Замкнутый круговорот веществ и энергии в изолированной почвенной культуре

Круговоротом веществ в биосфере называют процесс взаимосвязанного превращения и перемещения веществ, который имеет циклический и многократно повторяющийся характер.
Одним из необходимых условий существования биосферы является круговорот веществ. Вещества, использованные одними организмами, должны переходить в доступную для других организмов форму.

Этот процесс, перехода веществ из одного звена в другой требует энергетических затрат, что приводит к возможности его осуществления только при участии энергии Солнца.
Благодаря солнечной энергии на Земле протекают взаимосвязанные круговороты веществ: геологический и биологический.

Геологический круговорот веществ – процесс миграции веществ, который осуществляется под влиянием абиотических факторов: эрозии, выветривания, движения вод. Участия в нем живые организмы не принимают.

Биологический круговорот веществ - круговорот химических элементов и веществ, осуществляемый жизнедеятельностью организмов.

В функционировании биосферы кислород играет исключительно важную роль в процессах обмена веществ и дыхании живых организмов. Уменьшение количества кислорода в атмосфере в результате процессов дыхания, сжигания топлива и гниения компенсируется кислородом, выделяемым растениями при фотосинтезе.
Фотосинтезом называют процесс синтеза органических соединений из неорганических, который проходит с использованием лучистой энергии Солнца с участием хлорофилла.

Фотосинтез имеет большое значение для существования биосферы. Зеленые растения благодаря фотосинтезу ежегодно вносят в состав органических веществ около 170 млрд. тонн углерода, способны восстановить весь кислород атмосферы примерно за 2 тыс. лет и весь углекислый газ - за 300 лет.

Бегония
Гуттация – 1,5 недели;
новые листья – 2;
h – 13 см;
V(корневой системы) – 0, 0035 дм³

Хлорофитум
Гуттация – 2,5 недели;
новые листья – 4;
h – 17 см;
V(корневой системы) – 0, 0015 дм³

Традесканция
Гуттация – 2,5 недели;
новые листья – 1;
h – 15 см;
V(корневой системы) – 0, 0012 дм³

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.

Основная проблема для выращивания растений в космических кораблях – это отсутствие силы тяжести. Без гравитации корневая система растений теряет свою ориентированность в пространстве, что влияет отрицательно на развитие самого растения.

Проблему можно решить используя вместо силы тяжести центробежную платформу с электродвигателем закрепленным к компрессору. При вращении конструкции центробежная сила направлена на ёмкости, имитируя силу тяжести, благодаря чему почва и само растение опускаются на дно и сохраняют свое месторасположение. Исследователи обнаружили, что в отсутствии гравитации, но при наличии направленного света, корни растут точно так же, как и на Земле, ровно в противоположную от побегов сторону (то есть туда, где меньше света). Следовательно, на внешнем радиусе данного прибора устанавливается подсветка со сменными светофильтрами, чтобы можно было менять длину волн света.