Biosphere 2: Эксперимент замкнутой экосистемы - общее описание.
Biosphere 2 — уникальный научный эксперимент, проведённый в США в 1991 году для изучения замкнутых экосистем и их взаимодействия с человеком. Комплекс был построен в пустыне Аризона и представлял собой герметичную конструкцию, где группа из восьми добровольцев проживала в условиях полной автономии, моделируя жизнь на других планетах.
Идея и реализация
В конце 1980-х годов миллиардер и филантроп Эдвард Басс выделил $30 млн на создание замкнутой биосистемы, чтобы проверить, сможет ли человек выжить без внешних ресурсов. На территории комплекса разместили пять экосистем: океан с коралловым рифом, саванну, джунгли, пустыню и болото. Кроме того, были построены жилой дом и сельскохозяйственный блок для выращивания продуктов и содержания животных.
Под герметичным куполом содержались 180 тонн воздуха, изолированного от внешней среды. Полы комплекса были выполнены из стальных листов общей массой 500 тонн, полностью отсекающих контакт с землёй.
Ход эксперимента
26 сентября 1991 года под купол вошли восемь добровольцев. Их задачей было выживать, используя ресурсы, созданные внутри: растения производили кислород, воду поддерживали в круговороте, а пищу выращивали на сельскохозяйственных участках.
Первоначально эксперимент протекал гладко. Колонисты работали, ухаживали за скотом, наблюдали за состоянием экосистемы и проводили время в играх и беседах. Однако вскоре начали проявляться проблемы:
- Дисбаланс атмосферы
Уровень кислорода снижался, а углекислый газ рос, вызывая кислородное голодание. Жители пытались исправить ситуацию, высаживая больше растений и используя оборудование для поглощения углекислого газа, но это не помогло. - Недостаток пищи
Площадь сельскохозяйственных угодий оказалась недостаточной для обеспечения колонистов. Суточный рацион сократился до 1700 килокалорий, и участники испытывали постоянное чувство голода. - Разрушение экосистем
Из-за высокого уровня влажности погибла пустыня, а в джунглях начали активно размножаться бактерии, потреблявшие кислород. - Психологические трудности
Голод и изоляция привели к конфликтам. Колонисты избегали общения друг с другом и вели замкнутый образ жизни.
Завершение эксперимента
К сентябрю 1993 года кислород в комплексе снизился до 14%, и учёные начали подавать воздух снаружи, скрывая это от общественности. Через два года изнурённые участники покинули комплекс.
Один из участников, Джейн Пойнтер, вспоминала свои впечатления от выхода на свежий воздух:
«Я была взволнована встречей с семьёй, но запах людей поразил меня. Мы воняем дезодорантом, лаком для волос и всей этой химией».
Итоги
Эксперимент показал сложность создания автономной экосистемы, устойчивой к сбоям. Biosphere 2 стала важным уроком для учёных, изучающих выживание человека в экстремальных условиях, и до сих пор служит объектом исследований.
Участники эксперимента выходят из «Биосферы-2»
Рассмотрим по-отдельности некоторые аспекты детальнее:
Основные факты об эксперименте Biosphere2 :
- Дата запуска: 26 сентября 1991 года.
- Местоположение: Oracle, Аризона, США.
- Размеры: Комплекс площадью 13,000 кв.м (1.3 гектара), окружён стеклянными стенами.
- Участники: 8 человек (4 мужчины и 4 женщины) жили в изоляции на протяжении двух лет.
Устройство комплекса
Biosphere 2 включала несколько биомов, представляющих различные экосистемы Земли:
- Тропический лес — с растениями, обеспечивающими кислород.
- Саванна — с травами и кустарниками.
- Пустыня — для изучения засушливых экосистем.
- Мангровые болота — для исследования водных экосистем.
- Океан — с коралловыми рифами.
- Агроэкосистема — для выращивания пищи.
- Жилая зона — с жилыми модулями и лабораториями.


Цели эксперимента:
- Изучение замкнутых экосистем — проверка возможности выживания человека в автономной среде.
- Разработка технологий для космических путешествий — моделирование условий жизни на Марсе или Луне.
- Экологические исследования — влияние человеческой деятельности на природные системы.
Проблемы и вызовы:
- Дефицит кислорода
Уровень кислорода снизился до 14%, вызвав гипоксию у участников. Проблему частично решили закачкой кислорода. - Избыток углекислого газа
Растения не справлялись с поглощением CO₂, что нарушило баланс экосистемы. - Вымирание видов
Множество насекомых и растений погибло, нарушив биоразнообразие. - Снижение урожайности
Агроэкосистема оказалась недостаточной для обеспечения всех участников пищей. - Социальные конфликты
Группа разделилась на два лагеря: идеалистов, отстаивающих полную изоляцию, и прагматиков, допускавших внешнее вмешательство. - Технические проблемы
Сложности с климат-контролем и вентиляцией повлияли на стабильность микроклимата.
Результаты:
- Удалось доказать, что замкнутая экосистема может функционировать, но требует сложного управления.
- Вопросы, связанные с поддержанием баланса газов и питательных веществ, стали ключевыми для будущих исследований.
- Были получены ценные данные о взаимодействии человека с окружающей средой.
После завершения эксперимента Biosphere 2 использовалась для дальнейших исследований. Сегодня она функционирует как научно-образовательный центр, управляемый Университетом Аризоны, и остаётся важным объектом для экологических и климатических исследований.
Проблемы эксперимента Biosphere 2
1. Дефицит кислорода
- Причина: Кислород внутри комплекса начал стремительно уменьшаться, падая с нормального уровня 21% до 14% (сравнимо с высокогорными условиями).
- Микроорганизмы в почве активно разлагали органику, выделяя углекислый газ и потребляя кислород.
- Бетонные конструкции комплекса начали связывать углекислый газ, превращая его в карбонат кальция, но это не решало проблемы кислорода.
- Последствия: У участников развились симптомы гипоксии — слабость, ухудшение когнитивных функций и работоспособности.
- Решение: Через 16 месяцев в комплекс был принудительно закачан кислород, что вызвало споры о «чистоте» эксперимента.
2. Избыток углекислого газа
- Причина: Хотя в комплексе были предусмотрены растения для поглощения CO₂, их эффективность снижалась из-за недостатка света и других факторов.
- Перепады температуры и влажности в тропическом лесу и океане ухудшали фотосинтез.
- Последствия:
- Быстрые колебания уровня CO₂ создавали нестабильные условия для животных и растений.
- Погибли многие виды, чувствительные к высоким уровням углекислого газа.
- Решение: Проблема углекислого газа так и не была решена в рамках эксперимента.
3. Вымирание видов
- Причина: В замкнутой экосистеме оказалось невозможно поддерживать баланс биоразнообразия.
- Многие насекомые, особенно опылители, вымерли в первые месяцы.
- Некоторые виды стали доминировать: например, муравьи и тараканы захватили экосистему, нарушив пищевые цепи.
- Некоторые растения перестали размножаться из-за отсутствия опылителей.
- Последствия: Экосистема начала терять устойчивость и сильно отклонялась от задуманных параметров.
- Решение: Исследователи наблюдали за процессом, но активно вмешиваться не могли.
4. Снижение урожайности
- Причина: Агроэкосистема, созданная для выращивания пищи, была слишком малой, чтобы полностью обеспечить 8 человек.
- Грунт был недостаточно плодородным.
- Отсутствие достаточного солнечного света из-за конструкции из стекла (до 50% света поглощалось или отражалось).
- Некоторые растения, такие как фасоль, начали вырабатывать токсины в условиях стресса.
- Последствия: Участники страдали от недостатка калорий и витаминов, потеряли вес, что привело к ухудшению здоровья.
- Решение: Участники адаптировались, но полноценного решения проблемы не было.
5. Социальные конфликты
- Причина: Изоляция и постоянное давление из-за нехватки ресурсов и ответственности за экосистему усиливали напряжение.
- Группы участников начали делиться на «лагеря» с противоположными взглядами.
- Возникли конфликты по поводу вмешательства извне и закачки кислорода.
- Последствия: Разделение команды привело к снижению эффективности работы и напряжённой атмосфере.
- Решение: Конфликты оставались нерешёнными и сопровождали проект до конца.
6. Технические проблемы
- Причина: Хотя комплекс был построен с использованием современных технологий, некоторые аспекты проектирования оказались неэффективными.
- Система вентиляции и климат-контроля не справлялась с резкими перепадами температуры.
- Были ошибки в расчётах газообмена между различными биомами.
- Последствия:
- Системы жизнеобеспечения не могли обеспечить стабильность микроклимата.
- Энергоэффективность комплекса оказалась ниже запланированной.
- Решение: Многие проблемы фиксировались только для анализа после эксперимента.
Выводы:
Проблемы Biosphere 2 показали, насколько сложной является задача создания искусственной, замкнутой экосистемы. Однако эксперимент предоставил уникальные данные для будущих исследований, включая влияние человеческой деятельности на окружающую среду и подготовку к возможным космическим миссиям.
Изначальный план эксперимента Biosphere 2
Эксперимент Biosphere 2 был задуман как масштабный проект для изучения замкнутых экосистем, симулирующих условия, которые могут потребоваться для колонизации других планет, таких как Марс. Основная идея заключалась в создании полностью автономной биосферы, в которой человек и природа могли бы сосуществовать без внешней помощи.
Цели эксперимента
- Создание замкнутой экосистемы:
- Полная изоляция от внешнего мира на 2 года.
- Обеспечение естественного газообмена (кислород/углекислый газ), круговорота воды и питательных веществ.
- Поддержание биоразнообразия внутри комплекса.
- Обеспечение жизнедеятельности человека:
- Выращивание продуктов питания для 8 участников в замкнутых условиях.
- Регенерация воздуха и воды с использованием естественных процессов.
- Сохранение здоровья и работоспособности участников.
- Экспериментальная база для космических миссий:
- Проверка технологий, необходимых для поддержания жизни на других планетах.
- Изучение взаимодействия человека с искусственными экосистемами.
- Научные исследования экосистем Земли:
- Моделирование различных биомов для изучения их поведения в замкнутой среде.
- Наблюдение за взаимодействием экосистем в условиях ограниченного пространства.
- Изучение воздействия человека на природу.
Ключевые этапы эксперимента
- Проектирование и строительство:
- Создание герметичного комплекса площадью 13,000 кв.м.
- Разделение пространства на 7 биомов, включая тропический лес, океан с коралловыми рифами, пустыню, саванну, мангровые болота, сельскохозяйственную зону и жилую зону.
- Использование новейших технологий для контроля климата, циркуляции воды и воздуха.
- Подготовка экосистем:
- Интродукция более 3,800 видов растений и животных для создания сбалансированных биомов.
- Закладка плодородной почвы и обеспечение биологического разнообразия.
- Разработка систем замкнутого цикла воды и питательных веществ.
- Изоляция участников:
- Вход 8 участников (4 мужчины и 4 женщины) в комплекс 26 сентября 1991 года.
- Полное отключение от внешнего мира, включая поставки пищи, воды и воздуха.
- Самообеспечение за счёт выращивания урожая и переработки отходов.
- Сбор научных данных:
- Непрерывный мониторинг экосистем (газовый состав, состояние растений, животных и почвы).
- Изучение физического и психологического состояния участников.
- Наблюдение за изменениями в биомах в ответ на человеческое вмешательство.ообразие.
Разделение участников на «лагеря» в Biosphere 2
Во время эксперимента Biosphere 2 внутри группы из 8 участников произошёл серьёзный раскол. Участники разделились на два противоположных лагеря, что было вызвано разными взглядами на управление проектом, подход к решению проблем и интерпретацию целей эксперимента.
Причины раскола
- Идеологические разногласия:
- Один лагерь считал, что эксперимент должен быть полностью независимым и не допускающим вмешательства извне. Они выступали за строгую изоляцию и соблюдение научной чистоты эксперимента, даже если это угрожало их здоровью и успеху проекта.
- Другой лагерь считал, что цель эксперимента заключается в адаптации и гибкости, и допускал вмешательство извне для поддержания стабильности, например, закачку кислорода или коррекцию экосистем.
- Социальное давление:
- Ограниченное пространство, стресс из-за дефицита пищи и кислорода, а также необходимость постоянно решать сложные технические и биологические проблемы усиливали напряжение.
- Отсутствие четкой иерархии внутри группы и разные подходы к совместной работе привели к личным конфликтам.
- Внешние факторы:
- Руководство проекта за пределами комплекса также имело свои интересы, включая коммерческие и научные цели. Эти внешние споры проникали внутрь группы, усиливая разногласия.
Характеристика лагерей
- Лагерь "идеалистов":
- Ценности: Чистота эксперимента, автономность и строгое соблюдение условий изоляции.
- Подход: Настаивали на том, что любые внешние вмешательства (например, закачка кислорода) делают эксперимент научно недействительным.
- Действия: Стремились выдерживать все трудности (например, нехватку кислорода и еды) в рамках существующих условий.
- Лагерь "прагматиков":
- Ценности: Гибкость, адаптация и достижение практических результатов.
- Подход: Считали, что ради успеха эксперимента необходимо вмешательство извне, например, корректировка условий для обеспечения выживания.
- Действия: Приветствовали помощь со стороны, например, закачку кислорода и поддержку экосистем.
Последствия раскола
- Эскалация конфликта:
- Участники начали разделяться в быту и на работе, избегая сотрудничества с противоположным лагерем.
- Конфликты стали личными, что затрудняло эффективную командную работу.
- Влияние на эксперимент:
- Разногласия мешали коллективно принимать решения, необходимые для поддержания экосистемы.
- Неспособность к согласованным действиям усугубляла проблемы внутри комплекса.
- Долговременные последствия:
- После завершения эксперимента участники продолжали спорить о том, кто был прав, что привело к публичным дебатам и некоторой потере доверия к проекту.
- Эксперимент стал примером того, как человеческие факторы могут подрывать даже самые амбициозные научные проекты.
Вывод
Разделение участников на «идеалистов» и «прагматиков» стало результатом конфликта между принципами научной строгости и практической необходимостью. Этот раскол подчеркнул важность учёта социальных и психологических аспектов при проектировании подобных экспериментов.
В проекте Biosphere 2 участвовали 8 человек, и раскол между ними стал значительной проблемой. Однако из-за характера конфликта и последующих споров идентификация конкретных участников в каждом лагере является сложной задачей. Вот что известно:
Участники эксперимента
Состав команды:
- Абигейл Оллиан (Abigail Alling) – эколог.
- Марк Ван Тилло (Mark Van Thillo) – инженер.
- Линда Ли (Linda Leigh) – биолог.
- Табер Маккаллум (Taber MacCallum) – инженер.
- Салли Сильверстоун (Sally Silverstone) – эксперт по управлению ресурсами.
- Рой Уоллерт (Roy Walford) – врач и ученый, специализировавшийся на диетах с ограничением калорий.
- Джейн Пойнтер (Jane Poynter) – инженер-эколог.
- Уильям Даттон (William Dempster) – архитектор комплекса.
Лагеря и их участники
Лагерь "идеалистов"
- Идеология: Они придерживались строгого соблюдения принципов полной изоляции. Любое внешнее вмешательство считали нарушением научной чистоты эксперимента.
- Известные участники:
- Абигейл Оллиан: Являлась убежденным сторонником строгой изоляции. Считала закачку кислорода и вмешательство извне угрозой научной ценности эксперимента.
- Марк Ван Тилло: Разделял мнение о том, что система должна работать в условиях полной автономии.
- Линда Ли: Сосредотачивалась на защите экосистем и была против манипуляций с условиями.
Лагерь "прагматиков"
- Идеология: Эти участники считали, что вмешательство извне оправдано ради выживания и получения практических результатов.
- Известные участники:
- Джейн Пойнтер: Выступала за адаптацию и внесение изменений, чтобы избежать провала эксперимента.
- Табер Маккаллум: Считал, что закачка кислорода необходима для поддержания здоровья участников.
- Салли Сильверстоун: Делала акцент на управлении ресурсами и поддержании общего успеха эксперимента.
- Рой Уоллерт: Как врач, считал, что приоритетом должно быть здоровье людей, а не жёсткое соблюдение правил.
Участник между лагерями
- Уильям Даттон (архитектор): Не принадлежал явно ни к одной из групп. Его роль больше касалась технического управления системой, и он стремился минимизировать разногласия.
Последствия для участников
После завершения эксперимента конфликты стали известны широкой публике, особенно из-за разногласий между Абигейл Оллиан и Джейн Пойнтер, которые продолжали спорить о результатах и значении вмешательства. Раскол не только осложнил взаимодействие внутри команды, но и отразился на репутации проекта, привлекая внимание к человеческому фактору как ключевой проблеме подобных экспериментов.