随着太空探索的进步，我们最近看到大量时间和资金投入到可能有效利用太空资源的技术中。在这些努力的前沿，是对在月球上生产氧气的最佳方式的激光般专注。今年10月，澳大利亚航天局与NASA签署了一项协议，将在阿耳忒弥斯计划下向月球发送一辆澳大利亚制造的漫游车，目标是收集最终能在月球上提供可呼吸氧气的月球岩石。尽管月球确实有一个大气层，但它非常稀薄，主要由氢、氖和氩组成。
这不是那种可以维持依赖氧气的哺乳动物如人类的气体混合物。话虽如此，月球上实际上有大量的氧气。它只是不是以气体的形式存在。相反，它被困在风化层中——覆盖月球表面的岩石和细尘层。如果我们能从风化层中提取氧气，它是否足以支持月球上的人类生命？氧气可以在我们周围的地面中的许多矿物中找到。月球主要由你在地球上发现的相同岩石构成（尽管来自陨石的物质略多）。硅、铝、铁和镁氧化物等矿物主导着月球的景观。
所有这些矿物都含有氧气，但不是我们的肺可以访问的形式。在月球上，这些矿物以几种不同的形式存在，包括硬岩、灰尘、碎石和覆盖表面的石头。这种材料是由于无数年来陨石撞击月球表面而形成的。有些人称月球表面层为月球“土壤”，但作为一名土壤科学家，我对使用这个术语持谨慎态度。正如我们所知，土壤是非常神奇的东西，它只存在于地球上。它是由大量生物在土壤的母质（风化层，源自硬岩）上工作了数百万年而形成的。
结果是一种在原始岩石中不存在的矿物质矩阵。地球的土壤具有显著的物理、化学和生物特性。与此同时，月球表面的材料基本上是原始的、未触碰的风化层。月球的风化层由大约45％的氧组成。但这种氧气紧密地结合在上述矿物中。为了打破这些强大的键，我们需要投入能量。如果你知道电解，你可能对这个过程很熟悉。在地球上，这个过程通常用于制造，例如生产铝。电流通过电极通过液态氧化铝（通常称为氧化铝），将铝与氧气分离。
在这种情况下，氧气作为副产品产生。在月球上，氧气将是主要产品，提取的铝（或其他金属）将是一个可能有用的副产品。这是一个相当直接的过程，但有一个问题：它非常耗能。要可持续，它需要由月球上可用的太阳能或其他能源支持。从风化层中提取氧气还需要大量的工业设备。我们首先需要将固体金属氧化物转化为液体形式，方法是施加热量，或热量与溶剂或电解质结合。
我们在地球上有这项技术，但将这个装置移动到月球——并产生足够的能量来运行它——将是一个巨大的挑战。今年早些时候，总部位于比利时的初创公司Space Applications Services宣布正在建造三个实验反应堆，以改进通过电解制造氧气的过程。他们预计将在2025年作为欧洲航天局的就地资源利用（ISRU）任务的一部分将这项技术送到月球。
话虽如此，当我们确实设法实现时，月球实际上可能提供多少氧气？好吧，事实证明相当多。如果我们忽略月球深处硬岩材料中绑定的氧气——只考虑表面容易获得的风化层——我们可以得出一些估计。每立方米月球风化层平均含有1.4吨矿物，包括约630公斤的氧气。NASA表示，人类每天需要呼吸约800克的氧气才能生存。所以630公斤的氧气可以让一个人活大约两年（或稍多）。
现在让我们假设月球上风化层的平均深度约为10米，并且我们可以从中提取所有氧气。这意味着月球表面顶部10米将提供足够的氧气来支持地球上所有80亿人大约10万年。这也取决于我们如何有效地提取和使用氧气。无论如何，这个数字非常惊人！话虽如此，我们在地球上确实过得很好。我们应该尽一切努力保护蓝色星球——尤其是它的土壤——它继续支持所有陆地生命，甚至在我们不尝试的情况下。