Бутылке с вербейником монетным сегодня исполнилось 2 года и 6 месяцев. В этом посте расскажу про результаты установки датчика углекислого газа.
Сейчас бутылка выглядит так:
2,5 года бутылке
Внутри бутылки - черный датчик термогигрометра, пузырёк с жидкостным индикатором углекислого газа, а также трубка для вывода газа из бутылки на ИК-датчик.
Общий вид системы приведен на фото ниже. Трубка выходит из бутылки и уходит вверх к датчику СО2. Такая конструкция (по совету @B0MBAstic,) сделана для того, чтобы уменьшить попадание конденсата внутрь датчика. На сегодняшнем фото видно, что концентрация СО2 в бутылке высокая (красный индикатор в верхнем левом углу). Также видно, что жидкостной индикатор зеленого цвета.
А вот фото двухнедельной давности. Тут индикатор зеленый, а жидкость внутри - синего цвета.
Жидкостной индикатор был установлен в банку в сентябре, и я в течение двух месяцев наблюдала за изменениями цвета индикаторной жидкости. Обычно жидкостной индикатор используется в аквариумах.
Результаты моих измерений приведены на графиках ниже. Красная линия - результаты измерений за последние две недели. Синий пунктир - результаты наблюдений с сентября и до начала зимы.
Декабрьские и сентябрьские данные получились очень похожими, даже "ступенька" на графике обнаружилась примерно в том же месте, на 5-7 день после герметизации.
Вопреки прогнозам в комментариях, жидкость за 2 месяца осталась рабочей. Когда я открыла банку для установки датчика углекислого газа, пузырёк с жидкостным индикатором посинел (в случае порчи жидкости он должен был остаться зеленым). Но я все равно заменила жидкость на свежую. Теперь мне известно, что 2 месяца в моей системе она спокойно сохраняет работоспособность.
Про датчик СО2 Даджет.
Сначала - несколько фотографий с его устройством и подключением.
1/3
Температура в бутылке всегда на 1...1.5 градуса выше, чем на подоконнике
Результаты измерений мне не особо понравились. Пока жидкость была сине-зеленой, показания Даджета не сильно отличались от контрольных комнатных (так и должно было быть). А вот когда концентрация углекислоты в бутылке выросла, начались проблемы.
В инструкции к прибору сказано, что он измеряет до 3000 ppm, но по факту я не видела на табло значений выше 1500 ppm. А на 12-ый день измерений прибор резко ушёл за пределы измерительной шкалы (т.е. за 3000 ppm, если верить инструкции). Но значений в интервале 1500-2999 я вообще не наблюдала, хотя цвет жидкости менялся плавно.
Единственное, что удалось мне зарегистрировать - небольшой подъем концентрации CO2 в бутылке в обеденное время. Утром ниже, вечером тоже ниже, а вот в обед - есть намёк на подъем.
По горизонтали - часы (время дня), по вертикали - ppm
Начиная со вчерашнего дня Даджет вообще ничего не измеряет. Просто пишет "Hi", что означает зашкаливание. Кстати, вчера к вечеру зашкал ушёл - ниже привожу график, который включает и вчерашний день тоже. Такое впечатление, что в инструкции к прибору ошибка, и он зашкаливает не на 3000 ppm, а на 1500 ppm.
По горизонтали - часы (время дня), по вертикали - ppm
Подводя итоги первых двух недель измерений, я думаю, что жидкостной индикатор для моей системы подходит больше. Ну или нужен очень дорогой и хороший ИК-датчик (хотя и Даджет 3к+ стоил, что не совсем копейки).
По общему состоянию бутылки ничего необычного сказать не могу. Сейчас зима, короткий световой день. Вербейник почти не растет, появилось немного плесени. Но в целом зелени много, молодые побеги есть. Будем ждать весны :)
Интерьер бутылки крупным планом
На сегодня всё, следующий пост про мои банки выйдет сильно после новогодних праздников.
За все 3 месяца я ее ни разу не открывала, не поливала и ничего не сажала. Стоит она у меня просто в уголочке, недалеко от подоконника.
Выжили в условиях вечного парника не только лишь все, некоторые нас покинули. С нами осталась Пилея мелколистная, Селагинелла Унцината и немного Роталы.
Лучше всего себя чувствует Селагинелла унцината, даже иризация появилась (голубоватое сияние)
В целом, эксперимент можно считать удачным, бОльшая часть растений выжила и даже начала постепенно осваивать пространство.
Посмотрим, что будет через полгода-год
Всем бобра и счастливых растений, которые не подвергаются суровым экспериментам 🫶🏻
Моей лесной банке уже 6 месяцев. Приближается самый короткий день в году: света мало, поэтому у растений сейчас подобие теплой зимы. Температура на подоконнике примерно 18 градусов, вместо летних 25-27.
Сейчас полугодовалая банка выглядит так.
Как себя чувствуют растения?
1. Копытень. Старые листья еще не отмерли, зато начал пробиваться молодой побег. Это радует.
Молодой лист копытня
2. Кислица. Её рост остановился, но не погибает. Листья в основном зеленые. К слову, в моей первой бутылке кислица погибла в ноябре, а тут ничего, растёт. Надеюсь, до весны доживет.
3. Мхи - чувствуют себя неважно, на теневой стороне погибли, на светлой еще живы, но вытянулись.
4. Папоротник пузырник ломкий - начал потихоньку отмирать, многие листья пожелтели и завяли. Что ж, зима.
Жёлтый лист папоротника
5, 6 и 7. Ландыш, земляника и манжетка - сбросили все листья, теперь остается только гадать, вырастут они весной или нет.
8. Злаковая трава - не растёт, потихоньку желтеет, ждёт весны)
Тем временем, живность в банке не дремлет. Постоянно вижу больших и маленьких мокриц, а недавно смогла заснять крупного дождевого червя.
Вкратце, в банку вместе с почвой из леса попали мокрицы, дождевые черви, ногохвостки, кивсяки, геофилы, маленькие улитки и слизни. Все хорошо себя чувствуют, периодически вижу весь этот зоопарк) Фото - в посте по ссылке выше.
Ещё есть новости по второй банке-бутылке. Точнее, по первой, которой уже два с половиной года. В конце прошлой недели я доделала систему мониторинга углекислого газа внутри бутыли. Вроде работает) Подробнее расскажу на следующей неделе, когда наберутся данные для анализа) А вот про лесную банку следующий пост выйдет уже в новом году)
Банки с измерителем уровня СО2
За банками сейчас наблюдать немного скучно - разгар световой зимы, у всех растений период покоя. Поэтому в ближайшие месяцы остается только наблюдать за мокрицами, червяками и ждать весны :) Тут вот еще крокусы посадила, в холодильнике сейчас стоят у меня)
В 1961 году в московском Институте медико-биологических проблем Евгений Шепелев стал первым человеком, который провёл сутки в замкнутой экосистеме. Его жизнь зависела от тридцати литров зелёной водоросли хлореллы в стеклянной ёмкости. Водоросли поглощали углекислый газ, который он выдыхал, и возвращали кислород. Двадцать четыре часа — и Шепелев вышел из камеры под аплодисменты коллег. Несколько минут спустя он импульсивно вернулся — и едва не задохнулся от зловония.
Хлорелла исправно перерабатывала углекислоту в кислород. Но сотни других газов — от метана до аммиака — накапливались в воздухе. Внутри камеры Шепелев привык к запаху, как лягушка в медленно нагревающейся воде. Снаружи его нос мгновенно почувствовал правду: замкнутая экосистема — это не только химия дыхания. Это тысячи взаимодействий, которые невозможно предсказать.
Семь десятилетий спустя мы всё ещё учимся этому уроку. От секретных сибирских лабораторий холодной войны до стеклянного дворца в аризонской пустыне, от барселонских биореакторов до пекинских «лунных дворцов» — история замкнутых экосистем читается как хроника амбиций, провалов и упрямого прогресса. И сейчас, когда человечество всерьёз обсуждает колонизацию Марса, эта история становится практическим руководством.
Секретный бункер в Красноярске.
В академгородке Красноярска, куда иностранцам въезд был запрещён до 1991 года, советские учёные строили будущее космических колоний. BIOS-3 — подземная стальная конструкция объёмом 315 кубических метров — стала самой успешной закрытой экосистемой XX века. Строительство началось в 1965 году, а в 1972-м Иосиф Гительзон и его команда провели первые пилотируемые эксперименты.
Установка делилась на четыре отсека: жилой модуль с тремя каютами, кухней и санузлом; два фитотрона для выращивания пшеницы и овощей; и культиватор хлореллы. Двадцать ксеноновых ламп по 6 киловатт каждая имитировали солнечный свет. Электричество поступало от соседней гидроэлектростанции — единственная связь с внешним миром.
С 1972 по 1984 год BIOS-3 принял десять экспериментов с экипажами от одного до трёх человек. Самый длительный продолжался 180 дней — полгода трое учёных жили внутри стальной капсулы, питаясь выращенной пшеницей, овощами и привезёнными мясными консервами. Система достигала 95 процентов замкнутости по воде. Один человек требовал восемь квадратных метров водорослей для дыхания. Во время одного из экспериментов случайно попавшее в систему семя проросло и превратилось в крепкий берёзовый саженец под искусственным солнцем — позже его ствол разрезали на сувениры.
Гительзон сформулировал правило, которое десятилетия спустя повторяли создатели Biosphere 2: «Помните золотое правило закрытых систем: жизнь надёжна, а на технологии можно полагаться только в том, что они сломаются».
Схема биос-3.
Стеклянный дворец в пустыне.
Biosphere 2 задумывался как советский BIOS-3, увеличенный в сотни раз. В 1991 году в аризонской пустыне завершилось строительство крупнейшей закрытой экосистемы в истории — 1,27 гектара под стеклом, пять биомов от тропического леса до пустыни, собственный океан с коралловым рифом. Восемь добровольцев вошли внутрь 26 сентября 1991 года, чтобы провести там два года.
Проблемы начались почти сразу. Необычно облачная зима 1991-92 годов ограничила фотосинтез, и урожаи оказались меньше запланированных. Экипаж голодал, потеряв в среднем по 16 процентов веса. Но главная катастрофа развивалась незаметно. Через год после начала эксперимента содержание кислорода упало с 21 до 14 процентов — как на вершине четырёхтысячника. Люди едва могли подняться по лестнице. Врач экипажа Рой Уолфорд не мог выполнить простые арифметические действия.
Управляющие приняли решение закачать кислород извне. Пресса объявила эксперимент провалом. Но настоящее открытие пришло позже, когда геохимики из Колумбийского университета выяснили, куда исчез кислород. Микробы в почве — богатой компостом и торфом для ускорения роста растений — перерабатывали органику с огромной скоростью, выделяя углекислый газ. Растения должны были поглощать его и возвращать кислород. Но углекислота находила другой путь: она реагировала с бетоном стен, превращая его в карбонат кальция и необратимо связывая кислород. Внутренняя поверхность бетона содержала в десять раз больше карбоната, чем внешняя.
76 процентов видов животных вымерли. Тараканы и муравьи размножились неконтролируемо. Все опылители погибли, и растения пришлось опылять вручную. Но провал Biosphere 2 дал больше знаний о закрытых экосистемах, чем успех мог бы дать. Главный урок: в замкнутой системе нет мелочей.
Biosphere 2.
Лунные дворцы и барселонские биореакторы.
После распада СССР BIOS-3 вошёл в Международный центр закрытых экосистем и начал сотрудничать с западными агентствами. Европейское космическое агентство запустило проект MELiSSA в 1989 году — амбициозную попытку создать полностью замкнутую систему жизнеобеспечения для полётов к Марсу. Тридцать организаций из дести стран работают над пятью связанными биореакторами: микробные камеры перерабатывают отходы, цианобактерии регенерируют воздух, высшие растения производят пищу и кислород. Пилотная установка открылась в Барселоне в 2009 году. Пока экипаж заменяют крысы.
Китай пошёл дальше всех. В 2014 году в Пекинском университете аэронавтики и астронавтики заработал «Лунный дворец» — Yuegong-1. Первый эксперимент длился 105 дней: три человека жили в 160 квадратных метрах, выращивая пшеницу, кукурузу, сою и пятнадцать видов овощей. Главным источником белка служили жёлтые мучные черви — те самые, которых в Европе продают как корм для рептилий.
В мае 2017 года начался эксперимент Yuegong-365. Восемь добровольцев сменяли друг друга в течение 370 дней — мировой рекорд продолжительности жизни в замкнутой экосистеме. Система достигла 98 процентов замкнутости — против 82 процентов у советского BIOS-3 и 78 процентов у американских аналогов. В 2018 году добровольцы вышли с охапками выращенных овощей под камеры китайского телевидения.
То самое фото.
Люцерна как пионер.
В августе 2022 года журнал PLOS ONE опубликовал исследование, которое началось с проекта старшеклассницы из Айовы. Пуджа Касивишванатан задалась вопросом: можно ли вырастить пищу в марсианском грунте без удобрений с Земли? Её научные руководители из Университета штата Айова превратили школьный проект в полноценное исследование.
Марсианский реголит — это базальтовая пыль, выветренные остатки древних вулканов. На Земле вулканические почвы богаты питательными веществами. На Марсе — нет: реголит не содержит органического углерода, не удерживает воду и лишён азота, необходимого для роста растений. Вдобавок марсианская вода перенасыщена солью, а почва содержит перхлораты — токсичные соединения, смертельные для человека.
Типичная люцерна - а сколько потенциала!
Решение оказалось в растении, которое тысячелетиями служило кормом для скота. Люцерна — азотфиксатор: бактерии в её корнях захватывают азот из воздуха и превращают в органические соединения. Команда посадила люцерну в чистый базальтовый реголит без каких-либо добавок — и она выросла. Затем высушенную люцерну измельчили в порошок и использовали как удобрение. В обогащённом реголите выросли редис, репа и салат.
Воду опреснили цианобактерии — морская разновидность Synechococcus, та самая группа организмов, которая 2,4 миллиарда лет назад создала кислородную атмосферу Земли. Дополнительная фильтрация через базальтовые породы довела солёность до приемлемого уровня. Цикл замкнулся: цианобактерии опресняют воду, люцерна создаёт почву, овощи кормят астронавтов.
Типичная цианобактерия - а кто мы без нее?
Почему это важно.
От двадцати четырёх часов Шепелева до трёхсот семидесяти дней китайских добровольцев прошло пятьдесят семь лет. За это время мы научились многому: что бетон крадёт кислород, что тараканы переживут любую катастрофу, что мучные черви — приемлемый источник белка, что люцерна растёт в мёртвой пыли. Но главный урок остаётся тем же, который Шепелев получил, вернувшись в свою камеру: замкнутая экосистема — это не сумма отдельных процессов, а сеть связей, которую невозможно полностью просчитать.
Biosphere 2 провалился не потому, что его создатели были некомпетентны. Они просто не могли предвидеть, что бетон станет ловушкой для кислорода. BIOS-3 работал, но его масштаб — три человека на полгода — далёк от марсианской колонии. Lunar Palace 1 достиг рекордной замкнутости, но так и не решил проблему перхлоратов. MELiSSA разрабатывается тридцать пять лет и до сих пор не готов принять человека.
Колонизация Марса потребует системы, которая проработает годы без поставок с Земли. Мы до сих пор не построили ничего подобного. Но каждый эксперимент — от сибирского бункера до аризонского дворца — добавляет строчку в инструкцию, которую однажды прочтут первые марсианские фермеры. Они будут сажать люцерну в мёртвый реголит, опреснять воду цианобактериями и помнить золотое правило Гительзона: жизнь надёжна, а технологии ломаются.
Экосистемные принципы играют ключевую роль в формировании устойчивости экономических систем, поскольку они обеспечивают динамический баланс между различными компонентами, способствуют адаптивности и поддерживают долгосрочную жизнеспособность. Подобно природным экосистемам, экономические системы состоят из множества взаимосвязанных элементов, таких как производственные, финансовые и социальные структуры, которые взаимодействуют и обмениваются ресурсами. Эти взаимодействия формируют сложную сеть, где каждый узел влияет на общую стабильность и устойчивость системы.
Одним из важных экосистемных принципов является диверсификация, которая обеспечивает устойчивость к внешним и внутренним шокам. В экономическом контексте это проявляется через разнообразие отраслей, товаров и услуг, а также через гибкость трудовых ресурсов. Например, страны с более диверсифицированной экономикой, как правило, лучше справляются с глобальными кризисами, поскольку их экономическая структура менее уязвима к колебаниям в отдельных секторах.
Другой важный принцип – саморегуляция, которая позволяет системе адаптироваться к изменениям среды без внешнего вмешательства. В экономике это может выражаться в виде рыночных механизмов, таких как ценовые сигналы, которые способствуют перераспределению ресурсов в зависимости от спроса и предложения. Однако в условиях сильных дисбалансов необходимы корректирующие механизмы, аналогичные экологическим процессам восстановления равновесия, чтобы избежать коллапса.
Принципы потоков энергии и ресурсов также находят отражение в экономике. В природных системах устойчивость зависит от эффективности обмена энергией между организмами, что минимизирует потери и максимизирует продуктивность. Аналогично, в экономике устойчивые системы характеризуются эффективным использованием природных, человеческих и финансовых ресурсов. Современные подходы к циркулярной экономике и зелёным технологиям, например, стремятся сократить отходы и внедрить замкнутые циклы потребления и производства.
Наконец, важнейшим аспектом устойчивости является наличие резервных мощностей, или избыточности, которая позволяет системе выдерживать периоды стресса. Это может быть сравнимо с природными экосистемами, где биоразнообразие обеспечивает наличие альтернативных путей для выполнения критических функций. В экономике это отражается в поддержании финансовых резервов, стратегических запасов или инфраструктурных возможностей, которые позволяют оперативно реагировать на кризисы. Внедрение экосистемных принципов в управление экономическими системами способствует их долгосрочной устойчивости и способности адаптироваться к постоянно меняющимся условиям.
Растения в закупоренной бутылке — это флорариум, автономная экосистема, созданная в стеклянной емкости. Это достигается за счет поддержания внутри постоянной влажности, имитирующей тропический климат, где вода испаряется с листьев и стенок, затем конденсируется и возвращается к растениям. Для создания такого сада подходят влаголюбивые тропические растения, которые медленно растут и не требуют частого ухода.
Подходящие растения
Папоротники: Многие виды папоротников хорошо себя чувствуют в условиях высокой влажности.
Фиттония: Это растение с яркими листьями идеально подходит для влажной среды.
Солейролия: Также известна как "слезы младенца", она хорошо растет в герметичных флорариумах.
Мох: Живой мох отлично дополняет композицию и помогает поддерживать влажность.
Бегонии и плющи: Маленькие королевские бегонии с мелкими листьями и мелколистный плющ также подходят.
Важные правила
Влажность: Создается внутри бутылки. Если стенки сильно запотевают, нужно ненадолго снять пробку, а если конденсата нет — добавить воды.
Освещение: Поставьте флорариум в светлое место, но избегайте прямых солнечных лучей, которые могут вызвать ожоги у растений.
Полив: В закрытом флорариуме поливать нужно очень редко, так как вся необходимая влага остается внутри. Полив требуется только в случае, если влага не конденсируется на стенках.
Уход: Закупоренный флорариум — это практически самодостаточная экосистема. Растениям не требуется постоянный уход, кроме поддержания оптимального баланса влажности и освещения.
В мою бутылку осень не торопится приходить. В октябре вербейник монетчатый все еще не сбавил темп своего роста, а из-за уменьшения светового дня еще и вверх потянулся. Сейчас один из стебельков дорос до самой крышки бутыли.
Краткое содержание предыдущих серий:
В битве растений еще в начале этого лета победил вербейник монетчатый. Сейчас это единственное живое растение в бутыли.
Из животных в бутылке остались живые дождевые черви (как минимум один). Последний раз видела их летом, сейчас они как кот Шредингера - может, живы, может, померли, но достоверно узнать нельзя.
В начале сентября я начала мониторить состояние бутылочной атмосферы. Установила термогигрометр и жидкостной индикатор углекислого газа.
Подвешенная баночка, цвет которой позволяет оценить концентрацию СО2 внутри бутылки.
Видно, что начиная примерно с двух недель после начала измерений (читай, после герметичной закупорки бутыли) показания индикатора более-менее стабилизируются и лишь незначительно колеблются.
В ближайших планах - установить в бутыль нормальный датчик CO2 и попробовать откалибровать показания жидкостного индикатора в привычных ppm. Датчик Даджет мне подарили коллеги (им тоже интересно наблюдать за бутылкой, она у меня на работе стоит). Хотела его установить на днях, но до ноябрьских выходных уже не успеваю(( Надеюсь, к следующему посту всё получится успеть.
Планирующийся к установке датчик
По этой бутылке новостей больше нет. Вторая банка с лесными растениями жива-здорова. Маленькая мокрица оттуда всем передает привет с травинки)
1/2
Следующий пост будет про лесную банку, через две недели, как обычно)
Моей бутылке уже два с четвертью года. Сейчас она выглядит так:
Черный щуп на фото - термогигрометр. Подвешенная внутри бутылки баночка - измеритель концентрации углекислого газа. Подробнее об этих измерениях я расскажу чуть ниже.
Краткое содержание предыдущих серий:
В битве победил вербейник монетчатый. Сейчас это единственное живое растение в бутыли.
Из животных в бутылке остались живые дождевые черви (как минимум один). Последний раз видела их летом.
Бутылка хорошо провела лето - посвежела, растения хорошо выросли.
Месяц назад начала мониторить состояние бутылочной атмосферы. Установила термогигрометр и жидкостной индикатор углекислого газа.
Жидкость для примерной оценки уровня углекислого газа я подобрала в аквариумном магазине. Это оказался самый дешевый способ оценить концентрацию СО2 в бутылке. В аквариуме жидкость наливается в специальный стеклянный сосуд, как на фото:
Бромтимоловый синий в растворе меняет цвет в зависимости от концентрации CO2 в окружающем воздухе.
Для контроля рядом с бутылкой стоит такая же баночка, для оценки уровня CO2 в комнате.
Это фото было сделано пару недель назад
В комнате углекислого газа совсем немного, недостаточно для того, чтобы Бромтимоловый синий изменил цвет на зелёный. А вот в бутылке углекислого газа явно больше - индикатор всегда был более зеленым.
Измерения начались 21 день назад, и вот что у меня получилось на сегодняшний день. Я закодировала цвет жидкости числами от 1 до 15, чтобы можно было построить график.
В первые дни цвет жидкости внутри бутыли был синим и сине-зеленым. Также в первые дни были заметны суточные колебания концентрации углекислого газа (на графике выше это не отображено). Утром жидкость была более зеленой, а к вечеру немного синела.
Начиная с 5-го дня суточные колебания концентрации СО2 уже не были заметны. На второй неделе цвет жидкости становился всё более зеленым с каждым днём, и сейчас он постепенно склоняется к жёлтому цвету. Жидкость в контрольной баночке по-прежнему синяя, хоть и сильно испарилась за три недели.
Фото сделано сегодня
Теперь о показаниях термогигрометра. Влажность в бутылке всегда 99-100% и никогда не меняется. Температура внутри чуть выше, чем в комнате - примерно на 1-1.5 градуса. Давление воздуха в бутылке немного выше атмосферного.
В следующем месяце буду продолжать наблюдать за концентрацией углекислого газа. Предполагаю, что сильного роста в дальнейшем не будет - ведь выжили же как-то дождевые черви в прошлом году при схожих условиях.
Просто еще одно фото бутылки с другого ракурса
Следующий пост будет через две недели - про вторую лесную банку. Там всё хорошо:
Моя вторая банка с лесными растениями
Помимо профиля Пикабу, у меня есть ТГ-канал про творчество, досуг с детьми и занимательную науку. Пишу там, как и тут, для души, ничего не продаю) https://t.me/mom_and_kids_creative
