Хеллвиг Тина
http://world.lib.ru/h/hellwig_t/biosfera-2mifyirealxnostx.shtml
Недавно мне посчастливилось посетить одну из достопримечательностей Тусона — "Биосферу -2". Это поразительное сооружение имеет очень интересную историю создания, которая выглядит, как хорошо закрученный детектив. Однако, все по порядку.
В этот день мы выехали из дома в 9 часов утра, поскольку предстояло проехать больше 100 км до цели нашего путешествия. Через 2 часа пути перед нашим взором открылось панорама, состоящая из каких-то фантастических прозрачных сооружений конической и полукруглой формы, позади которых виднелись закрытые белые полусферы и что-то, напоминающее восточную мечеть. Создавалось впечатление, что мы приближаемся к какой-то неземной конструкции, которая подошла бы больше для лунного или марсианского пейзажа…
Когда мы подъехали поближе и попытались найти место для парковки, то это удалось сделать с большим трудом. Следует заметить, что когда наша машинка ехала по хайвэю, то дорога была почти пустынна, и я решила, что "Биосфера-2" из-за своей удаленности от города не очень часто посещается. Но как я была неправа, вся стоянка была забита машинами до отказа. Но нам с мужем сказочно повезло, когда мы обнаружили, что одно место сейчас освободиться, т.к. припаркованная машина начала выезд со стоянки.
Первый вопрос, который у меня возник, когда я разглядывала издали эту конструкцию: зачем и как долго она строилась. Вскоре я получила ответ на эти и многие другие вопросы.
Ученые давно задумывались, почему же так сложно прогнозировать поведение биосферы Земли? На ее состояние влияют очень многие факторы. Из-за этого сложно проводить теоретические расчеты и строить математические модели поведения биосферы Земли, а поставить эксперимент на "натурной модели" невозможно, поскольку нельзя экспериментировать над целой планетой. Это может привести к непредсказуемым последствиям, да и технические возможности цивилизации неспособны действовать так глобально.
Уже давно в научном мире подспудно зрела мысль о создании модели земной биосферы в миниатюре. Она должна быть абсолютно изолирована от остального мира, в ней будет своя атмосфера, почва, океан, джунгли, животные и растения. В замкнутую мини-биосферу будет поступать только солнечная энергия, точно так же как это происходит с нашей планете, куда практически ничего не поступает извне, кроме солнечного света и тепла. Построив такой мир можно было бы начать эксперименты, например, увеличив концентрацию углекислого газа и посмотреть на последствия. Кроме того, интересно выяснить, как будет развиваться эта экспериментальная биосфера в будущем, если ее предоставить самой себе. И, безусловно, такой опыт может понадобиться в будущем, при постройке поселений человека на других планетах.
Большим энтузиастом создание модели замкнутой биосферы был техасский миллиордер Эд Басс. Он же выступил основным спонсором. Разработка конструкций и систем заняла около 10 лет, в течение этого времени специальные группы ученых собирали по всей Земле разнообразные виды животных и растений для заселения Биосферы — 2, подбирали образцы почвы, тщательно следя за тем, чтобы все там было биологически сбалансировано.
В 1986 году в пустыне южной Аризоны, у подножья гор Санта-Каталина, в 60-ти километрах к северу от Тусона компанией "Space Biosphere Ventures" было начато строительство этого необычного сооружения, получившего название "Биосфера-2". Одним из условий Эда Басса было проследить человеческие отношения в условиях дикой природы и полной изоляции.
В 1990-м году была построена грандиозная конструкция, представляющая собой замкнутую природную систему, получившую название "Биосфера-2", при этом имелось в ввиду, что что Биосфера 1 — это наша Земля. Биосфера 2 — это грандиозная и величественная конструкция из стекла и армированной стали, занимает площадь 1.27 гектара, объем атмосферы, заключенной в ней 203 760 кубометра. Она была полностью покрыта стеклянным колпаком, пропускающим 50% солнечного света. В 5-6-этажных "домах" из стекла и стали разместились семь экологических систем в миниатюре: влажный тропический лес, саванна, болото, океан, пустыня. Кроме того, там были бассейны для рыб, инсектариум с 250 видами насекомых, сельскохозяйственная ферма (тут должны были обитать примерно 4 тысячи видов растений и животных) и жилая часть — комнаты для сотрудников, мастерские, информационно-вычислительный центр для контроля за всеми процессами. Каждая из этих экологических систем была отделена от других и имела свой особый климат. К примеру, испарение воды из "моря" осуществлялось с помощью вентиляторов. Образующийся пар поступал в "джунгли", где поддерживалась определенная влажность, имитировались "облака" и "туман". Управляемые компьютерами защитные экраны позволяли иметь в каждом отсеке соответствующие температурные и световые условия. . Специальные "легочные" установки контролировали давление внутри конструкции, чтобы не нарушить ее изоляции.
Биосфера — 2 достаточно велика, чтобы поддерживать всю экосистему в равновесии и в то же время достаточно мала, чтобы все процессы, происходящие в ней было легко исследовать. А что самое интересное, Биосфера 2 была разработана специально для того, чтобы в ней могли жить люди, причем абсолютно изолированно от остального мира: ни пища, ни воздух, ни вода, ни какое-либо другое вещество не проникает внутрь и ничто не уходит наружу, кроме солнечного света, электричества и информации по проводам. Даже "дно" изолировано от земли на которой она стоит специальными герметично сваренными железными листами, а для поддержания постоянного давления воздуха внутри Биосферы 2, колебания которого происходят из-за изменения температуры (днем и ночью) предусмотрены гигантские мембраны-легкие. Утечка воздуха из всей конструкции составляла не более 10% за год. Сложные технические устройства создают: течения в "океане", тропические дожди, морской прибой и имитируют другие природные явления, а множество специальных датчиков постоянно определяет температуру, содержание тех или иных элементов в почве, воде и воздухе внутри Биосферы 2, записывая эти параметры для дальнейших исследований.
26 сентября 1991 года в герметически закрытый мир "Биосферы-2" вошли восемь добровольцев (четыре мужчины и четыре женщины). Двери за "биосферянами" ; официально их называли "эконавтами" ; закрылись, были тщательно задраены люки, все щели, все пазы, обрублены все нити, соединяющие испытателей с Землей. Они должны были провести в "Биосфере-2" в полной изоляции два года, прожить их там так, как если бы находились все это время где-нибудь на другой планете. "Биосферянам" не надо было отказывать себе и в мясе. "Мы разрабатываем комплексную систему питания, — рассказывал один из научных руководителей проекта Карл Ходжес, — люди не обязаны есть водоросли, у них будут козы, куры, рыбы и прочее. В таком виде модель биосферы в принципе могла бы существовать, развиваться и поддерживать свое равновесие и на Марсе". Хотя людям, находящимся в этой огромной воздухонепроницаемой конструкции, и был создан максимальный психологический и биологический комфорт, спрос с них был очень жестким. В частности, экологический тип мышления должен был стать для них непременным законом. "Если кто-нибудь бросит что-либо вредное для здоровья человека в водосток системы, он найдет это через пару недель у себя в чашке с кофе", — говорил Ходжес.
Однако, уже через полтора месяца после начала эксперимента из "Биосферы-2" стали поступать тревожные вести. В атмосфере стеклянного здания, где обитали эконавты, начали накапливаться избытки углекислоты. Содержание этого газа превысило запланированное. Чтобы снизить его до нормы, пришлось применить механические средства. Тем самым, концепция "чисто природной экосистемы" уже была нарушена. Отмечались и другие тревожные явления. В искусственной атмосфере "Биосферы-2" снизилась концентрация кислорода. Она стала такой же, как на высоте 3500 метров над уровнем моря, т.е упала с 21 до 14%. Результат — постоянные головные боли и снижение трудоспособности участников эксперимента. Эконавты стали испытывать и некоторое недоедание. Во-первых, расплодились вредители и стали съедать значительную часть урожая. Для борьбы с ними эконавты принялись разводить их естественных врагов — насекомых, питающихся личинками этих вредителей. Во-вторых, "подвели" свиньи: они не желали размножаться и набирать вес, пришлось забить их на мясо.
"Океан" сделался мутным из-за того, что размножились сине-зелёные водоросли.
Изначально предполагалось, что питание биосферян будет близко к вегетарианскому, но действительность далеко превзошла эти ожидания. Оказалось, что вырастить на четверти гектара достаточно продуктов для восьми человек — дело непростое. Эконавтам удалось самим выращивать лишь около 85% необходимых продуктов питания. И они стали быстро терять в весе. Им пришлось потреблять в сутки всего что-то около 2 тысяч калорий. В результате в среднем каждый похудел на 10 килограммов. У биосферян было отмечено резкое падение содержания сахара в крови, снижение количества белых кровяных телец, холестерина и кровяного давления. Учёным пришлось пойти на нарушение условий эксперимента и начать поставку внутрь кислорода и продуктов (эти факты скрывались, и были разоблачены впоследствии).
Вообще в "Биосфере-2" не все шло так, как надеялись ее создатели и устроители. К примеру, почему-то развелось много муравьев, хотя их присутствие в системе первоначально вовсе не планировалось. Травы и кустарники неожиданно стали захватывать территорию, выделенную под пустыню, так как возникший "под колпаком" искусственный климат оказался чересчур влажным. Оставляло желать много лучшего и состояние искусственного океана. Содержание планктона в его водах резко сократилось, и лишенные питания коралловые полипы вымирали. Далее выяснилось, что почва в этом гигантском парнике излишне богата питательными веществами, поэтому почвенные бактерии непомерно размножились. Эти микроскопические существа потребляли такое количество кислорода, что эконавты начали страдать от кислородного голодания.
Несмотря на все эти трудности, эксперимент был завершен. Точно в назначенный срок, 26 сентября 1993 года, биосферяне покинули свой ковчег. И сразу же после завершения этой эпопеи две пары ее участников поженились. Американцы не были бы американцами, если бы они не постарались не только дать ценные сведения науке, но и извлечь из своих необычных приключений еще и коммерческую выгоду. Практически все участники выпустили мемуары, а один из них опубликовал книгу рецептов биосферной еды. Ведь она помогала снижать содержание холестерина в крови, способствовала похуданию. Кстати, сами бывшие эконавты долго не могли привыкнуть к обычной земной пище. Почему-то она казалась им искусственной и безвкусной!
Но дальше всех пошли Джейн Пойнтер и Табер Маккаллум, два участника этого эксперимента. Уже в 1993 году они основали компанию Paragon Space Development Corporation, которая наладила массовое производство… карманных биосфер. Были разработаны миниатюрные, размером от 10 до 30 см в диаметре — биологические аквасистемы. В них абсолютно безо всякого ухода могли жить разнообразные морские и пресноводные животные. На эти кажущиеся совершенно бесполезными "игрушками" в Америке был большой спрос.
В марте 1994 в "Биосфере-2" начала работать вторая смена биосферян, уже из пяти человек. Сменилась и парадигма исследований. Первая вахта была занята в основном собственным выживанием, стремлением обеспечить себя всем необходимым для более-менее полноценной жизни. Теперь же в "Биосферу-2" стали вхожи специалисты-исследователи. Они проводили эксперименты, и срок их пребывания мог варьироваться от нескольких суток до нескольких месяцев. Это уже были фактически не эконавты, а представители различных наук. И проводить полную изоляцию их от внешней среды — об этом теперь уже совсем не помышляли.
Между тем экологическая обстановка в "Биосфере-2" все ухудшалась. И осенью 1994 года и вторая смена специалистов была спешно эвакуирована, а здание ; наглухо закрыто. В марте 1995 года было принято новое решение ; откупорить "Биосферу-2", основательно проветрить ее и провести в ней "генеральную уборку".
Проект был передан Колумбийскому университету. Они решили прекратить эксперимент и удалить из сооружения людей, поскольку было неясно, как решить проблему питания и сохранения неизменного состава воздуха. Однако, в середине 1996 года ученые начали новый эксперимент, уже без участия людей. Они должны были выяснить:
• действительно ли с увеличением процентного содержания СО2 урожайность повышается и до каких пор;
• что происходит с излишками углекислоты и где они накапливаются;
Обнаруженные проблемы:
• В лаборатории расплодилось огромное количество микробов и насекомых, особенно тараканов и муравьёв.
• Под стеклянной крышей комплекса по утрам конденсировалась вода и лился искусственный дождь.
• Создатели не предусмотрели такого явления, как ветер: оказалось, что без регулярного раскачивания деревья становятся хрупкими и ломаются
В 1997 году проект "Биосфера-2" был закрыт. Тогда выяснилось, что температура и химический состав воздуха внутри помещений в этом рукотворном ковчеге начинают выходить за пределы безопасности. Американцы потратили около 200 миллионов долларов и попытались ответить на вопрос, можно ли создать абсолютно автономную модель земной биосферы. К сожалению, в этот раз опыт окончился неудачей, "малая Земля", воссозданная стараниями ученых и конструкторов, стала непригодной для жизни.
Однако уже в январе 2001 года у этого долгого эксперимента как бы открылось второе дыхание. Министр энергетики США подписал с Колумбийским университетом соглашение об использовании строений "Биосферы-2" для нужд его ведомства. Было решено в течение двух лет выделить 700 тысяч долларов на то, чтобы приспособить сооружение для изучения реакций экологической системы на глобальные и региональные климатические изменения.
10 января 2005 года компания-владелец уникального комплекса выставила лабораторию на продажу. Двадцать лет после того, как комплекс был построен, он был продан компании CDO Ranching & Development LP, которая приобрела лот путем двух сделок. Она заплатила 9 млн. долларов за здания, в том числе биосферные купола и студенческую деревню и еще 40 млн. долларов за землю вокруг собственности. В июне 2007 Университет штата Аризоны стал управлять "Биосферой-2".
Что сейчас можно увидеть на экскурсии в "Биосферу-2"? Самостоятельно следует посетить жилой корпус, где проводился эксперимент с эконавтами: спальни, кухню. Лаборатории, центр управления и аграрную зону, где биосферяне выращивали овощи и животных, чтобы обеспечить свое питание. Лучше всего с экскурсоводом отправиться в оранжереи, где до сих пор экспонируются несколько биомов: океан, мангровые заросли, саванна, пустыня и ливневый тропический лес. Экскурсовод показывает посетителям сложные инженерные подземные сооружения, которые обеспечивают функционирование замкнутых экосистем биосферы. Особого внимания заслуживает посещение круглых полусфер — "легких" Биосферы-2, которые поддерживают газовый состав атмосферы в строениях. Особенно потрясает воображение 20-ти тонная металлическая конструкция, которая парит в пространстве за счет разницы в давлении воздуха. Интересно самостоятельно посетить выставку в цокольном этаже, расположенном под океаном. Через стеклянные окна можно наблюдать жизнь кораллового рифа, осмотреть панорамы различных глубоководных биоценозов и сфотографироваться на память с каким-нибудь симпатичным морским животным.
После трехчасовой прогулки, набравшись положительных впечатлений и узнав много интересного об истории создания и функционирования Биосферы-2, мы покидали это красивое место. Однако осталась небольшая грустинка. Когда этот проект только замышлялся, правительство США по космосу считало возможным создать в 2017 году поселения на Луне, а к 2027 году ; на Марсе. Тогда подсчитали, что потребуются не менее трех лет жизни в условиях, подобных тем, что были организованы в "Биосфере-2", чтобы проделать путь к красной планете и вернуться обратно. Практически, эту задачу решить не удалось из-за разных накладок и неучтенных факторов. Меня, как биолога, утешает одно, что на базе Биосферы -2 продолжается экологическое образование студентов, которые проводят различные натурные эксперименты, пишут научные статьи, зачищают дипломы и диссертации. Поэтому есть надежда, что рано или поздно человечество сумеет создать прообраз замкнутых экосистем, где человек сможет жить в течение долгого времени, и такие "космические дворцы" будут украшать наши ближние и дальние планеты, куда еще не ступала нога человека.
