Что такое биосфера 2. Проект - "биосфера", рай который лопнул

По крайней мере, так думали первое время, пока не выяснилось, что были допущены просчеты. В итоге рай для людей оказался настоящим адом, из который все они старались покинуть, как можно скорее.

Восемь человек, одетых в форменные футуристические комбинезоны, помахали огромной толпе журналистов и вошли в герметический шлюз, который располагался в аризонской пустыне. Воздухонепроницаемые стеклянные купола вмещали в себе пять ландшафтных модулей: джунгли, саванна, болото, пустыня и даже маленький океан с пляжем и коралловым рифом. Среди этой красоты располагался сельскохозяйственный блок, оснащенный по последнему слову техники, а также жилой дом, построенный в авангардном стиле. Также кроме людей внутрь были запущены около 4 тысяч разнообразных представителей фауны, включая коз, свиней и кур на ферме.

Весь этот ковчег должен был автономно просуществовать два года, питаясь тем, что росло под куполом, дыша кислородом, который выделяли растения, очищая и бесконечно используя одну и ту же воду. Этакая планета в миниатюре, нетронутая технической революцией, где восемь интеллигентных, просвещенных людей планировали заниматься простым физическим трудом, собираться за одним обеденным столом, музицировать в часы досуга и, наконец, работать ради великой цели, на благо науки. Чем не рай? Оказалось, не всё так просто…

Поначалу все было именно так, как они мечтали. Колонисты с энтузиазмом работали на полях фермы, проверяли работу всех систем, следили за бурной жизнью джунглей, ловили рыбу, сидели на своем маленьком пляже, а по вечерам ели великолепно приготовленный ужин из самых свежих продуктов на балкончике с видом на созревающий урожай. За зелеными грядками и стеклянной стеной фермы начиналась пустыня и горная гряда, за которой садилось солнце. Этот балкон колонисты прозвали «Визионерским кафе» – отсюда будущее казалось особенно радужным. После ужина устраивали философские дискуссии или импровизированные джем-сейшены. Многие взяли с собой музыкальные инструменты, и, хоть профессиональных музыкантов среди них не было, то, что получалось, на волне всеобщего энтузиазма казалось авангардной музыкой будущего.

Примерно через неделю главный техник «Биосферы» Ван Тилло пришел на завтрак очень взволнованным. Он объявил, что у него есть странные и неприятные новости. Ежедневные измерения состояния воздуха показали, что проектировщики купола ошиблись в расчетах. В атмосфере постепенно сокращается количество кислорода и увеличивается процент углекислого газа. Пока это совершенно незаметно, однако, если тенденция продолжится, примерно через год существование на станции станет невозможным. С этого дня райская жизнь бионавтов закончилась, началась напряженная борьба за воздух, которым они дышали.

Во-первых, было решено как можно интенсивнее наращивать зеленую биомассу. Все свободное время колонисты посвящали посадкам и уходу за растениями. Во-вторых, они запустили на полную мощность резервный поглотитель углекислого газа, с которого постоянно нужно было соскребать осадок. В-третьих, неожиданным помощником стал океан, где оседало некоторое количество CO2, превращаясь в уксусную кислоту. Правда, кислотность океана от этого постоянно росла, и приходилось использовать добавки, понижающие ее. Ничто не помогало. Воздух под куполом становился все более разреженным.

Вскоре перед бионавтами возникла еще одна глобальная проблема. Выяснилось, что ферма в 20 соток при всех современных технологиях обработки земли способна обеспечить лишь 80% потребностей колонистов в пище. Их ежедневный рацион (одинаковый для женщин и мужчин) составлял 1700 калорий, что нормально для сидячей офисной жизни, но катастрофически мало при том количестве физической работы, которую должен был выполнять каждый житель «Биосферы». Поначалу ужин сервировали в виде шведского стола, однако вскоре из-за этого начали возникать серьезные конфликты, и еду стали накладывать каждому в тарелку, отмеряя буквально до грамма. Люди вставали из-за стола голодными и постоянно мечтали о лакомствах большого мира. Вечерние философские дискуссии заменили фантазии о том, что они съедят, когда выйдут на свободу. Кладовую, где хранилось главное лакомство бионавтов – бананы, после отвратительного эпизода с анонимным разграблением пришлось запирать на ключ. Перед тем как отдавать очистки свиньям, люди тщательно выбирали все, что можно было съесть самим. Банановые шкурки и ореховая шелуха шли за деликатес.

Однажды вечером Джейн Пойнтер, ответственная за ферму, призналась, что ей было известно о будущем продовольственном кризисе. За несколько месяцев до заселения она просчитала, что бионавтам будет не хватать еды, однако под влиянием доктора Валфорда с его представлениями о здоровой диете было решено, что эта нехватка пойдет только на пользу. Доктор, кстати, был единственным, кто не жаловался на голод. Он же продолжал настаивать на справедливости своей теории: уже через полгода «голодной» диеты состояние крови бионавтов значительно улучшилось, понизился уровень холестерола, улучшился метаболизм. Люди потеряли от 10 до 18 процентов массы тела и выглядели удивительно молодо. Они улыбались из-за стекла журналистам и любопытным туристам, делая вид, что ничего не происходит. Однако бионавты чувствовали себя все хуже и хуже.
Лето 1992 года стало для колонистов особенно сложным. Посевы риса были уничтожены вредителями, так что их рацион на протяжении нескольких месяцев почти полностью состоял из фасоли, батата и моркови. Из-за избытка бета-каротина их кожа стала оранжевой.

К этой беде добавился особенно сильный эль-ниньо, из-за которого небо над «Биосферой-2» почти всю зиму было затянуто облаками. Это ослабило фотосинтез джунглей (значит, и выработку драгоценного кислорода), а также снизило и без того скудные урожаи.

Мир вокруг них терял свою красоту и гармоничность. В «пустыне» из-за конденсации на потолке регулярно выпадали дожди, так что многие растения сгнили. Огромные пятиметровые деревья в джунглях неожиданно стали хрупкими, некоторые упали, сломав все вокруг. (Впоследствии, исследуя этот феномен, ученые пришли к выводу, что его причина крылась в отсутствии ветра под куполом, который укрепляет стволы деревьев в природе.) Стоки в рыбных прудах забились, и рыбы становилось все меньше. Все труднее было бороться с кислотностью океана, из-за которой гибли кораллы. Животный мир джунглей и саванны тоже неумолимо сокращался. Прекрасно себя чувствовали только тараканы и муравьи, которые заполнили все биологические ниши. Биосфера постепенно умирала.

Хозяева рая чувствовали себя ничуть не лучше. Количество кислорода в атмосфере постоянно снижалось и достигло 16% (при норме в 20%). Это сравнимо с разреженным воздухом гор, и обыкновенно человеческий организм быстро приспосабливается к этому состоянию. Однако из-за общего истощения колонистов горная болезнь не отпускала их. Бионавты начали быстро уставать, постоянно кружилась голова, они не могли уже выполнять работу в прежнем объеме. Но самым радикальным образом кислородное голодание сказалось на их моральном состоянии. Все чувствовали себя угнетенными, грустными, раздраженными. Каждый день под куполом происходили скандалы.

Главной причиной конфликта было то, что Аллен не разрешал бионавтам обнародовать их проблемы. Он продолжал делать вид, что эксперимент идет по плану. Половина колонистов (оба капитана, пиар-директор и начальница по научным исследованиям, то есть руководство) были абсолютно согласны с этой позицией. Они считали, что нужно пробыть под куполом запланированные два года любой ценой. Еще четверо бионавтов утверждали, что надо срочно запросить помощь международных ученых, чтобы понять, почему исчезает кислород. Также неплохо было бы заказать немного воздуха и еды извне.

Джейн Пойнтер, лидер группы, которая хотела просить помощи, так описывает начало конфликта: «Я убирала в загонах для животных на ферме. Голова ужасно кружилась, и приходилось поминутно отдыхать. С утра мы говорили о нашем положении, и я сказала, что оставаться тут и задыхаться – это какое-то сектантство. Я думала про все это, потом обернулась и увидела Абигайль, которая стояла у меня за спиной. У нее что-то было во рту… В следующую секунду она плюнула мне в лицо! Я растерялась и спросила: «За что?» «Сама подумай», – ответила та, развернулась и ушла».

Тем временем обычные зрители, которые каждый день приезжали целыми автобусами, чтобы посмотреть, что творится в гигантском человеческом аквариуме, и не подозревали, какие страсти там кипят. Они выстраивались вдоль стены, потягивая колу, жуя хот-доги, и люди в футуристических костюмах за стеклом казались им удивительно одухотворенными, настоящими героями фантастических книг и визионерами. Хотя, по большому счету, «визионеры» просто были очень уставшими и голодными.
Осенью 1992 года содержание кислорода под куполом опустилось до 14%. Доктор Валфорд объявил, что снимает с себя свои обязанности, поскольку более не в состоянии сложить в уме даже двухзначные числа. По ночам бионавты постоянно просыпались, так как активный фотосинтез растений прекращался, уровень кислорода резко падал и они начинали задыхаться. К этому моменту все позвоночные животные биосферы погибли.

Спустя год после начала эксперимента Аллен и Басс приняли решение разгерметизировать капсулу и добавить в атмосферу «Биосферы» кислород. Также они разрешили бионавтам использовать неприкосновенные запасы зерна и овощей из семенного хранилища. Это значительно улучшило общее состояние колонистов. Однако две враждующие группы так и остались в состоянии перманентной войны, стараясь даже не разговаривать друг с другом.

26 сентября 1993 года, когда шлюз был торжественно разгерметизирован и люди вышли наружу, по их лицам можно было понять, что эксперимент провалился – изгнание из рая произошло в полной мере и навсегда. Биосфера оказалась непригодной для жизни.

Тем временем журналисты, прознавшие о добавке кислорода в атмосферу, раздули из этого огромный скандал и окрестили «Биосферу» грандиозным провалом столетия.
Так в чем же состояла эта таинственная проблема с кислородом? Когда ученые внимательно осмотрели плачевное состояние разоренных куполов, они пришли к выводу, что роковую роль сыграли цементные перекрытия. Кислород вступал в реакцию с цементом и оседал в виде окислов на стенах. Еще одним активным потребителем кислорода оказались бактерии в почве. Для «Биосферы» выбрали самый плодородный чернозем, чтобы естественных микроэлементов в нем хватило на долгие годы, однако в такой земле было очень много микроорганизмов, которые точно так же дышат кислородом, как и позвоночные животные. Научные журналы признали эти открытия главными и единственными достижениями «Биосферы».

На одной из внутренних стен «планеты» до сих пор сохранилось несколько строк, написанных одной из женщин: «Только здесь мы почувствовали, насколько зависим от окружающей природы. Если не будет деревьев - нам нечем будет дышать, если вода загрязнится - нам нечего будет пить».

Подписывайтесь на Квибл в Viber и Telegram , чтобы быть в курсе самых интересных событий.

По мнению ученых, очень важно было создать модель нашей биосферы: построить такую систему, которая была бы абсолютно изолирована от остального мира, в которой была бы своя атмосфера, своя почва, был бы свой океан, свои джунгли, свои животные, свои растения - такая своеобразная мини-модель Земли. Система, в которую поступает только солнечная энергия, точно так же как это происходит с нашей Планетой. Ведь в нашу биосферу практически ничего не поступает извне, кроме солнечного света и тепла. Построив такой мир можно было бы начать эксперименты, например, увеличив содержания углекислого газа или иного вещества, посмотреть на последствия.

Кроме того, интересно посмотреть, как будет развиваться эта другая биосфера в будущем, если ее предоставить самой себе.

В начале девяностых годов такая биологическая система была создана. Эту уникальную систему построили в американском штате Аризона, рядом с городом Оракл и назвали ее "BIOSPHERE-2" - Биосфера-2. Имеется в виду, 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 кубических метра. Биосфера 2 включает в себя свыше 3.000 разновидностей растений и животных, семь биомов - дождевой лес, саванну, пустыню, болото, даже маленький океан с коралловым рифом, интенсивное сельское хозяйство и апартаменты для людей. Биомы разделены между собой пластмассовыми щитами. Гигантские "легкие" регулируют внутреннее давление таким образом, чтобы оно соответствовало наружному - это сводит к минимуму утечки воздуха. В результате за год происходит замена всего лишь 10 процентов атмосферы "Биосферы-2" и по этому показателю она не имеет себе равных: ее герметичность в 50 раз выше, чем у комплекса "Спейс Шаттл" НАСА.

Разработка конструкций и систем заняла около 10 лет, в течение этого времени специальные группы ученых собирали по всей Земле виды животных и растений для заселения Биосферы 2, подбирали образцы почвы, тщательно следя за тем, чтобы все там было биологически сбалансировано. Биосфера 2 достаточна велика, чтобы поддерживать всю экосистему в равновесии и в то же время достаточна 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 эмитируют 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. На специальном участке интенсивного сельского хозяйства при помощи особых методов возделывались культуры, которые служили пищей для людей - ведь другой еды им взять было неоткуда.

Раскинувшись на площади в полтора гектара эта огромная сверкающая конструкция в начале девяносто первого года была впервые заселена людьми - восемь человек (четыре женщины и четверо мужчин) пробыли в ней около двух лет, поддерживая связь с внешним миром только через компьютер. 26 сентября 1991 года добровольцы вошли в Биосферу 2 с целью провести в изоляции два года. 26 сентября 1993 года научный эксперимент был успешно завершен. Только одна из членов команды покидала комплекс на 5 часов - для проведения операции на пораненной руке, после того как она повредила палец.

Сначала все шло хорошо - козье молоко, яйца, курятина, рыба, креветки, козлятина, свинина, куры, а также сорок шесть видов растительной пищи позволяли с оптимизмом смотреть в будущее.

Предполагалось, что комплекс сможет функционировать автономно, так как налицо все условия нормального круговорота веществ. Солнечного света, по расчетам ученых, должно было хватить для достаточного воспроизводства кислорода растениями в результате фотосинтеза; черви и микроорганизмы призваны обеспечить переработку отходов, насекомые - оплодотворять растения и т.д.

Важный вопрос, который изучали биосфериане - это межличностные отношения в замкнутом коллективе, и что интересно, они отмечают, что этот вопрос был решен гораздо грамотнее у российских космонавтов. Так, при полетах космонавтов за их психическим состоянием, взаимодействием между собой постоянно следит особый специалист и давал дельные советы. Этот человек имеет полномочия настаивать на изменении распорядка дня работы команды, если он считает это необходимым. Здесь было много сложностей. Впрочем, все обошлось, и после окончания эксперимента двое его участников сыграли свадьбу. BIOSPHERE-2 оказался перенаселенным.

Через некоторое время биосферианам стало не хватать пищи, и здесь оказалось, что проблемы внутри Биосферы-2 очень напоминают земные. При создании мини-мира многие думали, что он будет совершеннее, чем наш, обычный, будет избавлен от многих экологических и социальных проблем на многие десятилетия. Однако, даже перед тем, как группа зашла туда на два года, становилось все более понятно, что у населения Биосферы-2 будет много общих проблем, что и у жителей "Биосферы 1" - Земли. Площадь участка, где возделывались культуры была относительно небольшой, а погода в Аризоне в течение 2-х лет эксперимента была рекордно дождливой и пасмурной, растениям не хватало солнечного света и вследствие этого, плохие урожаи, нехватка еды. В Биосфере-2 нельзя использовать пестициды - из-за замкнутости биологических циклов внутри, можно отравить все живое, поэтому вредители чувствовали себя вольготно, и съедали иногда значительную часть урожая. Люди для борьбы с ними разводили их естественных врагов, например насекомых, которые питаются личинками вредителей, но зачастую просто собирали их руками, совсем как у нас собирают колорадских жуков. А для очистки воды в Биосфере-2 выращивали водные гиацинты. Эти цветы вбирают в себя загрязнения из воды.

Помимо земледелия, жители Биосферы-2 занимались скотоводством. У них были козы, курицы, и даже поросята. Причем это были особые животные, приспособленные к суровым условиям. Например, курицы были дикой породы из Индии - они были приспособлены к жизни в тропиках (высокая температура и влажность) и могли питаться отходами. Американские куры не подошли бы, так как они не могут питаться ничем, кроме комбикромов, ведь их кормят ими уже в течение многих поколений. С маслом для жарки, заметим, были проблемы, жалко было переводить на него бобы, которые можно было съесть, так что вместо жарки стали варить, печь, или готовить на пару.

Нехватка калорийной пищи привела к попыткам рационирования распределения продуктов питания, а вопрос о выращивании большего количества еды выходил на первый план. В Биосфере-2 для выращивания продуктов был отведен особый участок, а вся другая поверхность должна была оставаться "дикой". Сразу возникла идея вырубить часть дикой природы и использовать освободившиеся место для выращивания дополнительной пищи. Но другие считали, что дикая природа имеет собственную ценность и весь видовой состав должен быть оставлен без изменений.

Перед биосферианами встал вопрос об уважении к другим видам живых существ. Руководители, контролировавшие экспедицию, дали ясно понять ее участникам, что если они очень голодны, все они, либо кто-то из них могут покинуть Биосферу-2 в любое время. Им не доставят пищу извне и запретили уничтожать участки дикой природы. Нехватка калорий приводила к тому, что у ученых не хватало энергии для выращивания пищи, - а ведь это тяжелый физический труд, значит, еды становилось все меньше.

Получался замкнутый круг. Кончилось тем, что в джунглях высадили все же немного бананов и папайя. Уплотнили посадку зерновых, засадив каждый сантиметр участка, отведенного для агрокультур, а распределение еды продолжили. Вопросы перенаселенности, самоценности дикой природы, необходимость поддерживать разнообразие видов - все это передний край современных экологических исследований.

Явления в природе также были достаточно интересны и непредвиденны. К примеру, над пустыней на стеклянной крыше Биосферы-2 по утрам конденсировалась вода, и на пустыню выпадал дождь. Его невозможно было ликвидировать, и поэтому пустыня стала не такой пустынной, как планировалось сначала - на ней стали произрастать растения.

Предусмотрев течения в "океане", создатели Биосферы-2 не предусмотрели ветер, а он, как оказалось, очень важен для растений, под его действием качаются деревья, что укрепляет их ствол. Без ветра ствол и ветви акаций, растущих в Биосфере-2, стали хрупкими и начали обваливаться под собственной тяжестью. Почему-то развелось много муравьев - хотя никто не планировал первоначально привносить их в систему.

Были трудности и посерьезнее: содержание кислорода за два года уменьшилось с 21% до 14%, а это значит - головные боли, низкая трудоспособность. Конечно, нельзя сказать, что обошлось без проблем - среди них проблема уменьшения содержания кислорода в атмосфере: с начального содержания в 21%, его количество за два года уменьшилось до 14%. Такое падение содержания кислорода приводило к постоянным головным болям, потере трудоспособности у участников эксперимента.

Разумеется, первый опыт - он закончился 26 сентября 1993 года - кое в чем был несовершенным. Но, несмотря на все эти трудности и неурядицы, первый эксперимент на Биосфере-2 завершился успешно: вся команда ученых и подавляющее большинство растений и животных с успехом пережило два года в изоляции. Этот эксперимент еще раз показал, что существует опасность столкнуться в будущем и в целом на Земле с такими проблемами как перенаселенность, нехватка пищи, уменьшение содержания кислорода в атмосфере и т.д.

Но как, ни странно, жизнь в изоляции от остального мира пошла людям на пользу: они ведь два года ели экологически чистую пищу, не травились ядохимикатами, не ели много жиров. После выхода из Биосферы-2 обнаружилось, что уровень холестерина в крови заметно снизился, а сами биосфериане не могли привыкнуть к обычной пище - она им казалась какой-то искусственной, безвкусной.

“Находясь в Биосфере-2, особенно ясно чувствуешь, что зависишь от окружающей природы, ведь ты особенно четко понимаешь, что дышишь кислородом, который вырабатывают растения, что если вода загрязниться, тебе нечего будет пить”, - говорит одна из участниц эксперимента.

2. Новая жизнь “Биосферы-2”

Сегодня BIOSРHERE-2 является подразделением Колумбийского университета. Там сейчас нет постоянных жителей, но научные исследования продолжаются.

Два года внутри "Биосферы-2" находились люди. Три года ушли на восстановление огромного комплекса.

Новая команда считает, что главное преимущество проекта - возможность проследить за миграцией элементов и прочими процессами в условиях автономности. Прежде всего их интересует влияние изменения содержания СО2 в атмосфере на жизнедеятельность растений.

Поскольку наличие СО2 является основным условием для процесса фотосинтеза, ученых давно занимает вопрос, не приведет ли повышение содержания СО2 в земной атмосфере в результате парникового эффекта к усиленному росту и развитию растений. Некоторые даже предлагают искусственно повышать процент СО2, чтобы увеличить урожайность основных культур.

В середине 1996 года ученые начали новый эксперимент, уже строго научный и "безлюдный". Они должны были выяснить: действительно ли с увеличением процентного содержания СО2 урожайность повышается и до каких пор; и что происходит с излишками СО2, где они накапливаются и возможен ли при неконтролируемом росте содержания двуокиси углерода в атмосфере некий обратный катастрофический процесс.

Сначала новые распорядители проекта взяли в аренду на ближайшей угольной шахте несколько мощных вентиляторов и впервые за несколько лет начали интенсивную замену воздуха внутри сооружения. Как следствие, содержание СО2 резко снизилось, что повлекло за собой замедление роста многих растений, а это, в свою очередь, вызвало уменьшение производства двуокиси углерода почвенными микроорганизмами. Вывод: посадки деревьев - неоднозначное решение проблемы парникового эффекта, так как микроорганизмы при этом, возможно, будут вырабатывать большее количество двуокиси углерода.

При ответе на первый из вышеназванных вопросов директоры проекта руководствуются уже проведенными исследованиями. Так, Брюс Кимболл из Финикса (штат Аризона) наблюдал за воздействием атмосферы, искусственно обогащенной СО2 до предположительного уровня 21-го века, на посевы пшеницы и хлопчатника.

С хлопчатником все обстояло просто - растения восприняли повышение содержания СО2, как и предсказывали специалисты, и в конце сезона принесли добавочные 40% хлопка по сравнению с контрольными растениями. Пшеница вела себя сложнее. В середине вегетационного периода опытные растения получали на 20% больше СО2, чем контрольные, и росли быстрее. Но созревание также ускорилось, что уменьшило продолжительность вегетационного периода, и полученный урожай лишь на 10% превосходил величину контрольного урожая.

Кимболл полагает, что в этом, видимо, виновато изменение температуры и уровня грунтовых вод. Как повышение СО2, так и понижение зеркала грунтовых вод способствует закрытию устьиц на поверхности листьев. Вода, которую пьют растения, испаряется через эти поры, охлаждая листья. Но при частично закрытых порах происходит перегрев листьев. Кимболл предполагает, что тепло ускоряет все физиологические процессы внутри растений, приводя к их раннему вызреванию. Если это так, то глобальное потепление, в сочетании с увеличением процентного содержания СО2, вызовет еще большее сокращение вегетационного периода растений.

Что касается второго вопроса, то так до конца и не ясно, что же происходит - повышение процентного содержания СО2 в атмосфере отстает от суммарных общемировых выбросов более чем на миллиард тонн углерода; ученые считают, что аккумулировать СО2 могут деревья, корни растений, почва.

В общем, "Биосфере-2" предстоит решить немало задач. Сейчас идет реконструкция комплекса с разделением его на мелкие участки, которым предстоит стать ареной серьезных экспериментов, и прежде всего - по изменению процентного содержания СО2, с тщательным прослеживанием путей миграции элементов. Возможно, для обывателя проект потерял значительную долю былой привлекательности, но в научных - а может, и в деловых - кругах позиции "Биосферы-2" укрепились. В конце 1999 года учеными комплекс "Биосфера-2" был опять взят в аренду еще на 10 лет Колумбийским университетом.

3. “ Вечные аквариумы ”

Наука пошла, развиваться дальше - сейчас понадобилось сконструировать миниатюрные замкнутые системы, чтобы их можно было использовать в космических аппаратах, ведь объем космического корабля сравнительно мал, а свободного пространства еще меньше. И тут на помощь пришел опыт работы в BIOSPHERE-2.

На основе уникальных результатов, полученных в ходе экспериментов в замкнутой системе, ученые, бывшие в составе первой экспедиции, уже давно разработали миниатюрные биологические аквасистемы, размером от 10 до 30 см в диаметре, в которых абсолютно безо всякого ухода могут жить разнообразные морские и пресноводные животные и растения - креветки, улитки. Их назвали BioSphere и Beach World.

Теперь такие замкнутые "вечные" аквариумы не редкость в американских домах, в офисах корпораций и банков, на столах руководителей. Ведь это очень необычно - это есть далеко не у всех и не все себе могут это позволить; и удобно: не нужно менять воду, чистить стекла, кормить, как это приходилось бы делать с обычным аквариумом.

Сейчас существует два основных вида "биосфер" - BioSphere и Веасh World - пляжный или прибрежный мир.

В BioSphere воссоздан животный и растительный мир озер Флориды, там растет большое красивое растение Hornwort, а по нему с ветки на ветку, как обезьяны в лесу "прыгают" маленькие рачки "гаммарусы". Кроме того, там еще живут улитки трех видов, дафнии, циклопы, остракоды. Принцип работы BioSphere такой же, как и у биосферы Земли: извне поступает только свет, солнечная энергия, которая и дает жизнь всем живым существам.

В BioSphere все сбалансировано, растения производят на свету в процессе фотосинтеза кислород, которым дышат животные. Животные, в свою очередь, выдыхают углекислый газ, который нужен растениям. Так замыкается цикл кислорода. Кроме этого, в BioSphere соблюдены все остальные природные циклы азота, углерода, воды. Животные в BioSphere размножаются и живут, сменяясь поколениями. Это - "вечная" биосистема, как и наша Земля.

Понятно, что BioSphere для процветания необходимо достаточно света, причем желательно естественного или наиболее близкого к естественному, и комнатная температура. А на тот случай, если в помещении недостаточно светло, рекомендуется использовать специальные светильники с соответствующими лампами. Кстати, при таком освещении BioSphere смотрятся наиболее эффектно.

Еще одно изобретение - это Beach world. В отличие от BioSphere, с ее флоридскими обитателями, в них живут красные морские креветки, "уроженцы" Гавайских островов. Размер креветок 1–2 см. Они ходят по белому песку, ракушкам и разноцветным камушкам, не прячутся в грунте и поэтому очень заметны. Забавно наблюдать, как креветки "пасутся", "пощипывают" друг друга и даже носят маленькие песчинки! Если их побепокоить, они теряют на время свой ярко-красный цвет и становятся незаметными. Как только они успокоятся, их покровы вновь становятся красными. Они едят микроводоросли и дышат кислородом, который вырабатывают растения. Креветки "подстригают" растения, поддерживая их здоровыми. Креветка ест не сами растения, она скорее пощипывает их, поедая микроводоросли и бактерии, которые растут на них. Они буквально являются садовниками тех мест, где живут.

Прибрежные животные, находящиеся в опасности.

Эти креветки - исчезающий вид, в природе они живут только на отдельных островах Тихого океана. Причина вымирания креветок в том, что аквариумисты выпускали аквариумных рыбок. Рыбки поедают креветок, разрушая всю экосистему Гавайских озер, и, в результате, озера вымирают. Разведение креветок для использования их в Beach World - один из немногих способов сохранения их как вида. Beach World выпускаются в виде 4 и 5 дюймовых шаров и в виде пирамиды высотой 7 дюймов.

В начале 90-х годов прошлого столетия мир стал свидетелем весьма странного научного эксперимента под названием "Биосфера-2". Восемь человек, одетых в форменные футуристические комбинезоны, помахали огромной толпе журналистов и вошли в герметический шлюз, который располагался в аризонской пустыне. Воздухонепроницаемые стеклянные купола вмещали в себе пять ландшафтных модулей: джунгли, саванна, болото, пустыня и даже маленький океан с пляжем и коралловым рифом. Среди этой красоты располагался сельскохозяйственный блок, оснащенный по последнему слову техники, а также жилой дом, построенный в авангардном стиле. Также кроме людей внутрь были запущены около 4 тысяч разнообразных представителей фауны, включая коз, свиней и кур на ферме.

Лето 1992 года стало для колонистов особенно сложным. Посевы риса были уничтожены вредителями, так что их рацион на протяжении нескольких месяцев почти полностью состоял из фасоли, батата и моркови. Из-за избытка бета-каротина их кожа стала оранжевой.

Джейн Пойнтер, лидер группы, которая хотела просить помощи, так описывает начало конфликта: «Я убирала в загонах для животных на ферме. Голова ужасно кружилась, и приходилось поминутно отдыхать. С утра мы говорили о нашем положении, и я сказала, что оставаться тут и задыхаться – это какое-то сектантство. Я думала про все это, потом обернулась и увидела Абигайль, которая стояла у меня за спиной. У нее что-то было во рту... В следующую секунду она плюнула мне в лицо! Я растерялась и спросила: «За что?» «Сама подумай», – ответила та, развернулась и ушла».

Осенью 1992 года содержание кислорода под куполом опустилось до 14%. Доктор Валфорд объявил, что снимает с себя свои обязанности, поскольку более не в состоянии сложить в уме даже двухзначные числа. По ночам бионавты постоянно просыпались, так как активный фотосинтез растений прекращался, уровень кислорода резко падал и они начинали задыхаться. К этому моменту все позвоночные животные биосферы погибли.

Тем временем журналисты, прознавшие о добавке кислорода в атмосферу, раздули из этого огромный скандал и окрестили «Биосферу» грандиозным провалом столетия.

Так в чем же состояла эта таинственная проблема с кислородом? Когда ученые внимательно осмотрели плачевное состояние разоренных куполов, они пришли к выводу, что роковую роль сыграли цементные перекрытия. Кислород вступал в реакцию с цементом и оседал в виде окислов на стенах. Еще одним активным потребителем кислорода оказались бактерии в почве. Для «Биосферы» выбрали самый плодородный чернозем, чтобы естественных микроэлементов в нем хватило на долгие годы, однако в такой земле было очень много микроорганизмов, которые точно так же дышат кислородом, как и позвоночные животные. Научные журналы признали эти открытия главными и единственными достижениями «Биосферы».

На одной из внутренних стен «планеты» до сих пор сохранилось несколько строк, написанных одной из женщин: «Только здесь мы почувствовали, насколько зависим от окружающей природы. Если не будет деревьев - нам нечем будет дышать, если вода загрязнится - нам нечего будет пить».

Во времена Советского Союза в красноярском Академгородке был создан аналог американской «Биосферы-2» - комплекс (БИОС-3), моделирующий замкнутую экосистему, который оказался более успешным. Конечно по масштабам он был значительно меньше, чем американский аналог. Напомним, что «Биосфера-2» представляла собой комплекс из 7 биомов-оранжерей (тропический лес, саванна, пустыня и т.д.), изолированных от окружающей среды, общей площадью 1,5 гектаров. Эти изолированные биомы были заселены 3000 видами организмов, не считая Homo sapiens и многочисленных видов бактерий, обитающих в почве. Создатели этой амбициозной «копии биосферы», по-видимому, плохо изучили биологию и физиологию всех организмов, помещённых в Биосферу-2, так как люди, живущие в этой замкнутой среде, стали ощущать нехватку кислорода. В результате чего кислород пришлось подкачивать. В Советской «биосфере» БИОС-3 удалось более полно достигнуть замкнутости круговорота веществ по воде и газам.

Возведение БИОС-3 было завершено в далёком 1972 году. Площадь герметичного помещения составила 315 м2. Оно состояло из 4 отсеков.

1 отсек - бытовой. В нём проживал экипаж из трёх человек.

2 отсек - водорослевый. В нём находились культиваторы хлореллы, основная функция которых была переработка CO2 в O2.

3 отсек - фитотрон с сортом карликовой пшеницы, имеющим укороченные стебли (для уменьшения количества отходов). Пшеница выращивалась конвейерным способом (единовременно в фитотроне присутствовало 14 возрастов пшеницы). Из пшеницы выпекался хлеб, который и подавался на стол «подопытным». На долю каждого «колониста» приходилось около 200 грамм зерна.

4 отсек - фитотрон с овощами (конвейер 6 возрастов). В этом фитотроне выращивались морковь, редис, свёкла, картофель, капуста, огурцы, щавель, салат, укроп, лук и чуфа (для получения растительного масла). В результате на каждого «подопытного колониста» приходилось около 400 грамм свежих овощей.

Продукты жизнедеятельности человека подвергались минерализации и частично поступали в культиваторы с хлореллой. Бытовые стоки, образующиеся в результате мытья и стирки, шли на полив пшеницы и овощей. В качестве питьевой воды использовался конденсат, образующийся в фитотронах и культиваторах. Эта вода предварительно пропускалась через фильтры, содержащие ионообменные смолы и активированный уголь. В таких условиях одному из «подопытных» - инженеру Николаю Бугрееву удалось прожить 13 месяцев.

В 8:15 утра 26 сентября 1991 года восемь человек, одетых в форменные футуристические комбинезоны, помахали огромной толпе журналистов и вошли в герметический шлюз, который вел в… рай-2. По крайней мере, именно так писали многие газеты того времени. Официально это был грандиозный научный проект, который назывался «Биосфера-2». Он располагался в аризонской пустыне и представлял собой систему воздухонепроницаемых стеклянных куполов. Внутри были установлены пять ландшафтных модулей (джунгли, саванна, болото, маленький океан с пляжем и коралловым рифом, пустыня), сельскохозяйственный блок, оснащенный по последнему слову техники, а также жилой дом, построенный в авангардном стиле. Помимо людей внутрь были запущены около 4 тысяч разнообразных представителей фауны, включая коз, свиней и кур на ферме. Весь этот ковчег должен был автономно просуществовать два года, питаясь тем, что росло под куполом, дыша кислородом, который выделяли растения, очищая и бесконечно используя одну и ту же воду. Этакая планета в миниатюре, нетронутая технической революцией, где восемь интеллигентных, просвещенных людей, четверо мужчин и четыре женщины, планировали заниматься простым физическим трудом, собираться за одним обеденным столом, музицировать в часы досуга и, наконец, работать ради великой цели, на благо науки. Чем не рай?

Начало

Отца-основателя этого проекта, впоследствии внесенного журналом Times в список «100 самых громких провалов в истории», звали Джон Аллен. Он был счастливым человеком. Отучившись в металлургическом институте и немного поработав по профессии, Джон быстро забросил это дело, поскольку родительского наследства хватало на безбедную жизнь, и с головой окунулся в науку, причем в самом индиана-джонсовском ее проявлении. Аллен финансировал небольшие научные экспедиции в удаленные уголки мира с целью изучения, скажем, сельского хозяйства древних цивилизаций. Под это дело набирались молодые энтузиасты, все вместе ехали в какую-нибудь глубинку, где на стыке этнографии и экологии занимались научными изысканиями, а по сути дела путешествовали с места на место и отлично проводили время. В какой-то момент вокруг Аллена сформировалась группа энтузиастов и энтузиасток, которых он объединил в своеобразную коммуну - ранчо Синергия в штате Нью-Мехико. Впрочем, хоть дело и происходило в конце 60-х, все это совсем не было похоже на эзотерическое сборище хиппи, хотя Аллен вполне в соответствии с тогдашними традициями взял на себя роль духовного лидера. Несмотря на наследство, он был человеком с настоящей деловой хваткой. До начала своих научных изысканий он успел побыть девелопером в азиатских странах, основателем рекрутингового агентства для наемников и менеджером крупной сталелитейной компании, так что ему было что рассказать о жизни. Также на ранчо Синергия увлекались изучением истории философии и практиковали любительские театральные постановки, которые помогали участникам «раскрыть творческий потенциал», да и вообще поддерживали атмосферу студенческой летней экспедиции.

Все это, вероятно, продолжалось бы в том же духе, если бы в среду беспечных студентов не затесался настоящий миллиардер Эд Басс. Он с восторгом посещал семинары, участвовал в театральных дурачествах и вообще всячески демонстрировал, что готов на все ради науки. Аллен решил, что упускать такой шанс просто глупо, и задумал с помощью Эда провернуть один из самых громких частных научных проектов в истории человечества.

Это была «Биосфера-2» - эдемский сад за стеклянной стеной, прототип будущей лунной либо марсианской колонии или даже убежища на случай мировой катастрофы 2012 года. В общем, собственный карманный дивный мир, где можно установить свои законы.

Сразу скажем, что серьезные научные институты с самого начала скептически отнеслись к идее «Биосферы-2», поскольку, во-первых, ни один из основателей проекта не был академическим ученым, а во-вторых, финансирование этого впечатляющего эксперимента происходило не в рамках государственной программы или хотя бы под эгидой какого-то института, а просто по капризу частного лица.

А вот пресса была просто в восторге от «Биосферы». Восемь человек, выживающих в замкнутом пространстве, похожем на студийный павильон… Эта идея витала в воздухе, и, если бы создатели «Биосферы-2» додумались поставить внутри купола камеры, именно они стали бы основателями современных реалити-шоу* и, наверное, отбили бы все миллионы, потраченные на проект. Но, увы, при всей деловой хватке Аллен был человеком прошлого века и, возможно, слишком снобом: ему хотелось быть ученым, а не шоуменом. Так что он упустил этот момент.

*«Кстати, создатели голландского «Большого брата», первого реалити-шоу, признавали, что вдохновлялись именно «Биосферой-2».

Сотворение

В местечке Оракл на юге Аризоны было куплено около 16 гектаров земли, на которых Эд и Аллен начали проектировать свой новый мир. Для постройки системы куполов пригласили знаменитых инженеров и архитекторов, для проектирования бионических модулей (океана, джунглей, саванны, пустыни и болота) позвали работников лучших ботанических садов мира и специалистов-океанологов. Сельскохозяйственный блок разрабатывался с учетом самых современных технологий интенсивного земледелия, а также с использованием некоторых специфических приемов древних цивилизаций, которые в совершенстве знал Аллен. Например, система рыбных прудов, интегрированная в болотистую часть «Биосферы», была сделана по древнекитайскому образцу. Земледелие предполагалось полностью органическое, без использования пестицидов и даже искусственных удобрений. Ведь система ирригации грядок, переработка органических отходов и процесс получения питьевой воды были полностью взаимосвязаны, так что вся химия очень быстро оказалась бы на столе у жителей «Биосферы».

Особое внимание уделили полной герметичности куполов, которая превосходила герметичность космических кораблей. При этом был учтен такой технический момент, как расширение воздуха во время дневного повышения температуры. Чтобы «запаянная капсула» «Биосферы» не взорвалась, были сконструированы так называемые «легкие» - огромные выгибающиеся мембраны, разнесенные по разным концам системы, которые днем становились выпуклыми, а ночью сдувались.

Единственный ресурс, который этот огромный парник, стоящий посреди пустыни, должен был брать извне, - это электричество, в первую очередь использовавшееся для охлаждения циркуляции воды.

В итоге строительство всего комплекса сооружений площадью чуть больше гектара, включая создание бионических модулей и заселение животных, обошлось в 150 миллионов долларов. Еще 50 миллионов ушло на поддержание «Биосферы» в рабочем состоянии во время проведения эксперимента.

Заселение

В 1991 году искусственный эдемский сад был полностью готов к появлению человека. На полях фермы созрел первый урожай, в прудах плескалась рыба, в тропическом лесу летали колибри и журчал по скале маленький водопад, 30-метровое море омывало миниатюрный белый песчаный пляж с пальмами.

На роль Адама и Евы отобрали восемь человек. Что характерно, ни Аллен, ни Басс не вошли в их число: как истинные создатели, они должны были контролировать процесс извне. Впрочем, недостатка в желающих из числа членов коммуны на ранчо Синергия не было. «Капитанами» колонии стали 36-летняя Салли Сильверстоун, которая до этого занималась сельскохозяйственными проектами в Индии, и 30-летний Марк Ван Тилло, профессиональный механик, работавший ранее на исследовательской яхте Басса. Салли должна была отвечать за финансовую и организационную часть проекта, Марк - за техническую часть. Директором по научным исследованиям была назначена 31-летняя Абигайль Айлинг, профессиональный океанолог. 39-летний ботаник Линда Лей несла ответственность за флору «Биосферы». Специалист по интенсивному сельскому хозяйству 29-летняя Джейн Пойнтер отвечала за ферму и обеспечение колонии едой. 27-летний Табер Маккаллум, единственный участник эксперимента без высшего образования, выступал как технический ассистент. Марк Нельсон, 44-летний бакалавр философии, занял должность пиар-директора: он передавал информацию из «Биосферы» наружу. Он же был главным по ирригационным и ассенизационным системам. Наконец, самый экзотический участник эксперимента - 67-летний импозантный доктор Рой Валфорд исполнял роль бортового врача. Рой заинтересовался «Биосферой» в связи с собственными исследованиями: у него была теория о том, что потребление калорий ниже прожиточного минимума приводит к оздоровлению и увеличению продолжительности жизни. Он хотел посмотреть, как скажется на состоянии здоровья бионавтов практически полностью вегетарианская органическая диета.

26 сентября 1991 года восемь будущих бионавтов встали еще до зари, позавтракали яичницей с беконом, отсидели продолжительную пресс-конференцию, отстояли фотосессию, поучаствовали в торжественной церемонии проводов и наконец вошли внутрь купола, закрыв за собой герметичную дверь. Они вспоминают, как, уже уставшие, сидели в кают-компании в то утро, смотрели на проплывающие над стеклянной крышей облака, совсем такие, как обычно, и никак не могли поверить, что эксперимент начался. Обратного пути уже не было.

Первые проблемы

Поначалу все было именно так, как они мечтали. Колонисты с энтузиазмом работали на полях фермы, проверяли работу всех систем, следили за бурной жизнью джунглей, ловили рыбу, сидели на своем маленьком пляже, а по вечерам ели великолепно приготовленный ужин из самых свежих продуктов на балкончике с видом на созревающий урожай. За зелеными грядками и стеклянной стеной фермы начиналась пустыня и горная гряда, за которой садилось солнце. Этот балкон колонисты прозвали «Визионерским кафе» - отсюда будущее казалось особенно радужным. После ужина устраивали философские дискуссии или импровизированные джем-сейшены. Многие взяли с собой музыкальные инструменты, и, хоть профессиональных музыкантов среди них не было, то, что получалось, на волне всеобщего энтузиазма казалось авангардной музыкой будущего.

Во-первых, было решено как можно интенсивнее наращивать зеленую биомассу. Все свободное время колонисты посвящали посадкам и уходу за растениями. Во-вторых, они запустили на полную мощность резервный поглотитель углекислого газа, с которого постоянно нужно было соскребать осадок. В-третьих, неожиданным помощником стал океан, где оседало некоторое количество CO, превращаясь в уксусную кислоту. Правда, кислотность океана от этого постоянно росла, и приходилось использовать добавки, понижающие ее*. Ничто не помогало. Воздух под куполом становился все более разреженным.

*«Кстати, абсолютно то же самое происходит с мировым океаном, кислотность которого за последние сто лет возросла на 30%».

Вскоре перед бионавтами возникла еще одна глобальная проблема. Выяснилось, что ферма в 20 соток при всех современных технологиях обработки земли способна обеспечить лишь 80% потребностей колонистов в пище. Их ежедневный рацион (одинаковый для женщин и мужчин) составлял 1700 калорий, что нормально для сидячей офисной жизни, но катастрофически мало при том количестве физической работы, которую должен был выполнять каждый житель «Биосферы». Поначалу ужин сервировали в виде шведского стола, однако вскоре из-за этого начали возникать серьезные конфликты, и еду стали накладывать каждому в тарелку, отмеряя буквально до грамма. Люди вставали из-за стола голодными и постоянно мечтали о лакомствах большого мира. Вечерние философские дискуссии заменили фантазии о том, что они съедят, когда выйдут на свободу. Кладовую, где хранилось главное лакомство бионавтов - бананы, после отвратительного эпизода с анонимным разграблением пришлось запирать на ключ. Перед тем как отдавать очистки свиньям, люди тщательно выбирали все, что можно было съесть самим. Банановые шкурки и ореховая шелуха шли за деликатес.

Кризис

Джейн Пойнтер, лидер группы, которая хотела просить помощи, так описывает начало конфликта: «Я убирала в загонах для животных на ферме. Голова ужасно кружилась, и приходилось поминутно отдыхать. С утра мы говорили о нашем положении, и я сказала, что оставаться тут и задыхаться - это какое-то сектантство. Я думала про все это, потом обернулась и увидела Абигайль, которая стояла у меня за спиной. У нее что-то было во рту… В следующую секунду она плюнула мне в лицо! Я растерялась и спросила: „За что?“ „Сама подумай“, - ответила та, развернулась и ушла».

Выход

26 сентября 1993 года, когда шлюз был торжественно разгерметизирован и люди вышли наружу, по их лицам можно было понять, что эксперимент провалился - изгнание из рая произошло в полной мере и навсегда. Биосфера оказалась непригодной для жизни.

Исправив ошибки, Аллен запланировал и запустил вторую миссию в 1994 году. Однако она не продлилась и полугода. Басс в конце концов тоже разочаровался в своем гуру и неожиданно прекратил финансирование, из-за чего эксперимент был свернут в самом начале.

Многие годы после этого «Биосфера» переходила от одного института к другому, постепенно разрушаясь, пока совсем недавно ее не подлатали и не устроили внутри туристический аттракцион. Посетить оставленный рай можно всего за каких-то 25 долларов.

Как работает «мозгопочта» - передача сообщений от мозга к мозгу через интернет

10 тайн мира, которые наука, наконец, раскрыла

10 главных вопросов о Вселенной, ответы на которые учёные ищут прямо сейчас

8 вещей, которые не может объяснить наука

2500-летняя научная тайна: почему мы зеваем

3 самых глупых аргумента, которыми противники Теории эволюции оправдывают своё невежество