Біосфера-2. Реальність
Хеллвіг Тіна
Нещодавно мені пощастило відвідати одну із визначних пам'яток Тусона - "Біосферу -2". Ця разюча споруда має дуже цікаву історію створення, яка виглядає як добре закручений детектив. Проте все по порядку.
Цього дня ми виїхали з дому о 9-й годині ранку, оскільки мало проїхати більше 100 км до мети нашої подорожі. Через 2 години шляху перед нашим поглядом відкрилося панорама, що складається з якихось фантастичних прозорих споруд конічної та напівкруглої форми, за якими виднілися закриті білі напівсфери і щось, що нагадує східну мечеть. Складалося враження, що ми наближаємося до якоїсь неземної конструкції, яка б підійшла більше для місячного чи марсіанського пейзажу…
Коли ми під'їхали ближче і спробували знайти місце для паркування, то це вдалося зробити з великими труднощами. Слід зазначити, що коли наша машинка їхала хайвеєм, то дорога була майже пустельна, і я вирішила, що "Біосфера-2" через свою віддаленість від міста не дуже часто відвідується. Але як я була неправа, вся стоянка була забита машинами вщерть. Але нам із чоловіком казково пощастило, коли ми виявили, що місце зараз звільнитися, т.к. припаркована машина розпочала виїзд зі стоянки.
Перше питання, яке у мене виникло, коли я розглядала здалеку цю конструкцію: навіщо і як довго вона будувалася. Незабаром я отримала відповідь на ці та багато інших питань.
Вчені давно замислювалися, чому так складно прогнозувати поведінку біосфери Землі? На її стан впливає дуже багато факторів. Через це складно проводити теоретичні розрахунки та будувати математичні моделі поведінки біосфери Землі, а поставити експеримент на "натурній моделі" неможливо, оскількине можна експериментувати над цілою планетою. Це може призвести до непередбачуваних наслідків, та й технічні можливості цивілізації не здатні діяти так глобально.
Вже давно у науковому світі приховано зріла думка про створення моделі земної біосфери в мініатюрі. Вона має бути абсолютно ізольована від решти світу, в ній буде своя атмосфера, ґрунт, океан, джунглі, тварини та рослини. У замкнуту міні-біосферу надходитиме лише сонячна енергія, так само як це відбувається з нашої планети, куди практично нічого не надходить ззовні, крім сонячного світла та тепла. Побудувавши такий світ можна було б розпочати експерименти, наприклад, збільшивши концентрацію вуглекислого газу та подивитися на наслідки. Крім того, цікаво з'ясувати, як розвиватиметься ця експериментальна біосфера в майбутньому, якщо її надати собі. І, безумовно, такий досвід може знадобитися в майбутньому, при будівництві людей на інших планетах.
Великим ентузіастом створення моделі замкнутої біосфери був техаський мільярдер Ед Басс. Він виступив основним спонсором. Розробка конструкцій та систем зайняла близько 10 років, протягом цього часу спеціальні групи вчених збирали по всій Землі різноманітні види тварин та рослин для заселення Біосфери — 2, підбирали зразки ґрунту, ретельно стежачи за тим, щоб усе там було біологічно збалансовано.
У 1986 році в пустелі південної Арізони, біля підніжжя гір Санта-Каталіна, за 60 кілометрів на північ від Тусона компанією "Space Biosphere Ventures" було розпочато будівництво цієї незвичайної споруди, яка отримала назву "Біосфера-2". Однією з умов Еда Басса було простежити людські стосунки в умовах дикої природи та повної ізоляції.
У 1990-му році була побудована грандіозна конструкція, що є замкнутою природною системою, що отримала назву "Біосфера-2", при цьому мало на увазі, що Біосфера 1 - це наша Земля. Біосфера 2 – це грандіозна та велична конструкція зі скла та армованої сталі, що займає площу 1.27 гектара, об'єм атмосфери, укладеної в ній 203 760 кубометрів. Вона була повністю покрита скляним ковпаком, що пропускає 50% сонячного світла. У 5-6-поверхових "будинках" зі скла та сталі розмістилися сім екологічних систем у мініатюрі: вологий тропічний ліс, савана, болото, океан, пустеля. Крім того, там були басейни для риб, інсектаріум із 250 видами комах, сільськогосподарська ферма (тут мали мешкати приблизно 4 тисячі видів рослин та тварин) та житлова частина — кімнати для співробітників, майстерні, інформаційно-обчислювальний центр для контролю за всіма процесами. Кожна з цих екологічних систем була відокремлена від інших і мала свій особливий клімат. Наприклад, випаровування води з "моря" здійснювалося за допомогою вентиляторів. Пар, що утворився, надходив у "джунглі", де підтримувалася певна вологість, імітувалися "хмари" і "туман". Захисні екрани, що керуються комп'ютерами, дозволяли мати в кожному відсіку відповідні температурні та світлові умови. . Спеціальні "легеневі" установки контролювали тиск усередині конструкції, щоб не порушити її ізоляцію.
Проте вже через півтора місяці після початку експерименту з "Біосфери-2" почали надходити тривожні звістки. В атмосфері скляної будівлі, де мешкали еконавти, почали накопичуватися надлишки вуглекислоти. Зміст цього газу перевищив запланований. Щоб знизити його до норми, довелося застосувати механічнізасоби. Тим самим було, концепція " суто природної екосистеми " вже було порушено. Наголошувалися й інші тривожні явища. У штучній атмосфері "Біосфери-2" знизилася концентрація кисню. Вона стала такою самою, як на висоті 3500 метрів над рівнем моря, тобто впала з 21 до 14%. Результат - постійні головні болі та зниження працездатності учасників експерименту. Еконавти почали відчувати і деяке недоїдання. По-перше, розплодилися шкідники та почали з'їдати значну частину врожаю. Для боротьби з ними еконавти почали розводити їх природних ворогів — комах, які харчуються личинками цих шкідників. По-друге, "підвели" свині: вони не хотіли розмножуватися і набирати вагу, довелося забити їх на м'ясо.
"Океан" став каламутним через те, що розмножилися синьо-зелені водорості.
Спочатку передбачалося, що харчування біосферян буде близько до вегетаріанському, але дійсність далеко перевершила ці очікування. Виявилося, що виростити на чверті гектара достатньо продуктів для восьми осіб – справа непроста. Еконавтам удалося самим вирощувати лише близько 85% необхідних продуктів харчування. І вони почали швидко втрачати у вазі. Їм довелося споживати за добу всього близько 2 тисяч калорій. У результаті в середньому кожен схуд на 10 кілограмів. У біосферян було відзначено різке падіння вмісту цукру в крові, зниження кількості білих кров'яних тілець, холестерину та кров'яного тиску. Вченим довелося піти на порушення умов експерименту і почати постачання всередину кисню та продуктів (ці факти ховалися і були викриті згодом).
Загалом у "Біосфері-2" не все йшло так, як сподівалися її творці та організатори. Наприклад, чомусь розлучилося багато мурах, хоча їхня присутність у системіспочатку зовсім не планувалося. Трави і чагарники несподівано почали захоплювати територію, виділену під пустелю, оскільки штучний клімат, що виник "під ковпаком", виявився надто вологим. Бажало багато кращого і стан штучного океану. Зміст планктону у водах різко скоротилося, і позбавлені харчування коралові поліпи вимирали. Далі з'ясувалося, що ґрунт у цьому гігантському парнику зайво багатий поживними речовинами, тому ґрунтові бактерії непомірно розмножилися. Ці мікроскопічні істоти споживали таку кількість кисню, що еконавти почали страждати від кисневого голодування.
Але далі за всіх пішли Джейн Пойнтер і Табер Маккаллум, два учасники цього експерименту. Вже 1993 року вони заснували компанію Paragon Space Development Corporation, яка налагодила масове виробництво… кишенькових біосфер. Були розроблені мініатюрні, розміром від 10 до 30 см у діаметрі – біологічні аквасистеми. У них абсолютно без будь-якого догляду могли жити різноманітні морські та прісноводні тварини. На ці здається абсолютно марними "іграшками" в Америці був великий попит.
Проект було передано Колумбійському університету. Вони вирішили припинити експеримент і видалити зі спорудження людей, оскільки було неясно, як вирішити проблему харчування та збереження постійного складу повітря. Однак, у середині 1996 року вчені розпочали новий експеримент, уже без участі людей. Вони мали з'ясувати:
• чи справді зі збільшенням відсоткового вмісту СО2 врожайність підвищується і доки;
• що відбувається з надлишками вуглекислоти та де вони накопичуються;
• У лабораторії розплодилося безліч мікробів і комах, особливо тарганів і мурах.
• Під скляним дахом комплексувранці конденсувалася вода та лився штучний дощ.
• Творці не передбачили такого явища, як вітер: виявилося, що без регулярного розгойдування дерева стають крихкими та ламаються.
1997 року проект "Біосфера-2" був закритий. Тоді з'ясувалося, що температура та хімічний склад повітря всередині приміщень у цьому рукотворному ковчезі починають виходити за межі безпеки. Американці витратили близько 200 мільйонів доларів та спробували відповісти на запитання, чи можна створити абсолютно автономну модель земної біосфери. На жаль, цього разу досвід закінчився невдачею, "мала Земля", відтворена стараннями вчених та конструкторів, стала непридатною для життя.
Що зараз можна побачити на екскурсії до "Біосфери-2"? Самостійно слід відвідати житловий корпус, де проводився експеримент із еконавтами: спальні, кухню. Лабораторії, центр управління та аграрну зону, де біосферяни вирощували овочі та тварин, щоб забезпечити своє харчування. Найкраще з екскурсоводом вирушити в оранжереї, де досі експонуються кілька біомів: океан, мангрові зарості, савана, пустеля та зливовий тропічний ліс. Екскурсовод показує відвідувачам складні інженерні підземні споруди, які забезпечують функціонування замкнених екосистем біосфери. На особливу увагу заслуговує відвідування круглих півсфер - "легких" Біосфери-2, які підтримують газовий склад атмосфери в будівлях. Особливо приголомшує уяву 20-ти тонна металева конструкція, яка ширяє в просторі за рахунок різниці в тиску повітря. Цікаво самостійно відвідати виставку на цокольному поверсі, розташованому під океаном. Через скляні вікна можна спостерігати життя коралового рифу, оглянути панорами різних глибоководних біоценозів тасфотографуватися на згадку з якоюсь симпатичною морською твариною.
Після тригодинної прогулянки, набравшись позитивних вражень та дізнавшись багато цікавого про історію створення та функціонування Біосфери-2, ми залишали це гарне місце. Однак залишилася невелика сумка. Коли цей проект тільки замишлявся, уряд США з космосу вважав за можливе створити в 2017 році поселення на Місяці, а до 2027 року; на Марсі. Тоді підрахували, що знадобляться не менше трьох років життя в умовах, подібних до тих, що були організовані в "Біосфері-2", щоб пройти шлях до червоної планети і повернутися назад. Практично, це завдання вирішити не вдалося через різні накладки та невраховані фактори. Мене, як біолога, втішає одне, що на базі Біосфери -2 продовжується екологічна освіта студентів, які проводять різні натурні експерименти, пишуть наукові статті, зачищають дипломи та дисертації. Тому є надія, що рано чи пізно людство зуміє створити прообраз замкнутих екосистем, де людина зможе жити протягом тривалого часу, і такі "космічні палаци" прикрашатимуть наші ближні та далекі планети, куди ще не ступала нога людини.