Биотерраформирование Венеры.

Венера близкая от земли планета, сравнимая с землей по массе и расстоянию до солнца. В общем у Венеры с землей много общего, она доступна и видимо была бы одной из первоочередных кандидатур на создание инопланетной базы.  
Но...
Атмосферные условия на этой планете делают ее практически непригодной для пребывания людей. И даже малопригодной для роботов и механизмов. Давление в сто атмосфер, у поверхности плотность воздуха в 50 раз выше чем на земле и соответствующая сила ветра, температура 470 градусов, в таких условиях работать сможет разве что танк с термостойкой электроникой.  
Из за "Адских" условий на поверхности этой планеты о ее колонизации в близкой перспективе не идет речи. Но вполне может идти речь о преобразовании условий на планете в глобальных масштабах, с тем чтобы сделать их более подходящими для людей - "Терраформировании".  
Для терраформинга Венеры, нужно изменить состав ее атмосферы, как то убрать из нее углекислый газ, составляющий 96% и вызывающий мощнейший парниковый эффект, из за которого на поверхности планеты температура в сотни градусов.  
Без углекислого газа, атмосфера Венеры станет сравнима с земной по плотности и составу. Без парникового эффекта вызванного толстым слоем почти чистой углекислоты, температура на поверхности будет сравнима с земной и будет вполне пригодна для обитания людей.
Если вести терраформинг атмосферы Венеры при помощи механизмов, это потребует затрат несовместимых с возможностями человечества на настоящем этапе, понадобятся мощности намного превышающие весь промышленный потенциал человечества. Но есть и менее затратный способ преобразования, при помощи микроорганизмов. На земле есть бактерии способные жить при температуре до ста градусов в присутствии серной кислоты. То есть условия в верхних слоях атмосферы Венеры для них вполне подходящие, там достаточно солнечного света для фотосинтеза,  есть вода и углерод в форме углекислого газа, должны быть и минеральные вещества в виде пыли.  
Методы генной инженерии позволяют создать "Летающие", например с пузырьками водорода, фотосинтезирующие бактерии или водоросли, адаптированные к условиям Венеры. На Венере нет биологической жизни, а значит нет и факторов препятствующих для размножения микроорганизмов. А при отсутствии препятствующих факторов молниеносно размножающиеся микробы способны быстро занимать глобальные пространства, тем более что они будут летающими. Микроорганизмы занявшие всю поверхность планеты смогут перерабатывать огромные количества веществ участвующих в их биологических процессах.  
"Инфекция" занесенная а атмосферу Венеры всего одним зондом, сможет "Съесть" большую часть углекислоты и насытить атмосферу кислородом в разумные сроки, от нескольких лет, до десятилетия, как раз к тому времени появятся более развитые космические корабли и можно будет занимать преобразованную планету.  
Правда непонятно что делать с огромной продукцией органических веществ которые оставят после себя "Пожиратели углекислоты". Остатки мертвых бактерий будут выстилать поверхность планеты километровым слоем и летать в воздухе в виде пыли, но это будет все таки лучше чем температура при которой плавится свинец, или ветры способные сбить человека с ног. Скорость ветра на поверхности Венеры не превышает 10 километра в час, но при плотности "Воздуха" Венеры, 67 килограмм на кубический метр, его сила сравнима со шквальным ветром на земле.

У биотерраформинга Венеры по предыдущему сценарию, заселения в атмосферу культуры летающих микроорганизмов "Аэропланктона", способных преобразовать основную часть углекислого газа из атмосферы планеты в органические вещества, есть несколько труднопреодолимых проблем. Таких как, недостаток воды в атмосфере Венеры, слишком высокая масса углекислого газа и вытекающая из этого проблема избытка органической продукции которую должны образовать микроорганизмы поглотив значительную часть углекислоты.
Эти проблемы могла бы в какой то степени смягчить гидросфера, которая возникла бы после остывания планеты. Если бы воды на Венере было достаточно для образования "Венерианского мирового океана", то органические остатки аэропланктона поглотил бы океан, превратив их в толстый слой подводного ила. Вода на поверхности планеты выпадающая в осадок смыла бы большую часть опавшего аэропланктона в океан, а остатки на суше пропитанные водой, сформировали бы некоторое подобие "Венерианской почвы".
Далее, в результате постепенного окисления биомассы и взаимодействия продуктов ее разложения с минеральными веществами, толстый, подводный слой органического был бы частично минерализован, превратившись в залежи известняка и частично законсервирован, в виде полу минерализованной органической массы, похожей на торф, или сланцевый уголь. Углекислый газ и углерод Венеры, оказался бы законсервированным в толще горных пород, подобно тому, как он законсервирован на земле.
Но воды на Венере слишком мало для образования единой планетарной гидросферы. Ее даже не хватит на питания аэропланктона. Чтобы превратить углерод из углекислого газа в органическую массу, должна расходоваться не только углекислота, но и вода, в примерно равных молекулярных соотношениях. Молекула СО2 на молекулу Н2О, что дает органическую массу в виде углеводов НСОН, в которых почти равнозначные соотношения углерода и воды (откуда и название - "Углеводы"), или жир почти равнозначный СН2, или белок, химическое строение которого сходно и с жирами и с углеводами, но отличается большим содержанием азота. В общем, в процессе образования органической биомассы углекислый газ и вода расходуются в примерно равных молекулярных соотношениях или в весовых соотношениях, примерно, две с половиной доли углекислого газа, на одну долю воды.
Но воды в составе атмосферы Венеры слишком мало, всего 20 миллионных долей, при выпадении всей воды в осадок, она дала бы слой на поверхности средней толщиной 2 сантиметра. Понятно, что ни о какой гидросфере при таком содержании воды в атмосфере не может быть и речи, если только лужи.
Кроме того, при активном развитии занесенного аэропланктона, вода будет съедена им намного раньше чем как то заметно уменьшится количество углекислого газа, после чего рост аэропланктона сам собой остановится.
Из чего совершенно ясно, что связать углекислый газ в атмосфере Венеры в органические соединения с помощью микроорганизмов в принципе невозможно.
Масса аэропланктона в атмосфере всегда будет оставаться ограниченной из за ограниченного содержания воды.
Но аэропланктон можно использовать не как "Утилизатор" углекислого газа, а как биологическую "Штору", способную практически полностью перекрыть доступ солнечного света на поверхность планеты.
В этом случае, поверхность постепенно остынет до комнатной температуры. В атмосфере Венеры есть так называемая "Зона земных условий", которая находится на высоте 52, 54, километра, на этой высоте давление газа мало немного выше земной атмосферы, а температура, колеблется от 20, до 37 градусов по Цельсию. Эта зона наиболее благоприятна для размножения аэропланктона, и по всей вероятности, именно на этой высоте слой микроорганизмов сможет перекрыть солнечный свет. А как следствие Зона земных условий станет самым жарким местом, в атмосфере непрерывно получающем тепло от солнца. Поэтому при остывании более горячих, нижних слоев атмосферы, их температура сравняется с температурой зоны аэропланктона.
Охлаждение нижних слоев атмосферы может замедлить эффект "Адиабатического нагрева". В следствии того, что при расширении газов их температура уменьшается, а при сжатии увеличивается, из за высокого давления в нижних слоях атмосферы, температура в них окажется "Запертой", она не сможет уменьшиться за счет перемешивания и конвекции. Восходящие от поверхности потоки воздуха, достигнув зоны земных условий уменьшат свою температуру из за расширения, а нисходящие потоки имея комнатную температуру, достигнув поверхности нагреются до стандартных Венерианских 460 градусов.
Охлаждение за счет переизлучения на Венере мало эффективно, так как вся атмосфера состоит из парниковых газов и имеет высокую плотность. Но органические частицы, аэропланктона, падающие в нижние слои должны способствовать усилению переизлучения, благодаря тому, что они хорошие излучатели и поглотители теплового излучения.
Таким образом, аэропланктон, должен с одной стороны перекрыть солнечное излучение на уровне зоны земных условий, с другой стороны ускорить охлаждение нижних слоев атмосферы.
Остается не ясным, хватит ли для аэропланктона минеральных веществ. Без источников минералов, микроорганизмы размножаться не смогут, но сколько может быть пыли в атмосфере Венеры и сколько ее может попадать в зону земных условий неизвестно.
Теоретически пыли на Венере должно быть много. Воды или какой то другой жидкости связывающей пылевидные частицы на поверхности нет. Но атмосфера на Венере есть и поэтому поверхность должна быть подвержена эрозии. Не такой интенсивной как на земле, но на земле все продукты выветривания связываются водой и переходят в осадочные породы. А на Венере все песчинки и мелкие камни переносимые по поверхности плотным воздухом, со временем должны истираться в мелкую пыль. Эта пыль ничем не связывается и за миллиарды лет поверхность Венеры должна была запылиться не меньше чем сухой Марс. Но в отличие от Марса, с его атмосферой в одну сотую земной, на котором пыль поднимается в воздух только во время сильных бурь, в Венерианской атмосфере, в пятьдесят раз более плотной, чем на земле, значительная часть мелкой пыли должна постоянно витать в воздухе.
Сколько пыли может попадать в верхние слои атмосферы и зону земных условий сказать сложно, теоретически ее там должно быть немного, иначе она бы нейтрализовала серную кислоту, из которой состоят Венерианские облака. Но все таки, можно рассчитывать что она там есть, и для нетребовательных микроорганизмов ее может быть достаточно.

"Затемнение" Венеры при помощи аэропланктона, теоретически сможет создать на поверхности температуру, приемлемую и достаточно комфортную для людей. Но, так же можно сказать, что это не терраформинг, а только полумера. Высокое давление на поверхности останется, кроме того аэропланктон начисто перекроет солнечный свет. С другой стороны, вечная аэропланктонная ночь, для людей все таки намного лучше чем температура в 460 градусов, почти не оставляющая шансов на какую либо деятельность, а тем более заселение планеты.
Автоматы и дистанционно управляемые механизмы не чувствительны к давлению и смогут нормально работать на поверхности при умеренной температуре. Люди смогут жить в прочных, обитаемых модулях, подобных глубоководным аппаратам, или в пещерных городках вырезанных в сплошном скальном грунте. Если использовать специальные смеси для дыхания, не содержащие азота, то люди смогут даже выходить на поверхность в легких скафандрах.
В общем условия для людей будут не такие комфортные как "У себя дома", но достаточно комфортные чтобы развивать на Венере производственную деятельность.

Стоит отметить, к каким последствиям может привести охлаждение поверхности Венеры и аэропланктонная биомасса в ее воздухе.
При охлаждении до комнатной температуры, углекислый газ в нижних слоях атмосферы, из за высокого давления начнет конденсироваться, но не превратится в жидкость, а останется в виде взвеси микроскопических капель или аэрозоля. Переходя в так называемую "Фазу тумана" или сверхкритическое состояние, "Сверхкритический флюид". Плотность атмосферы в таком состоянии значительно возрастет, прозрачность упадет, практически до нуля, без специальных приборов нельзя будет разглядеть пальцы на своих руках.
Но с другой стороны, углекислый газ в сверхкритическом состоянии начнет взаимодействовать с горными породами и постепенно переходить из атмосферы в отложения карбонатов. Практически этот процесс скорее всего затянется на миллионы лет, так как отложений осадочных пород на Венере нет, только магматические и процессы эрозии слишком слабо выражены, чтобы углекислота начала быстро "Уходить в землю".
При попадании частиц аэропланктона в нижние слои атмосферы, когда они будут еще горячими, они будут обугливаться, превращаясь в частицы мелкодисперсной угольной пыли. Эта угольная пыль, может накапливаться и оказывать заметное влияние на атмосферу планеты.
При обугливании частиц планктона, вода будет переходить в газовую фазу, возвращаясь в атмосферу, а углерод оставаться в твердой фазе. В процессе обугливания аэропланктона вода будет возвращаться в цикл а угольные частицы смогут накапливаться в атмосфере в достаточно больших количествах.
Обугливание аэропланктона дает возможность "Осаждения углекислого газа" атмосферы, за счет перевода углерода в твердую фазу. В отличие от перевода углекислого газа в состояние органической биомассы, дефицит воды на Венере не будет ему препятствовать, так как вода будет уходить в цикл.
Угольная пыль может в какой то степени ускорить охлаждение Венеры, из за того, что снизит прозрачность и увеличит отвод тепла методом излучения. Но накопление ее в больших количествах нежелательно.
Пока поверхность планеты будет оставаться горячей, она сможет частично самоочищаться от угольной пыли за счет ее газификации, превращения в угарный газ, при взаимодействии с углекислотой. Но газификация будет идти только в горячих нижних слоях атмосферы.
Когда поверхность начнет остывать и температура снизится до 300 градусов Цельсия, газификация угольной пыли прекратится. А в интервале температур от 300, до 200 - 150 градусов, угольная пыль будет образовываться, но не сможет "Выгорать", поэтому ее накопление станет необратимым. Поэтому после охлаждения планеты примесь угольной пыли в атмосфере останется еще на долго.
Возможное влияние угольной пыли на атмосферу не однозначно. С одной стороны она будет лучше поглощать солнечные лучи чем облака из серной кислоты, которые отражают до 90% солнечного света. С другой стороны снизит прозрачность атмосферы и ослабит парниковый эффект. Будет играть роль "Солнечной шторы" вместе с аэропланктоном.
По всей вероятности примесь угольной пыли не будет способствовать дополнительному нагреву атмосферы, из за того, что пыль будет задерживать солнечный свет еще на большой высоте, усиливая конвекционные потоки, которые будут уносить солнечное тепло в более холодные верхние слои излучающие его в космос. Угольная пыль будет лучше поглощать солнечное тепло, но и лучше его отводить и главное, создаст дополнительное препятствие для проникновения солнечной энергии к поверхности.

После охлаждения поверхности планеты опадающий в низ, мертвый аэропланктон будет "Застревать" в массе сверкритического слоя. Что будет вызывать истощение жизненно необходимых для планктона ресурсов, в первую очередь воды. Скорее всего так же снизится поступление минеральной пыли из нижней нижних слоев, после их охлаждение конвекция (Восходящие потоки) практически остановится, к тому же, пыль будет связываться капельками сверхкритических флюидов, поэтому ее поступление в зону аэропланктона если не остановится, то резко снизится. Допустить истончения слоя аэропланктона нельзя, иначе атмосфера снова начнет нагреваться.
Опустить высоту зоны аэропланктона в нижнюю часть атмосферы невозможно, потому что после падения температуры и перехода в сверхкритическое состояние, плотные слои атмосферы полностью потеряют прозрачность.
По всей вероятности, придется вводить новый сорт аэропланктона, способный черпать минеральные вещества у поверхности но расти в зоне оптимальных условий. Жизненный цикл организмов модифицированного аэропланктона можно разделить на две стадии, в "Личиночной стадии" организмы будут насыщаться минеральными веществами на низкой высоте, а во взрослой стадии расти, и размножаться в зоне солнечного света.
Цикл может выглядеть примерно так. В зоне света, организмы будут интенсивно накапливать запасные питательные вещества, жир, или какие то легко химические соединения дающие энергию при разложении. После чего, зрелая особь должна пройти цикл деления или дать несколько спор содержащих большое количество запасенных питательных веществ, но не содержащих газового пузырька, поддерживающего организмы в воздухе, на определенной высоте. Споры опустятся в нижние слои атмосферы.
Газ на низкой высоте будет представлять собой газообразную взвесь из сверхкритической углекислоты, примесей угольной пыли, минеральной пыли с поверхности и органических остатков мертвого аэропланктона падающего из зоны размножения. К тому времени атмосфера будет содержать небольшие примеси кислорода, по всей видимости, доли процента, но этого будет достаточно для поддержания жизни организмов питающихся органическими веществами и мертвыми остатками. В "Аэровзвеси" у поверхности будут идти процессы биологического окисления и минерализации опавших остатков аэропланктона. Поэтому нижние слои атмосферы будут представлять собой подобие газообразной почвы, насыщенной разнообразными минеральными и органическими компонентами.
Споры планктона, в нижних слоях, смогут активно накапливать нужные им минеральные вещества, расходуя запас органических питательных веществ, запасенных в "Солнечной зоне". Возможно споры смогут питаться органикой из опавшего мертвого планктона, тогда запасы органики им не понадобятся и они и один вид планктона будет сочетать в себе функции растения и сапрофита.
После того, как споры запасут нужное количество минеральных веществ, они будут надувать пузырек с легким газом, водородом или моно оксидом углерода, и возвращаться на высоту оптимальную для роста, где продолжат цикл роста и воспроизводства.


Возможно в будущем, проблемы вызванные глобальным потеплением приведут к мысли выведения специальной культуры аэропланктона способного частично охладить землю.
Например, модифицированных микро водорослей, которые в первой стадии развития будут жить в океане, а на второй надувать пузырек с водородом и подниматься на высоту одного, двух километров, где будут пополнять резервы питательных веществ и давать споры. После осеменения организмы будут погибать, но их газовые пузырьки с высохшими и полегчавшими телами, смогут взлетать на высоту до 10 километров, где они не будут вымываться облаками и будут накапливаться снижая интенсивность солнечного света.
Но подобные методы охлаждения для земли скорее всего слишком рискованные из за угрозы неконтролируемого размножения аэропланктона. В отличие от Венеры, на земле аэропланктонная зима совершенно не нужна.