Сколько растений нужно, чтобы обеспечить жизнь 1-го человека

[e2e4]

Сколько минимально растений, а также иных организмов (при необходимости) нужно, чтобы полностью обеспечить существование одного человека? Полностью обеспечить - это значит переработать углекислый газ в кислород, мочу и фекалии - в продукты питания и т.п. Обеспечит ли человек при этом питание (углекислый газ и собственные выделения) этих растений и иных организмов (при необходимости их наличия)? Предполагаем, что помимо человека и растений в экосистеме изначально присутствует набор всех веществ неживой природы: вода, кислород, углекислый газ, почва, и т.п. в минимальном (но достаточном) количестве для существования экосистемы, но эти вещества после "запуска" экосистемы не добавляются в нее и не выводятся из нее, хотя и могут участвовать в превращениях внутри экосистемы. Предполагаем также, что извне в экосистеме поддерживается постоянная температура +25 С. Возможно, также, что в систему поступает свет - для фотосинтеза растений, однако, хотелось бы, чтобы внутри системы существовали механизмы выработки света из тепла - какие-то люменисцентные бактерии/грибы и т.п.
Кто-нибудь изучал подобные вопросы? Может быть, есть информация по минимальному составу такой экосистемы, ее размерам, кол-ву и составу неживой материи, устойчивости при взрослении и старении человека и т.п.?

Еще вопрос: сначала энергия будет скорее всего поступать в систему (см. условие поддержания постоянной температуры извне) - для компенсации уменьшающейся энтропии внутри системы. Будет ли со временем требоваться все меньше энергии извне для поддержания жизнедеятельности системы? Наступит ли момент, когда системе не будет требоваться энергия извне (энтропия достигнет некоторого минимума)?

[IRINA-22]

e2e4 в сообщении #619398 писал(а):

Сколько минимально растений,

Расплывчатая задача. Примерно гектара три плодородной почвы.Т.к. нужно иметь огород для годового пропитания примерно 50 соток.Посевы подсолнечника, для масла на освещение.Посевы конопли или льна для одежды.Остальное лес для строительства и отопления.Почему так много. Потому что растёт медленно, а расходуется быстро.

[rockclimber]

e2e4 в сообщении #619398 писал(а):

Наступит ли момент, когда системе не будет требоваться энергия извне (энтропия достигнет некоторого минимума)?

Никогда не наступит.

[EtCetera]

e2e4 в сообщении #619398 писал(а):

Кто-нибудь изучал подобные вопросы? Может быть, есть информация по минимальному составу такой экосистемы, ее размерам, кол-ву и составу неживой материи, устойчивости при взрослении и старении человека и т.п.?

См. проект "Биосфера-2" и ему подобные.

[olenellus]

e2e4 в сообщении #619398 писал(а):

Возможно, также, что в систему поступает свет - для фотосинтеза растений, однако, хотелось бы, чтобы внутри системы существовали механизмы выработки света из тепла - какие-то люменисцентные бактерии/грибы и т.п.

Вечного двигателя второго рода захотелось?

e2e4 в сообщении #619398 писал(а):

Будет ли со временем требоваться все меньше энергии извне для поддержания жизнедеятельности системы? Наступит ли момент, когда системе не будет требоваться энергия извне (энтропия достигнет некоторого минимума)?

Ну если только извне поступит гипохлоирт натрия в достаточном количестве

-- Вс сен 16, 2012 11:59:01 --

EtCetera в сообщении #619515 писал(а):

См. проект "Биосфера-2" и ему подобные.

Нет, это был просто попил бабла в духе современной науки. Лучше смотрите проекты БИОС.

[e2e4]

IRINA-22 писал(а):

Расплывчатая задача.

Чего именно в условии задачи не хватает?

Цитата:

Примерно гектара три плодородной почвы.Т.к. нужно иметь огород для годового пропитания примерно 50 соток.Посевы подсолнечника, для масла на освещение.Посевы конопли или льна для одежды.Остальное лес для строительства и отопления.Почему так много. Потому что растёт медленно, а расходуется быстро.

Извините, но это ответ "на пальцах". Я спрашивал о минимальной биосфере. Сильно оптимизированной по размеру, кол-ву особей/видов (в идеале - только растения и 1 человек). Зачем одежда, строительство, освещение? Вы додумываете. Температура внутри - строго 25 С, человек может и голым походить, в темноте и без дома. Можно подумать в сторону съедобных водорослей, которые растут быстро, соя там например или еще что (тут я не компетентен, поэтому и спрашиваю). Есть одно немаловажное условие - питание человека должно включать все необходимые витамины, прочие вещества, чтобы он мог существовать от рождения до старости. И еще условие - человек также должен обеспечить существование остальных организмов своими выделениями.

rockclimber писал(а):

Никогда не наступит.

А аргументы?

EtCetera писал(а):

См. проект "Биосфера-2" и ему подобные.

Я в курсе таких экспериментов, но они не ставят перед собой задачу минимальности экосистемы, а также используют несколько человек, и много исследований посвящают изучению психологии людей. Мой же вопрос - исключительно о химическом и энергетическом "равновесии" системы, поведение, психика, умственная деятельность человека (за исключением энтропийного фактора) меня не интересуют.

Также в этих экспериментов, по сути, не найдена экосистема, способная поддержать жизнедеятельность человека на протяжении всей его жизни.

olenellus писал(а):

Ну если только извне поступит гипохлоирт натрия в достаточном количестве

Я не очень понял шутку, извините.

olenellus писал(а):

Вечного двигателя второго рода захотелось?

Нет, дело совершенно не в вечных двигателях. И потом - почему вы о них заговорили? Где идет речь о том, что система должна совершать работу? Речь идет о полностью замкнутой системе, кроме, возможно, тепловой энергии. Но и она вполне возможно на каком-то этапе станет ненужна (извне).

olenellus писал(а):

Лучше смотрите проекты БИОС.

О, это уже гораздо ближе, спасибо!

Цитата:

В БИОС-3 были проведены 10 экспериментов с экипажами от 1 до 3 человек. Самый продолжительный эксперимент продолжался 180 дней (1972—1973 гг.). Удалось достичь полного замыкания системы по газу и воде, и до 80 % потребностей экипажа в пище.

Это на практике. А что говорит теория? Есть ли теоретические исследования этой темы?
И еще:

Цитата:

В оранжереях при искусственном освещении выращивалась пшеница, соя, салат, чуфа, морковь, редис, свёкла, картофель, огурцы, щавель, капуста, укроп, лук.

Опять таки, ощущается некоторая избыточность, нет? Ну пусть еще одно условие: вкусовые пристрастия человека тоже не удовлетворяем. Т.е. если есть какое-то растение (или несколько), которые дают пищу, способную обеспечить все потребности человека, но не разнообразную и не вкусную - то такой вариант все же предпочтителен, чем десятки растений, дающих привычную и приятную для человеку пищу. Можно также вводить человеку пищу внутривенно/напрямую в желудок и т.п.

[arseniiv]

e2e4 в сообщении #619556 писал(а):

А аргументы?

А аргументы в том, что в замкнутой системе энтропия неубывает, а не убывает. Так что она через некоторое время, скорее, достигнет некоторого максимума, а не минимума.

[e2e4]

Цитата:

А аргументы в том, что в замкнутой системе энтропия неубывает, а не убывает. Так что она через некоторое время, скорее, достигнет некоторого максимума, а не минимума.

А как это соотносится с

rockclimber писал(а):

Никогда не наступит.

в контексте:

e2e4 писал(а):

Наступит ли момент, когда системе не будет требоваться энергия извне...

?
Замечание в скобочках про энтропию я убрал, ответ относился к энергии, а не энтропии.

И еще:

Цитата:

в замкнутой системе энтропия неубывает, а не убывает.

Не надо меня поправлять в русском языке, ок? На форуме достаточно гораздо более безграмотных людей, исправляйте их. А я уделяю достаточное внимание, чтобы писать грамотные с точки зрения русского языка сообщения. Написание "энтропия не убывает" раздельно также допустимо, как и "неубывает" в данном случае.
Вопрос по существу: энтропия не убывает даже в биологических системах? Даже благодаря разумной жизнедеятельности человека/биоорганизмов?

[arseniiv]

e2e4 в сообщении #619574 писал(а):

Не надо меня поправлять в русском языке, ок?

Я вас и не поправлял. Если бы я поправлял, я бы написал «неубывает, а не не убывает». «Неубывает» — есть такое слово, означающее «не меняется или возрастает».

Оставаться на месте энтропия не будет, потому что в человеке, даже если он неподвижно спит, и в растениях происходят реакции, в которых часть химической энергии переходит в тепловую безвозвратно.

И если вы хотите, чтобы она не возросла до смерти экспериментального человека, энергию придётся подводить. (Правда, почему — этого я уже сказать не могу.)

[olenellus]

IRINA-22 в сообщении #619438 писал(а):

Примерно гектара три плодородной почвы.Т.к. нужно иметь огород для годового пропитания примерно 50 соток.Посевы подсолнечника, для масла на освещение.Посевы конопли или льна для одежды.Остальное лес для строительства и отопления.

Ну не обязательно же жить по традициям неолетической революции.

e2e4 в сообщении #619556 писал(а):

Ну пусть еще одно условие: вкусовые пристрастия человека тоже не удовлетворяем. Т.е. если есть какое-то растение (или несколько), которые дают пищу, способную обеспечить все потребности человека, но не разнообразную и не вкусную - то такой вариант все же предпочтителен, чем десятки растений, дающих привычную и приятную для человеку пищу. Можно также вводить человеку пищу внутривенно/напрямую в желудок и т.п.

Ну, если дана такая свобода, то в идеале надо двигаться в сторону, когда человеку вообще не нужна будте пища. Запитываться он будет напрямую от энергосети, плюс изредка ремонт. Но тут пока есть несколько нерешённых проблем. Главная — перенос сознания на другой носитель.

Ну а так, сегодня у нас больше возможностей по оптимизации системы. По крайней мере, генетическая инженерия сейчас развита горздо сильнее. Можно некоторые качества (вкусовые особенно) менять прямо у нужных (оптимальных по экосистемной функциональности) растений. Можно пойти дальше, и поменять человека. Ну, как минимум, восстановить естественный синтез витамина C.

e2e4 в сообщении #619556 писал(а):

Нет, дело совершенно не в вечных двигателях. И потом - почему вы о них заговорили? Где идет речь о том, что система должна совершать работу? Речь идет о полностью замкнутой системе, кроме, возможно, тепловой энергии. Но и она вполне возможно на каком-то этапе станет ненужна (извне).

Это и есть либо вечный двигатель второго рода, либо могильник.

[e2e4]

arseniiv, спасибо, теперь я вас понял.

olenellus писал(а):

Ну, если дана такая свобода, то в идеале надо двигаться в сторону, когда человеку вообще не нужна будте пища. Запитываться он будет напрямую от энергосети, плюс изредка ремонт. Но тут пока есть несколько нерешённых проблем. Главная — перенос сознания на другой носитель.

Ну а так, сегодня у нас больше возможностей по оптимизации системы. По крайней мере, генетическая инженерия сейчас развита горздо сильнее. Можно некоторые качества (вкусовые особенно) менять прямо у нужных (оптимальных по экосистемной функциональности) растений. Можно пойти дальше, и поменять человека. Ну, как минимум, восстановить естественный синтез витамина C.

Хух. Ну это-то зачем? Разве вопрос был в том, сколько растений нужно для поддержания существования робота, или генетически модифицированного человека?
Господа, человека и всех живых составляющих предлагаемой к рассмотрению экосистемы не меняем! Берем их такими, какие они есть на момент 16 сентября 2012 года на планете Земля! Однако, вводить пищу, использовать прочие механизмы для поддержания жизни растений и т.п. - можно.

Хотя бы ответить на частный вопрос: сколько растений нужно (биомасса, вид), чтобы поддерживать газообмен, т.е. способен ли человек выделять столько углекислого газа, сколько нужно такому количеству растений, которое выделит достаточное для жизни человека количество кислорода?

olenellus писал(а):

Это и есть либо вечный двигатель второго рода,

Любой вечный (да и обычный) двигатель призван совершать работу. Покажите, где, в каком месте предлагаемая экосистема совершает работу по отношению к внешней среде??? Не стоит захламлять тему оборотами, подобными "вечный двигатель", чтобы не сложилось ложного впечатления, что она посягает на законы физики, и является лженаучной.

Если на то пошло, изначальная идея (фантастическая) была: а можно ли генетически скрестить человека с растением для того, чтобы получившиеся существо полностью обеспечивало свое существование, кроме поступающей извне энергии.

[olenellus]

e2e4 в сообщении #619604 писал(а):

Любой вечный (да и обычный) двигатель призван совершать работу. Покажите, где, в каком месте предлагаемая экосистема совершает работу по отношению к внешней среде??? Не стоит захламлять тему оборотами, подобными "вечный двигатель", чтобы не сложилось ложного впечатления, что она посягает на законы физики, и является лженаучной.

Так она в такой формулировке и является лженаучной. Я имел в виду "вечный двигатель второго рода" в обобщённом смысле, то есть, "устройство, нарушающее второе начало термодинамики (выраженное в виде неубывания энтропии в замкнутой системе)". Вашу чудо-систему можно превратить и в классический вечный двигатель второго рода. Например, в Вашей системе постоянно протекает такой процесс: тепло + вода + углекислота -> кислород + углеводы. Этот процесс замыкается в цикл с обратным процессом: кислород + углеводы -> вода + тепло. Ну что ж, Вашу систему можно разомкнуть следующим образом. Будем из неё выкачивать кислород и дрова, и поставлять их на ближайшую ТЭЦ. Оттуда полученную нагретую воду смешаем с выделившейся углекислотой, и эту газировку вольём обратно в систему. Так как часть энергии ушла на работу турбины, газировку надо подогреть обратно до комнатной температуры, что, впрочем, произойдёт само собой через простые теплообменники с океаном. Ну а электичество подадим на нужды города. Чем не вечный двигатель второго рода? Тепло океана превращаем в электричество! (Волшебный антинаучный процесс тут спрятан в первом уравнении, а именно процесс: тепло -> свет для растений.)

e2e4 в сообщении #619604 писал(а):

Хотя бы ответить на частный вопрос: сколько растений нужно (биомасса, вид), чтобы поддерживать газообмен, т.е. способен ли человек выделять столько углекислого газа, сколько нужно такому количеству растений, которое выделит достаточное для жизни человека количество кислорода?

К сожалению, не смог найти нормальных публикаций по БИОСам на русском языке в интернете. Вот есть кое-что на английском: http://sci-hub.org/pdfcache/84f49efc30f ... 3ad2f8.pdf
Судя по этому сообщению, пшеницы (в основном) и других культур, выращиваемых на $\textrm{63 м}^2$ гидрапоники достаточно для полного удовлетворения нужд двух человек по кислороду, и на 75% по еде. Заметьте, это достигалось ценой подачи в комплекс 4,5 кВт лучистой (низкоэнтропийной) энергии (или 400 кВт электропитания на весь комплекс, в виду низкого светового КПД галогеновых ламп). По их оценке, для полного замыкания (если добавить животных для производства животной пищи) потребовалоьс бы около м$\textrm{60 м}^2$ площади под растения на человека, и, соответственно, пропорционально больше лучистой энегрии. По данным более ранных исследований, 8 кубометрового культиватора хлореллы хватает на полное обеспечение одного человека кислородом.

olenellus в сообщении #619585 писал(а):

IRINA-22 в сообщении #619438 писал(а):
Примерно гектара три плодородной почвы.Т.к. нужно иметь огород для годового пропитания примерно 50 соток.Посевы подсолнечника, для масла на освещение.Посевы конопли или льна для одежды.Остальное лес для строительства и отопления.

Ну не обязательно же жить по традициям неолетической революции.

Неолитической, конечно.

[IRINA-22]

e2e4 в сообщении #619556 писал(а):

Чего именно в условии задачи не хватает?

Человек сам себя и растения обеспечивает трудом или лежит типа парализован-человек растение и его кто-то обслуживает?.Выделения и потребления будут различаться на порядок.
Норма хлеба в блокадном Ленинграде 125г и люди выживали. Норма суточного потребления кислорода 700г.В качестве растений выделяющих кислород обычно используют хлореллу
14 мг/дм3. Её же и для питания. Энергетическая ценность, 1558 кДж / 372 ккал. Белок, 60,6 г. Углеводы, 3,7 г. Жиры, 12,8 г. ненасыщенных жирных Kys. 9,2 г. Высушенный, 13,0 г ...Отсюда легко посчитать сколько нужно иметь хлореллы.

[e2e4]

olenellus писал(а):

Судя по этому сообщению, пшеницы (в основном) и других культур, выращиваемых на $\textrm{63 м}^2$ гидрапоники достаточно для полного удовлетворения нужд двух человек по кислороду, и на 75% по еде. Заметьте, это достигалось ценой подачи в комплекс 4,5 кВт лучистой (низкоэнтропийной) энергии (или 400 кВт электропитания на весь комплекс, в виду низкого светового КПД галогеновых ламп). По их оценке, для полного замыкания (если добавить животных для производства животной пищи) потребовалоьс бы около м$\textrm{60 м}^2$ площади под растения на человека, и, соответственно, пропорционально больше лучистой энегрии. По данным более ранных исследований, 8 кубометрового культиватора хлореллы хватает на полное обеспечение одного человека кислородом.

IRINA-22 писал(а):

Норма суточного потребления кислорода 700г.В качестве растений выделяющих кислород обычно используют хлореллу
14 мг/дм3. Её же и для питания. Энергетическая ценность, 1558 кДж / 372 ккал.

Спасибо большое, это хоть какие-то цифры. Хотя если честно, я уже охладел к этому вопросу :).