Исследовательская работа «Водоросли и кислород» • Наука и образование ONLINE

Средства начального уровня

В начале во вкладке OXYGEN вы увидите только две постройки. Это — Algae Deoxydizer и Algae Terrarium. Оба генератора используют водоросли (Algae) и требуют ручной закладки реагентов.

Algae Deoxydizer — очень производительная установка, но требует электричества для работы. Водоросли «горят» килограммами в недрах машины, только успевай подносить. Он доступен для строительства сразу после начала игры.

Algae Terrarium — выделяет O2 медленно, требует много воды, но не зависит от электроснабжения. Кроме того, террариум поглощает немного CO2. А если ещё и подсчитать КПД по использованию водорослей, то установка оказывается более эффективной. Строить её можно после исследования «Farming».

Что же выбрать?

Хотя все козыри на стороне Algae Terrarium, придется строить и то и другое. Пытаясь обойтись только террариумами, вы рискуете остаться без работников, т.к. те только и будут заняты снабжением данных установок новыми порциями воды и водорослей.

На 1-го жителя вам потребуется строить 2-3 террариума, тогда как 1 Algae Deoxydizer обеспечивает кислородом сразу пятерых. Эффективность Algae Terrarium можно улучшить, если разместить рядом осветительный прибор, но не существенно — на 10%.

Болотник

Растение имеет вид зеленых подушек, расположенных на дне пруда, от которых отходят плавающие на поверхности розетки листьев. Летом на болотнике можно заметить небольшие цветки. Но они не несут никакой декоративной ценности, гораздо эффектнее смотрятся в воде зеленые розетки листьев яркого цвета.

Болотник – это однолетнее небольшое растение длиной 5-20 см. Расти оно любит в медленно текучей или стоячей воде, поэтому идеально подходит для искусственного водоема. Высаживают болотник обычно на мелководье или в заболоченной зоне. Помещая растение в пруд, важно обеспечить ему солнечное место или полутень. Болотник – идеальный водный вид для небольших водоемов.

Водяной мох

Фонтиналис, как еще называют это растение, по сравнению с большинством оксигенаторов растет довольно медленно. Тем не менее по очистительным функциям он не уступает другим растениям группы.

Водяной мох хорошо чувствует себя на солнце и в полутени. Растение рекомендуется высаживать в пруд с рыбками, потому что они откладывают икру на тонких длинных стеблях фонтиналиса. Листья у растения темно-зеленые и вытянутые. Размножить водяной мох можно делением куста, которое лучше всего проводить в весеннее или летнее время.

Городская структура из водорослей для производства кислорода

Другие способы получения дыхательной смеси.

Технологии первого уровня требуют Algae (водоросли), которые являются трудно возобновляемым ресурсом. Algae можно получить, перерабатывая Slime (слизь), ископаемые запасы которой также быстро подходят к концу. Но слизь генерируют местные представители фауны — Пуфты, осталось только умело их использовать в своём тех. процессе.

Более подробно о Пуфте (Puft).

Загрязненный кислород вырабатывает другая зверушка — Морб (Morb). Хотя это и не самый лучший вариант, зато очень простой. Морбы перерабатывают любые газы в загрязненный кислород.

О морбе можно почитать в статье о фауне Oxygen not included.

Вернуться к общей статье по Oxygen not included.

Ежегодно выбрасывается в атмосферу около 145 млрд тонн кислорода

По данным различных институтов, таким образом, на нашей планете ежегодно выбрасывается в атмосферу около 145 млрд тонн кислорода. При этом большая часть его расходуется, как это не удивительно, вовсе не на дыхание обитателей нашей планеты, а на разложение погибших организмов или, попросту говоря, на гниение (примерно 60 процентов от используемого живыми существами).

Как мы знаем, любое дерево не вечно, поэтому, когда, наступает время, оно умирает. Когда ствол лесного гиганта падает на землю, его организм разлагают тысячи грибов и бактерий в течение весьма длительного времени. Все они используют при этом кислород, который вырабатывается оставшимися в живых растениями.

Исследовательская работа "водоросли и кислород" • наука и образование online

Культивирование водорослей на воде из осетрового бассейна

На воду, взятую из бассейна с осетрами, были инокулированы 3 культуры: Spirulina platensis, Chlorella vulgaris C-1 и неидентифицированная нитчатая форма (сине-зеленая), выделенная из воды. Культуры выращивали в люминостате при двустороннем освещении с интенсивностью 60 Вт/м2 в культуральных сосудах.

Температура культивирования была 24 С. Суспензию водорослей барбатировали газо-воздушной смесью с концентрацией CO2-2%. Культивирование проводили 2 раза. В процессе роста измеряли оптическую плотность культур при длине волны 750 нм. Результаты представлены в таблице.

Курс молодого инженера

Взаимодействие разных веществ — это лишь половина прелести эмергентного геймплея Oxygen Not Included. Другая половина связана с инструментами, благодаря которым игрок меняет окружение и выстраивает жизнь колонии. Конечно, в игре есть множество приспособлений, которых просто нет в реальности, а другие значительно упрощены. Тем не менее они позволяют смоделировать реалистичную ситуацию и на практике решить её.

Вернёмся к моему примеру про водород, который заполонил несколько важных отсеков базы. Я решил не просто справиться с проблемой, а извлечь из неё максимальную выгоду. Пока длился мой «золотой век», я успел создать схему для постройки водородного генератора — с его помощью я планировал переработать весь лишний водород в электричество. Но процесс оказался намного комплекснее, чем я думал изначально. Хотя что может быть сложного в создании генератора?

Теперь всё работает? Да. Но только до первой нештатной ситуации. Почему? Потому что я запитал насос и фильтр на электросеть, которая питается от этого водородного генератора. Это значит, что при отключении генератора отключится и насос, а если насос не будет работать, то не включится и генератор.

На самом деле решение достаточно простое — нужно поставить батарею, которая всегда сможет давать энергию для насоса и фильтра.

Итак, сложно ли создать водородный генератор? Нет. Сложно ли заставить всё это работать? Да. Игра ничему не обучает, поэтому для решения каждой задачи нужно включать логику и экспериментировать. Oxygen Not Included вынуждает пробовать разные варианты и анализировать связи между элементами системы, чтобы понять общий принцип работы. В этом и заключается основная польза игры.

Конечно, многие эти вещи очевидны, и большинство людей приблизительно понимают, как устроены подобные системы. Но на своём примере я выяснил, что такие «приблизительные» знания малополезны — когда доходит до решения практических задач, этой теории оказывается недостаточно.

Новое средство питания тканей кислородом?

Конечно, цианобактерии не заменят ИВЛ, так как они обеспечивают лишь местное насыщение кислородом. Но это не делает исследование менее значимыми. По словам авторов, полученные результаты демонстрируют, что одноклеточные фотосинтезирующие микроорганизмы способны служить новым средством контролируемого увеличения поступления кислорода в ткани.

Кроме того, фотосинтезирующие организмы производят не только кислород, но и сахар. Так что вполне возможно, что их метаболические способности могут быть использованы для синтеза питательных веществ. Поскольку интенсивность, продолжительность и спектр света можно контролировать с высокой точностью, этот метод также может предоставить новые подходы к исследованию роли кислорода в метаболических процессах.

Обратная сторона медали

Тот факт, что Oxygen Not Included не объясняет, как в неё играть — это одновременно главное достоинство и главный недостаток. Например, сейчас я провёл в ней 25 часов: построил огромную базу, нашёл утерянные артефакты, изучил большую часть древа технологий, но мои юниты всё ещё продолжают есть «грязь во фритюре».

А всё из-за того, что я не могу организовать огород — то там удобрений не хватает, то температура слишком высокая. Предыдущий план по доставке холодного газа по теплоизолированным трубам провалился, поэтому мне придётся искать иное решение. Про разведение животных для получения пропитания и говорить нечего — я не представляю, что делать с крабушками, а игра не стремится мне в этом помочь.

Оксилит (oxylite)

Редкий, нестабильный минерал, который выделяет кислород. Встречается на начальном этапе игры. Жилка этого минерала почти всегда выходит в грот, где начинается игра, так что вы обязательно с ним познакомитесь.

Его не стоит рассматривать как средство производства O2, это «времянка» для начального этапа. Потому давайте посмотрим более надежные способы.

Особые замечания:

1. Культура Chlorella C-1 растет нормально (скорость роста лишь в 1,7 раза ниже, чем на стандартной среде Тамийя) без добавления солей в течение 1,5 суток, до полного “выедания” азота. Потом наступает голодание и убывание концентрации клеток.
2. Накопление биомассы лимитировано азотом, при этом, необходимо учесть, что при засеве культуры в сосуд с 200 мл воды добавили 5 мл плотной суспензии, содержащей 1,8 г/л Азота (в расчете на NO3), что почти в 1,5 раза повышало содержание азота в культивированном сосуде при измеренном содержании суммарного азота порядка 0,08 г/л.
3. Быстрый рост оптической плотности в варианте с добавлением среды Зарукка при длительном культивировании (7 суток) объясняется не ростом нитчатой формы, а выделением в культуру при высоком уровне минерального питания и температуре 24 С местной формы Chlorella.
4. В исходной воде обнаружено несколько видов инфузорий, питающихся микроводорослями, что может отразиться на скорости роста культуры при более высоких плотностях, однако, интенсивный рост местной формы Chlorella позволяет надеяться на возможность культивирования с концентрацией биомассы в суспензии порядка 4-5 г/л.
5. Для расчетов можно ориентироваться на примерное потребление азота (по N) 60 мг на 1 г сухой биомасс при скорости роста 2 г/л сутки.

Выводы:

1. Спирулина плохо растет на осетровой воде, что связано с низким для нее уровнем pH 7, оптимальный для нее уровень pH 10.
2. Хлорелла хорошо растет и быстро “съедает” азотное загрязнение, обогащает воду кислородом. Рекомендуется для выращивания в интенсивных системах замкнутого водоснабжения для осетров.

Полезные особенности хлореллы

Еще одна интересная особенность микроводоросли хлорелла это то, что она очень активно уничтожает патогенные организмы. Водоросли и бактерии, оказавшись в питательном растворе, начинают конкурировать друг с другом за место под солнцем. И если достаточно светло – микроводоросли выигрывают.

Сущность технологического воздействия процессов, происходящих в живой культуре Хлореллы, заключается в том, что в процессе жизнедеятельности микроводорослей происходит отмирание (гибель) болезнетворных бактерий.

Микробы, имеющие паратрофный тип питания (патогены), в высококонцентрированной живой биомассе хлореллы погибают. Таким образом, гибнут все патогенные микробы кишечной группы (возбудители брюшного тифа, паратифа А, паратифа В и всех видов дизентерии), а также для вирус полиомиелита и возбудители туберкулеза.

Микроводоросли, выделяя в процессе фотосинтеза молекулярный кислород, обеспечивают также окисление аммонийных солей в нитриты и нитраты, которые достаточно быстро усваиваются ими для построения своих тел, благодаря этому концентрация нитратов на выходе приближена к нулю.

Половину всего кислорода в атмосфере производят водоросли

Фитопланктон и водоросли, находящиеся в Мировом океане, используют энергию Солнца, углекислый газ и воду, чтобы получать питательные вещества. При этом они выделяют кислород, необходимый для дыхания всем живым существам на нашей планете. И, оказывается, водоросли трудятся намного больше, нежели наземные растения.

Чуть больше половины всего кислорода в атмосфере Земли в процессе вырабатывают водоросли, растущие в океане. Они, кстати, существуют намного дольше, чем наземные растения. Для сравнения возраст самой старой растительной окаменелости — 470 миллионов лет, а самой древней обнаруженной морской цианобактерии, способной выделять кислород, — 3,5 миллиарда лет. В некотором смысле мы обязаны океану всем имеющимся кислородом, ведь наземные растения появились от морских водорослей. К слову, одному из составляющих фитопланктона — цианобактерии Prochlorococcus — мы должны сказать спасибо за выработку 20% кислорода в атмосфере. Учёные открыли эту очень распространённую фотосинтезирующую цианобактерию совсем недавно — только в 1988 году, при том, что она широко распространена в океанах.

Примечательны в плане выработки кислорода и красные водоросли Corallinales. Они способны выделять кислород, обитая на глубине ниже 270 метров, и это при том, что фотическая зона (верхний слой океана, освещаемый солнечным светом) простирается на глубину 200 метров. Эти красные водоросли поглощают синий и зелёный свет, именно такого цвета становятся лучи Солнца в толще воды. Несмотря на это, водоросли Corallinales обеспечивают нашу атмосферу кислородом.

Читайте также: Это маленькое и зелёненькое — наполовину животное, наполовину растение! Пара фактов о плавучем овоще

Читайте также:

Применение

Для начала выработки кислорода необходимо доставить в террариум водоросли и воду. Вода в бутылках может быть получена дубликантами с помощью ручного насоса либо посредством вытирания её с пола. Наличие углекислого газа — необязательное условие, постройка будет работать и без него.

После того как террариум водорослей полностью израсходует ресурсы из внутреннего хранилища, выработка кислорода прекратится, и потребуется прочистить и вновь заполнить внутреннее хранилище. После прочистки бутылка грязной воды выпадет рядом с постройкой.

Грязная вода постоянно выделяет загрязнённый кислород, который является благоприятной средой для размножения микробов. Рекомендуется выносить такие бутылки с базы и выливать в отдельное хранилище во избежание эпидемии болезней среди дубликантов.

Данная постройка более экономна в плане соотношения водоросли/кислород, по сравнению с диффузором кислорода, однако расходует чистую воду и требует значительных затрат времени на доставку ресурсов и прочистку вместо расхода энергии.

Для комфортной жизни каждому дубликанту требуется 100 граммов кислорода в секунду, таким образом ему необходимо 2.5 террариумов водорослей. Иными словами, 5 террариумов на каждых двух дубликантов.

Выработка углекислого газа составляет 2 грамма в секунду, значит, потребуется 6 террариумов для каждого дубликанта, чтобы уничтожить производимый ими углекислый газ. Это не эффективное решение.

Данная постройка может быть автоматизирована. Для этого достаточно установить её на механический шлюз, расположенный горизонтально и подключённый к сенсору атмосферного давления. При превышении давления сенсор откроет шлюз, постройка окажется висящей в воздухе, и выработка кислорода прекратится.

После изучения технологии III уровня «Обеззараживание», можно окружить «плантацию» террариумов большим количеством освежителей воздуха и не выносить бутылки грязной воды. Таким образом, кислород будет получаться непосредственно из неё, и расход водорослей сократится.

Может поглощать чистую воду из окружающей среды, вплоть до полного затопления постройки. Однако надо учитывать, что загрязнённый кислород при этом не выделяется, а доставлять водоросли и прочищать террариумы вручную всё равно придётся дубликантам.

Продвинутые установки

Исследования второго уровня пополняют ваш арсенал ещё тремя установками.

Air Deodorizer — не производит кислород, а лишь фильтрует его из загрязненного. Было бы логичным его разместить во вкладке Refinement, но разработчики считают иначе. Требуется исследовать Sanitation (Санитарию).

Air Scrubber — также не поможет в производстве O2. Эта установка выполняет важную функцию по связыванию CO2. Её полезно устанавливать на нижних уровнях жилых помещений, где скапливается углекислый газ. Исследуйте Percolation.

Electolyzer — самая мощная установка по производству кислорода в игре. Она обеспечит кислородом почти 9 жителей благодаря электролизу воды. Вторым компонентом разложения является водород, который можно использовать для генерации электроэнергии, но дышать им нельзя.

Электролизер требует создания определенной инфраструктуры. Нужен купол для сбора водорода (он поднимается вверх), откуда его можно будет фильтровать и подавать в водородный электрогенератор. Не забывайте про водяной насос и резервуар чистой воды.

Это наиболее эффективный и удобный в обслуживании метод генерации кислорода.

Производительность фотореактора

Производительность фотореактора составляла в сутки примерно 40 литров живой суспензии хлореллы. Кстати, хлорелла очень оказалась быстро размножающейся микроводорослью, которая за сутки увеличивала свою биомассу в 5 раз. Но этот эффект был достигнут только тогда, когда мы подсоединили баллон с углекислым газом.

Рдест плавающий

Этот многолетник, как и многие растения-оксигенаторы, не только обогащает воду кислородом, но и являются прибежищем для рыб. Размещают растение в самой глубокой части пруда, куда его погружают в контейнере или высаживают прямо в грунт, придавив черенки грузом.

Рдест хорошо растет на солнце, но можно содержать его еще и в полутени. Овальные листья удлиненных побегов растения находятся на поверхности, а отдельные части могут отрываться и свободно плавать по глади пруда. Единственная проблема с рдестом плавающим заключается в том, что его рост крайне сложно ограничить.

Роголистник

Многолетнее растение довольно распространено в районах средней полосы. Роголистник имеет длинные стебли, ветвящиеся в верхней части. Листья представляют собой рассеченные узкие ниточки. Растение подходит для глубоководных зон и может расти даже на глубине до 9 м.

Роголистник будет хорошо себя чувствовать как в тени, так и на солнце, но слишком яркого освещения он не любит. Зимовать растение может прямо в водоеме: его верхняя часть отмирает, а почки погружаются на дно.

Системность — источник радости и постоянных проблем

Когда вы начинаете прохождение, Oxygen Not Included не даёт вам какую-то конкретную цель — по сути вы можете делать всё, что угодно. Но, к сожалению, у вас нет для этого ресурсов. Всё, что доступно в самом начале: три юнита, небольшой запас еды, маленькая комната, заполненная кислородом, и особый станок, который печатает людей. Вроде бы неплохо, но горы свернуть вряд ли получится.

Чтобы это исправить, нужно расширяться: вы осваиваете пространство, раздаёте поручения, юниты копают землю, добывают ресурсы, возводят стены и постройки. У колонии начинает заканчиваться воздух — вы строите генераторы кислорода. У людей заканчивается еда — вы строите кухню и показываете, где собирать нужные ингредиенты. Подобный менеджмент ресурсов вряд ли кого-то удивит — всё как в обычном симуляторе выживания.

Но Oxygen Not Included не заслужила бы свою популярность, если бы этим всё и ограничилось. Главная особенность игры заключается в том, что всё окружение — это одна гигантская эмергентная система.

Эмергентные системы в том или ином виде присутствуют во множестве игр. Чтобы лучше понять принцип эмергентности, вспомним несколько примеров. В Magicka можно заморозить воду, в Divinity: Original Sin, помимо этого, можно поджечь разлитое масло, а в The Legend of Zelda:

Во всех этих примерах задействованы природные элементы, взаимодействие которых интуитивно понятно каждому человеку. В Oxygen Not Included представлена подобная система, но она намного сложнее, потому что строится на основе физических свойств разных веществ.

Вот пример: в начале прохождения для выработки кислорода я использовал самые простые генераторы, для работы которых нужно лишь электричество и водоросли. Такие устройства помогают на ранних этапах развития базы. Благодаря этому у моей колонии долгое время вообще не было проблем с кислородом. К тому же я специально построил стены, полы и потолки так, чтобы кислород свободно распространялся по всем помещениям.

Первая проблема возникла неожиданно — у меня закончились водоросли. Я отправил несколько экспедиций к небольшим залежам ресурса, но этого явно было недостаточно. Перспектива всеобщего удушья становилась всё более реальной.

К счастью, мой учёный закончил исследование и открыл доступ к более эффективному генератору кислорода, который расщеплял воду на кислород и водород. Проблема исчезла так же стремительно, как и появилась.

У моей колонии начался беззаботный «золотой век». Я отправлял людей в далёкие уголки карты, экспериментировал с новыми источниками энергии и даже задумался о декоре. Моя колония была в безопасности и все базовые потребности в пирамиде Маслоу были удовлетворены. Я расслабился. И это было ошибкой.

Помните я говорил, что электролизер разделяет воду на кислород и водород? Помните, что я построил свою колонию так, чтобы газы без проблем перемещались между стенами? Помните, что водород — это газ, который легче кислорода?

В результате вся верхняя часть моей базы оказалась заполнена водородом. Мои люди лишились продвинутой кухни и большой столовой, в которой они собирались все вместе. Также водород занял казарму, в которой ночевала половина всех колонистов — для них шанс задохнуться во сне оказался вполне реальным.

И это лишь один пример того, как работает системность в Oxygen Not Included. Лёгкие газы поднимаются наверх, тяжелые стелятся по земле. Жидкости стекают вниз, но если у них разная плотность, то они не смешиваются друг с другом.

При этом ничего никогда не исчезает бесследно — если на базе произошла утечка природного газа, то не стоит ждать, что он просто растворится. Нет, он продолжит перетекать из одного помещения в другое, пока не осядет в укромном месте. Так же и с жидкостью — если она попала на пол, то её не получится растереть тапком и подождать, пока она высохнет. Её нужно подтереть шваброй и собрать в бутыль.

Всегда нужно помнить, что колония — это закрытая система с постоянным количеством вещества, которое просто переходит из одного состояния в другое.

Террариум водорослей

Торфяные болота необходимы для дыхания человека

Кто же тогда является на нашей планете основным поставщиком этого необходимого для дыхания газа? На суше это, как ни странно… торфяные болота. Всем известно, когда на болоте погибают растения, их организмы не разлагаются, поскольку бактерии и грибы, делающие эту работу, не могут жить в болотной воде — там много природных антисептиков, выделяемых мхами.

Итак, отмершие части растений, не разлагаясь, опускаются на дно, образуя залежи торфа. А если нет разложения, то и кислород не тратится. Поэтому болота отдают в общий фонд около 50 процентов вырабатываемого ими кислорода (другую половину используют сами обитатели этих неприветливых, но весьма полезных мест).

Турча

Данный оксигенатор отличается от многих представителей группы способностью к яркому цветению. Цветки турчи появляются на цветоносах, которые вырастают до 20-25 см в высоту и возвышаются над поверхность водной глади пруда. Белые или бледно-фиолетовые цветки находятся на самом верху цветоносов.

Перистые листья у растения имеют ярко-зеленую окраску. Осенью они отмирают, а почки турчи благополучно зимуют в пруду. Размножить растение можно черенкованием, которое лучше всего проводить летом.

Другие растения-оксигенаторы для садового водоема: болотница, лютик водяной, тиллея, уруть, хара, телорез.

Помните, что растения-оксигенаторы весьма полезны для пруда, поэтому, организовывая на участке водоем, не забудьте поселить в нем элодею, роголистник или водяной мох.

Установка

Был склеен плоский аквариум (фотореактор) высотой 1 * 1 * 0,04 м (объемом 40 литров), в котором размещались стеклянные перегородки для увеличения пути, проходимой водой. Через аквариум прогонялась вода из бассейна, где культивировали осетра, предварительно прошедшая через песочный фильтр.

Этот плоский аквариум освещался восемью установленными в упор к стеклу люминесцентными лампами мощностью по 36 Вт с обеих сторон.  После него вода самотеком поступала в молочный сепаратор проточного типа, который был настроен на разделение чистой воды и суспензии микроводорослей.

Цианобактерии как источник кислорода для мозга

В качестве источника необходимого для жизни газа учеными было решено использовать микроорганизмы — одноклеточные зеленые водоросли и цианобактерии. К слову, последние в свое время, когда Земля замедлила свое вращение, обеспечили кислородом всю нашу атмосферу. Поэтому их способность эффективно вырабатывать кислород хорошо известна.

Элодея

Это водное растение также известно как «водная чума». Все потому, что оно очень быстро разрастается. Однако способность элодеи к очистке воды существенно затмевает этот недостаток. Растение легко узнать по его длинным ярко-зеленым побегам с мелкими ланцетными листочками и белыми цветками, которые появляются в летнее время.

Элодея предпочитает стоячую воду и температуру около 20°С. Поскольку растение может жить на глубине от 20 см до 3 м, высаживать его можно как на прибрежных участках, так и на глубоководье. Особого ухода элодея не требует, разве что ее нужно периодически прореживать.