¿Qué tan grande debe ser un terrario para ser autosuficiente?

Leí hace algún tiempo sobre los terrarios (singular: terrario), que son básicamente pequeños ecosistemas de plantas, aislados del mundo exterior (solo obtienen energía del exterior, no agua ni oxígeno). La pregunta es qué tan grande debe ser un terrario de este tipo para soportar a un ser humano, suponiendo que tenga una fuente de energía infinita y la tecnología actual.

Dada la tecnología disponible, es posible crear un ambiente artificial, donde se controla la temperatura y la humedad. Creo que incluso la composición del aire se puede controlar hasta cierto punto, teniendo algunas plantas de separación de aire y agregando algunos gases para aumentar su concentración. Además, el agua no es un problema, ya que existen entornos artificiales donde se recicla el agua (como la Estación Espacial Internacional).

Entonces quedan 2 problemas: el oxígeno y la comida. Creo que la principal fuente de alimento deberían ser las plantas. Un buen efecto secundario de las plantas en crecimiento es que generan oxígeno. En realidad, si producen suficiente alimento, producen suficiente oxígeno. Pero, ¿qué tipo de plantas y cuántas plantas se deben cosechar para producir suficiente alimento y oxígeno para un hombre?

Como límite inferior, la Biosfera 2 resultó muy difícil de equilibrar.
¿Autosuficiente por cuánto tiempo? La respuesta será diferente por años y por millones de años.
Digamos autosuficiente durante toda la vida (50-100 años). Y supongamos que el equipo no se romperá, por lo que no es necesario producir piezas nuevas. Entonces, la principal preocupación es crear una biosfera artificial que pueda sustentar a un ser humano.
No es una respuesta, pero un terrario para una sola persona probablemente volvería loca a la gran mayoría de la humanidad.
Una gran pregunta es la energía. Todo lo demás se puede solucionar con energía, pero ¿de dónde sale eso? ¿Está esto en un planeta similar a la Tierra con luz solar? ¿Tienes que retransmitir las pilas? Puedo manejar todo en menos espacio si estoy aprovechando una gran fuente de energía almacenada, entonces si tengo que extenderla para obtener toda mi energía de la luz solar, que es energía limitada / pie. También como Bowlturner dijo que estaría loco dentro de un mes o dos (bueno, ya estoy loco, pero ese es un tema diferente).
Creo que uno de los mayores problemas que probablemente enfrentará un sistema como este serían los microbios invasivos y las enfermedades. Es difícil mantener incluso una nave espacial completamente limpia, de ahí la necesidad de verificar dos veces los compuestos orgánicos recientes encontrados por el rover Curiosity. Con poblaciones subsostenibles en un terrario de tamaño razonable, cualquier enfermedad en cualquier especie, ya sea genética o infecciosa, sería potencialmente catastrófica. Ver también: snre.umich.edu/~dallan/nre220/outline12.htm
La energía es de hecho una gran preocupación en un sistema real como este pero, en aras de la simplicidad, supongamos que tiene un cable con potencia infinita. El objetivo de la pregunta era determinar el tamaño de la biosfera, no el tamaño del equipo necesario para ayudarla a mantenerse, aunque soy consciente del hecho de que se requiere mucho equipo.
@bowlturner - Volverse loco no excluye la supervivencia. Y si la persona está sola, ¿quién se va a dar cuenta?
¡Solo una observación, por eso es un comentario, no una respuesta! ;)
@bowlturner Lo admito, lol'd.
Un elemento notable en la lista de tareas pendientes sería dar cuenta de los productos de desecho (gases, especialmente) que se acumulan debido a una menor variedad de organismos y fenómenos geológicos.
define autosostenible, ¿los organismos internos necesitan mantener una población reproductora?
@John autosuficiente, lo que significa que no hay suministro externo, excepto energía. Sería interesante ver el impacto de una población a largo plazo, pero no necesariamente en crecimiento (es decir, apuntar a tener una población constante de aproximadamente n individuos, teniendo en cuenta el envejecimiento y planificando la reproducción en consecuencia para optimizar los recursos).

Respuestas (3)

Problema 1: Comida

Este es el principal factor que contribuye al tamaño de la biosfera. Los seres humanos necesitan consumir alrededor de 2250 calorías por día (en promedio entre hombres y mujeres) para mantenerse, y más si están haciendo trabajo físico. 2.250 cal = 10.460 julios (o 10,46 kJ), pero eso no es muy útil. Más útil: 100g de patata (en cualquier forma) = 77cal. Una papa mediana ( definida por Google a través del USDA como 213 g ) contiene 163 calorías. Si vives solo de papas, necesitarás:

2 , 250 ÷ 163 = 13.80 ≈ 14  patatas/día
= 14 × 365 = 5110  patatas/año

Son muchas papas. Como puede ver aquí , las papas se pueden plantar de marzo a mayo y cosechar de junio a octubre. Siempre puedes plantar varios cultivos para cosecharlos en diferentes momentos.

El mismo sitio web que se vinculó anteriormente dice que las papas deben plantarse a unos 30 cm de distancia. Suponiendo que siga esta guía, entonces necesitará:

5110 × 30 = 153300 cm = 1533.00 metro

para todas tus papas en una fila. Sin embargo, puede plantar en varias filas para ahorrar espacio:

1533 ÷ 50 = 30.66 m de longitud
50 × 0.3 metro = 15 ancho
30.66 × 15 = 459.9 metro 2

Entonces, para sobrevivir con papas durante un año, necesitará 460 metros cuadrados de espacio en la biosfera. Sin embargo, tenga en cuenta que

  • No querrás sobrevivir con papas durante un año, por lo que necesitarás más tierra para otros alimentos;
  • Si te quedas con las papas, no puedes plantarlas en el mismo lugar en años consecutivos, así que duplica la tierra requerida (920 metros cuadrados)
  • Las papas pueden no ser la mejor planta. Dicho esto, en algunos cálculos rápidos, las zanahorias requerirían alrededor de 140 metros cuadrados menos de tierra para el mismo cultivo. Sin embargo, las zanahorias tienen menos contenido calórico por unidad (41 por zanahoria mediana), por lo que necesitarías más. Cultivar trigo, aunque es más eficiente en cuanto al espacio, requiere trabajo después de que se haya cosechado y otros ingredientes para llevarlo a un estado comestible.

Problema 2: Oxígeno

Veo dos opciones. Puedes filtrar el aire exterior o cultivar muchas plantas.
Filtre el aire exterior
Si está asumiendo la tecnología actual, necesita algunas unidades de filtrado costosas y que ocupan poco espacio. Si tiene tecnología avanzada, entonces las paredes de su biosfera pueden ser filtros, pero me ceñiré a la tecnología actual. Este sitio tiene una muy buena explicación de los requerimientos de oxígeno de un ser humano promedio. Resumir:

8,3 pies 2 de aire por adulto durante 5 horas (con un techo de 8 pies)

Sin embargo, esto es un mínimo indispensable. Si el tamaño es mucho menor, no durará 5 horas. La recomendación de FEMA es de 10 pies 2 por adulto durante 5 horas. Dado que el aire es 21% de oxígeno, esto viene a ser 8.3 × 0.21 = 1.74 metros cuadrados durante 5 horas. Usando números más apropiados, esto es 1.74 × 8 = 13.92 pies cúbicos durante 5 horas, y 13.92 ÷ 5 = 2.78 pies cúbicos por hora. Eso suena como un número bastante razonable: ¿qué salida necesitarías?

( 2.78 ÷ 21 ) × 100 = 13.23

Esta línea muestra que 2,78 pies cúbicos por hora de oxígeno equivalen a 13,23 pies cúbicos por hora de aire normal.

( 13.23 ÷ 60 ) ÷ 60 = 0.003675

Esta es la cantidad de aire que su concentrador necesita tomar por segundo para mantenerlo con vida. Esa es una cifra perfectamente buena: dado que muchos ventiladores domésticos pueden mover alrededor de 2 pies cúbicos de aire por segundo, un ventilador comercial en un concentrador no tendrá problemas. Una unidad capaz de hacer esto ocupa menos de 1 metro cuadrado.

Cultiva muchas plantas
Según la NASA , el ser humano promedio necesita 0,84 kg de oxígeno por día para sobrevivir. Esto puede ser producido por plantas de cualquier tamaño, pero el requisito de espacio cambia dependiendo. Por ejemplo, un árbol maduro de hoja ancha, como un roble, produce de 10 a 15 kg de oxígeno por día, suficiente para mantener a un ser humano. Sin embargo, puede ocupar fácilmente 20 metros cuadrados de espacio y alcanzar hasta 30 m de altura. Las plantas más pequeñas pueden ser más fáciles: dado que producen menos oxígeno, puede usar un número más exacto para producir más cerca de la cantidad correcta de oxígeno por día, ahorrando espacio. Sin embargo, tenga en cuenta que un ser humano que hace ejercicio usa mucho más oxígeno, hasta 7 kg por día.

La manera realmente fácil es simplemente aspirar aire del exterior. Sin embargo, es posible que esto no sea posible, por lo que su mejor opción probablemente sea el filtro, ya que ocupa el menor espacio.

+1 para definir los requisitos calóricos humanos en papas. Para alimentar a 1000 humanos en un día, necesitas un kilotater, 1,000,000 de humanos, megatater.
Si bien me gusta la parte 1 de la respuesta (y los números parecen ajustarse a una búsqueda rápida en Internet, suponiendo buenos rendimientos de su planta), pero: usar aire del exterior realmente no califica como autosuficiente. El número (200 plantas) es realmente difícil de ser útil ya que podría ser de cualquier tamaño. Encontré: consumo humano de oxígeno de 0,5 a 2 kg/día. Un árbol de hoja ancha de tamaño mediano y suficientemente envejecido produce de 10 a 15 kg/día (de nuevo, dependiendo en gran medida de una multitud de factores, tamaño, humedad, insolación, etc.).
Buena respuesta. Sin embargo, mi pregunta inicial supuso que no se puede obtener nada del exterior, excepto energía en forma de electricidad. Así que filtrar el aire no es una opción. Sin embargo, si cultivas suficientes plantas para producir suficientes alimentos para comer, ¿no deberían generar la cantidad necesaria de oxígeno? Absorben todo el CO2 que generas al respirar. Además, si bien sus cálculos son muy interesantes, ¿es la papa la mejor planta? ¿No hay otras plantas que crezcan más rápido y que se puedan consumir en mayor proporción que una patata?
@ Paul92 Tengo que admitir que lo escribí con un poco de prisa, así que no he mirado otras plantas. Actualizaré esto mañana.
@Ghanima Estaba asumiendo plantas pequeñas. Como digo, actualizaré mañana.
@ Paul92 Actualizado.
Sobre el oxígeno producido por las plantas, hay un pequeño problema. En muchos lugares encontré la cantidad de oxígeno que generan las plantas, como dijiste. Sin embargo, una parte de esa planta se pudrirá (especialmente las hojas), un proceso que genera CO2 y consume oxígeno. Entonces, ¿cuál es la cantidad de oxígeno generado por un árbol de este tipo utilizable por un humano, considerando el oxígeno consumido por la descomposición?
@ Paul92 He omitido deliberadamente esa parte porque hace tan poca diferencia que no afectaría a la biosfera. El oxígeno utilizado en la descomposición se reemplaza cientos de veces por las hojas restantes y la materia vegetal, y las hojas nuevas crecen lo suficientemente rápido como para que la pérdida sea insignificante. El porcentaje de oxígeno producido que es utilizable por los humanos supera con creces el 99%.

Biosphere 2 tuvo algunos problemas porque no tuvo en cuenta el efecto de calentamiento y enfriamiento en el aire. Necesita una vejiga grande para manejar las diferencias de presión si no está calentando y enfriando la cosa con maquinaria (lo que probablemente alterará los ciclos de sus plantas)

El oxígeno no es un problema, si tienes luz artificial y agua. Simplemente bombee su CO2 y habrá suficientes esporas de algas/lo que sea en el aire (a menos que haya tratado el aire antes de bombearlo) para colonizar esa agua y producir algo de O2

De hecho, los humanos pueden comer algas. Pero, yeech (es decir: el aburrimiento dietético puede llevar a negarse a comer/falta de interés en la comida/falta de ganas de vivir. Relacionado: disfagia). El mayor problema será obtener los aminoácidos correctos (los humanos no producen todo lo que necesitan) y los oligoelementos (que pueden o no ser factibles con microplantas). Necesitarás desarrollar algunas cosas para ciclarlas. Pero sí, junta algunas plantas. Si tiene suficiente maquinaria y mucho menos cuidado del ser humano, probablemente podría armar algo del tamaño de la habitación (tamaño total), y guardarlos en una cápsula de gel a la Matrix y bombear los fluidos y gases a través de su bolsa de carne, reciclándola con plantas y luz solar/artificial - o con grandes cantidades de energía y maquinaria química (nano) (es decir: el resto de un 10x10x10). Mejor apuesta,

La acuaponía le dará deliciosos pescados (tal vez camarones) y plantas para comer, y compostará su estiércol (después de esterilizarlo; sin contaminación por e.coli) y lo arrojará de vuelta al sistema.

Si no quiere desconectar el cerebro de su humano, necesitará un poco de realidad virtual y un caminante infinito. Y tal vez algún espacio serio para que deambulen. Todavía es probable que tenga claustrofilia o síndrome del tigre enjaulado cuando intente eliminarlos más tarde.

¿Por qué necesitas que tus humanos se pongan en espera? ¿Por qué no estasis? ¿O la criogenia? ¿O bancos de espermatozoides?

Desafortunadamente, a nadie se le puede decir qué es Matrix.

Mira el tamaño de la Biosfera 2 . Fracasó en sostener la vida humana indefinidamente, pero aprendieron mucho de él. Revise eso y encuentre problemas que son errores de planificación/construcción de una sola vez (por ejemplo, el curado del concreto usa oxígeno), cosas que podrían hacerse mejor una vez que sepa cómo hacerlo y (la parte interesante) lo que fundamentalmente no funcionó debido a la ¿escala?

¿Qué tan grande debe ser un terrario para ser autosuficiente?
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