ПАНОРАМА

НЕОБЫЧНЫЙ ЭКСПЕРИМЕНТ АМЕРИКАНЦЕВ - БИОСФЕРА 2

С каждым годом воздействие цивилизации на окружающую среду становится все большим и последствия этого — все менее прогнозируемыми. Мы все чаше ощущаем это на себе, и не только в виде загрязненного воздуха, отравленных рек и почвы, сейчас ученые говорят о глобальных последствиях для всей нашей Земли. Кто знает, не являются ли необычные атмосферные явления и прочие погодные аномалии от снега в середине весны в Москве до засух в Австралии, циклонов и наводнений Эль Ниньо звеньями в одной цепи. Все чаще мы слышим о повышении уровня углекислого газа в атмосфере Земли и связанном с этим парниковом эффекте, который может вызвать глобальное потепление и таяние арктических и антарктических льдов, повышение уровня воды в океане и затопление многих земель. Речь идет о том, как прогнозировать воздействие факторов, связанных с деятельностью человека на нашу биосферу Земли. Кстати, сам термин биосфера предложил российский ученый — академик Владимир Вернадский. "Поверхность нашей планеты, ее биосфера отделяет нашу Землю от ее космического окружения… Биосфера это единственное место на Земле, где может быть найдена жизнь" писал в 1926 наш великий соотечественник, создатель учения о биосфере.

Почему же так сложно прогнозировать "поведение" нашей биосферы?

Действительно, ведь на ее состояние влияют очень много факторов. Из-за этого сложно проводить теоретические расчеты и строить математические модели поведения биосферы Земли, а поставить эксперимент на "натурной" модели по понятным причинам невозможно. Ведь невозможно же экспериментировать над целой планетой: действительно, это может привести к непредсказуемым последствиям, да и технические возможности цивилизации неспособны действовать так глобально, в рамках целой планеты.

Теперь понятно, почему так 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 Планете. 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. И, конечно, такой опыт может понадобиться в будущем, при постройке человеческих поселений на других планетах (например на Луне), при дальних космических полетах (на Марс) и т.д.

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. Американскому налогоплательщику это сооружение обошлось в 150 миллионов долларов.

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. 26 сентября 1991 года восемь добровольцев (четыре женщины и четыре мужчины) 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.

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.

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 наших космонавтов за их психическим состоянием, взаимодействием между собой постоянно следит особый специалист. Этот человек имеет полномочия настаивать на изменении распорядка дня работы команды, если он считает это необходимым. "Однажды, он сказал космонавтам отдыхать в течение недели, посчитав, их слишком утомившимися, " пишут с "завистью" в своем отчете участники экспедиции Биосфера2. Часто спрашивают, не было ли среди биосфериан супружеских пар? Когда они начали эксперимент — не было, но через два года, уже выйдя в наш обычный мир, некоторые из них поженились.

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 в следствие 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, оказывается, 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. Ученые отобрали было и особый вид вьетнамских свиней, маленьких, неприхотливых и живущих в тропиках. Этот вид популярен в Америке в качестве домашнего животного, и когда общественности стало известно, что их домашних любимцев планируют использовать в качестве "элемента пищевой цепи", начались протесты "Зеленых". В результате ученым пришлось взять с собой животных другого вида, которые не выдержали жить в условиях Биосферы 2 и они были съедены на торжественном ужине по случаю любимого американцами праздника — Дня Благодарения осенью 1991 г.

Вообще то, что ели биосфериане заслуживает отдельного разговора, они же не могли сходить в ближайший магазин и купить хлеб или, скажем, подсолнечное масло. 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. Вообще, приходилось придумывать много нового, они изобрели даже банановое вино, а рецепты используемых блюд собрали, а выйдя из Биосферы 2 издали даже специальную поваренную книгу.

Нехватка калорийной пищи привели 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.

Биосфера 2 оказалась перенаселенной. 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, само ценности 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.

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.

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 объем свободного пространства еще меньше. И тут на помощь пришел опыт, работы в Биосфере 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", разработчик корпорация Paragon Space Development Corporation. Американское космическое агентство NASA проявило большой интерес к этим исследованиям и именно к аквасистемам, а не к «сухопутным», потому, что при одинаковых объемах в первых концентрация живой биомассы выше. Первые испытания таких аквариумов начались в мае 1996 года на шатле «Endeavour». Последние тесты закончились в январе этого года после возвращения с отечественной станции "Мир", где "BioSphere" пробыла несколько месяцев в космосе.

Сейчас эти «вечные» аквариумы используются как учебные пособия по биологии и экологии в американских школах и университетах, в передовых санаториев и домов отдыха как элемент зоотерапии.

Сейчас «BIOSPHERE 2» является подразделением Колумбийского Университета. Хотя в настоящий момент в ней нет постоянных жителей, ее значение для науки никоим образом не уменьшилось: в ней проводятся научные исследования и обучение студентов. Научные исследования связаны прежде всего с определением реакции окружающей среды на те или иные изменения в составе атмосферы, изучаются пути превращения тех или иных химических элементов внутри Биосферы 2. Ведь в ней по-прежнему поддерживается замкнутость и, например, атом углерода раз попав в нее, в ней и остается, только принимает разные «формы» — он может быть атомом, из которого состоит растение, углекислый газ, или входить в состав других молекул. Некоторые части научного комплекса теперь открыты для экскурсий. «

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.

В статье использованы материалы из газеты «Аргументы и Факты» и других источников.

Посетите официальный сайт проекта Биосфера 2.