный цикл, начиная с создания органического вещества и заканчивая его разложением на неорганические составляющие.

Но создать искусственную экосистему труднее, нужно знать многие экологические закономерности.

Слайды 7, 8, 9, 10.

Я решил, если и не повторить опыт Латимера, то в течение года попробовать создать подобную искусственную экосистему в банке.

Начал работу в июне. Н ашел большую банку, насыпал туда компоста, посадил белоцветковую традесканцию.

Ежедневно наблюдал за ее ростом. Раз в неделю поливал.

С августа поливал раз в две недели.

С начала учебного года перевез банку с дачи домой, поставил в двух метрах от окна на северной стороне. Сократился доступ света. Но традесканция не погибла , а продолжала расти.

Слайд 11.

В конце октября я завязал горло банки двумя слоями пленки, сверху обмотал бумагой – пусть постепенно привыкает к ограниченному поступлению воздуха и перестал ее поливать. Латимер это сделал после 10 лет жизни растения, у меня опыт кратковременный, поэтому я решил начать подготовку к закупориванию банки через пять месяцев.

Слайд 12.

Интересно было наблюдать, как менялась жизнь растения после этого.

Для контраста в обыкновенной трехлитровой банке я тоже посадил растение, но не закрыл ее. Растение продолжало тянуться вверх, к свету.

Слайды 13-14.

А в закрытой банке рост вверх прекратился, появились воздушные корни, множество боковых побегов.

Слайд 15.

Если растение в открытой банке мы поливали, то в закрытой – нет. На листьях и стенках закрытой банки можно было видеть капли воды. Шло испарение.

Слайд 16.

Некоторые листья гнили, опадали на почву.

Слайд 17.

В феврале горлышко банки обмотали четырьмя слоями пленки, почти законсервировали. Забить деревянной пробкой я побоялся, так как растение живет всего 8 месяцев, а не 10 лет, как у Латимера!

Итак: растение не получает извне воду, кислород. И лишь неяркий свет попадает на растение.

Оно продолжает расти. Возможно, зацветет.

Слайд 18.

Вывод: Конечно, такую экосистему нельзя назвать замкнутой, так как стекло пропускает свет, а значит - энергию, к растению.

Но, в банке, я считаю, создалась собственная мини-экосистема. Растение получает немного света, благодаря чему возможен процесс фотосинтеза. Цикл фотосинтеза ( это образование органических веществ из углекислого газа и воды, на свету, с выделением кислорода) играет решающую роль в выживании традесканции, перерабатывающей питательные вещества, которые растение само же и создает. Старые листья растения падают на дно бутыли и перегнивают. Собственный перегной традесканция использует в качестве почвы. В процессе гниения выделяется кислород, который растение перерабатывает в углекислый газ. Вода постоянно высыхает и оседает на стенках бутыли, в результате чего растение не испытывает потребности во влаге. Изолированной экосистеме необходим солнечный свет. Это – единственное, чем она не может себя обеспечить.

Слайд 19.

Может ли использоваться на космическом корабле экосистема, созданная по этой модели?

Такой удивительный, практически идеальный цикл жизни уже давно заинтересовал НАСА (NASA), ведомство, принадлежащее федеральному правительству США, которое разрабатывает программу использования и адаптации растений в космосе. Некоторые виды растений работают как прекрасные скрубберы (очистители), способные забирать загрязняющие вещества из воздуха. Если научиться выращивать и транспортировать растения, снабжая их лишь светом, (а он на корабле есть) можно существенно сократить затраты на питание космонавтов. Кроме того, в космосе растения необходимы для переработки двуокиси углерода в кислород и очистки воздуха. Все это позволит космической станции фактически превратиться в самоподдерживающуюся систему.

Слайд 20.

Если кого то заинтересовала эта работа, то можете попробовать создать свою экосистему. Например: в аквариуме или можно посадить в банку денежное дерево и закрыть полиэтиленовой крышкой.

Запаянные аквариумы со своей экосистемой участвовали в экспериментах американского «Шаттла» и Российской космической станции «Мир».

Слайд 21.

Земля еще длительное время в состоянии обеспечить живущих на ней всем необходимым, если человечество более рационально и бережно будет расходовать ресурсы планеты, экологически грамотно решать вопросы преобразования природы, исключит гонку вооружений и покончит с ядерным оружием.

В то же время специалисты считают, что применение искусственных экосистем будут неизбежны в составе будущих крупных космических поселений, лунных, планетных и межпланетных баз и других удаленных внеземных сооружений.

Слайд 22

“Природа, милая тебе одной я внемлю, Ты подарила мне и небеса, и Землю. И их помощником я буду век за веком, Лишь оттого, что я родился человеком!”

Спасибо за внимание.