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Riguardo al sostentamento degli equipaggi delle future basi su pianeti extraterrestri le odierne tecnologie sviluppate per le basi orbitali e per possibili viaggi interplanetari non risultano adeguate a causa della loro bassa capacità di auto sostentamento. L’unica possibilità è rappresentata dalla nostra capacità di indurre nei suoli extraterrestri la fertilità in modo da ingenerare in tali suoli la capacità di sostenere la vita che caratterizza i suoli terrestri. Tale capacità è legata alla caratteristica dei soli terrestri di degradare praticamente tutto tramite la mineralizzazione in modo da riciclare i principali elementi, di purificare le acque e di immagazzinare biossido di carbonio attraverso il processo di umificazione. Questa capacità del suolo di permettere e di sostenere la vita è definita fertilità ed a generata dal contributo paritetico dagli organismi che abitano nel suolo e dalla sua matrice litologica. Le modalità di induzione della fertilità possono variare con le condizioni pedo-climatiche e sono definite con il termine di funzionalità che conferiscono al suolo la capacità di mantenere (resistenza) e/o di ripristinare (resilienza) la fertilità anche in presenza di situazioni ambientali sfavorevoli. Tale capacità è il risultato di milioni di anni di evoluzione della vita sulla terra. In questi termini con la definizione di agricoltura spaziale (space farming) dobbiamo intendere l’induzione e mantenimento della fertilità nei suoli extraterrestri per il sostentamento degli equipaggi delle basi su pianeti extraterrestri tramite l’utilizzo delle piante in modo da creare un sistema verde (green system) capace di riciclare i rifiuti organici, purificare le acque e l’aria, producendo ossigeno e trasformando il biossido di carbonio in sostanza organica tramite gli organismi foto sintetizzanti, ingenerando la catena alimentare. In pratica si tratta di indurre e mantenere la fertilità nei suoli extraterrestri in modo da coltivarci piante in ambienti protetti (indoor) considerando tutti i fattori ambientali avversi che caratterizzano tali suoli e in generale l’ambiente sui pianeti extraterrestri. Un esempio di tali difficoltà è rappresentato dall’azione combinata di condizioni di bassa gravità e di microporosità sulle proprietà idrauliche e la funzionalità biogeochimica che caratterizzano i suoli extraterrestri, con effetti sulla diffusione di ossigeno ed il trasporto dei nutrienti. Tali condizioni possono portare a condizioni di anaerobiosi con rischi di soffocamento della comunità microbica aerobica e delle radici con produzione di gas tossici. Altre caratteristiche negative presenti nei suoli extraterrestri sono rappresentate da valori estremi di pH, dalla eccessiva finezza degli orizzonti superficiali, dall’assenza di azoto e di acqua disponibile. Inoltre sono da considerare anche la possibile contaminazione da elevate concentrazioni di metalli pesanti e sali ad elevata igroscopicità. In fine la presenza di radiazioni ionizzabili ad elevato contenuto energetico possono indurre la formazione di superossidi sulla superficie esposte dei minerali. In alcuni casi è possibile trovare delle condizioni pedo-ambientali idonee a consentire il reperimento in situ di alcuni elementi primari. Per esempio nel caso di Marte è possibile il reperimento di biossido di carbonio e tracce di azoto nella sua atmosfera, oltre a potassio e fosforo nella matrice litologica. In conclusione possiamo affermare che l’agricoltura spaziale è possibile ma la sua realizzazione richiederà un notevole sforzo da parte degli esperti. Tale sforzo sarà soprattutto indirizzato ad ottimizzare le sinergie delle complesse interazioni che caratterizzano microorganismi e piante nel suolo in modo da ingenerare la fertilità nei suoli extraterrestri, ambienti totalmente differenti da quelli terrestri dove essi si son sviluppati e vivono.
Concerning the life maintenance of a crew on extraterrestrial planetary bases, the technologies currently used in space ships are not self-sustaining, resulting thus inappropriate. In this context, soil, which is the universal substratum for sustaining the growth of autotrophic organisms on Earth, shall necessarily be used to permit the life maintenance of human colonies on extraterrestrial planets. The main functions of soil that permit to sustain life on Earth, are represented by its capacity to degrade almost everything by mineralization, thus recycling the principal elements, to purify water and to store carbon dioxide by humification processes. This capacity to sustain life is defined “fertility” and is generated by the equal contribution of both soil biological components, mainly represented by soil inhabiting organisms, and mineral components. The pathway to obtain fertility is termed “functionality” and could change in relation to the environmental conditions, conferring to soil an impressive capacity of resistance and resilience, as the results of billion of years of life evolution. We have thus to consider space farming as the smart soil-plant management for human extraterrestrial base sustainability in order to create a green system, able to recycle organic waste, purify water and air, producing oxygen and transforming carbon dioxide in organic compounds by photosynthetizing organisms, ingenerating the food chain. Moreover, this green systems will play a fundamental beneficial role on the crew’s psyche, representing a comfortable area to reduce the mental stress induced by the confined, oppressing environment of the bases. Practically we have to induce and maintain fertility in extraterrestrial soils in order to start planning indoor cultivation in planetary bases, considering the several negative aspects that characterize the extraterrestrial soil environment. An example is represented by the combined effects of low gravity and microporosity on the hydraulics and biogeochemical functioning of soil systems that will affect oxygen diffusion and nutrient transport in the liquid and gaseous phases. These conditions could lead to suffocation of aerobic microorganisms and roots, and emissions of toxic gases, both induced by the development of anaerobic conditions. Other negative characteristics are the extreme pH values, the presence of an unstructured top layer of fine dust sediments, the practically absence of nitrogen and available water (drought condition). Moreover it has to be considered the possible contamination by high concentration of toxic elements such as heavy metals and highly hygroscopic salts. Finally, extremely dangerous is the presence of ionizable radiations that could also induce the superoxides formation on the surfaces of exposed minerals. In some cases it is also hypothesized to find some elements in situ in relation to the extraterrestrial environmental characteristics. In the case of Mars habitation, it will be possible to find carbon dioxide and a trace amount of nitrogen in atmosphere; potassium and phosphor in minerals. In conclusion we can say that space farming it will be possible but the experts of the complex interactions between soil, plant, and microorganisms have certainly to work hard for optimizing their synergy in order to degrade, recycle and utilize nutrients in extraterrestrial soils, that represent physical systems different from those they presently live in.
