Эксперимент «Биосфера-2»

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 Веаch 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.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключение

 

В начале 90-х годов прошлого века "Биосфера-2" мелькала на первых страницах газет в качестве эксперимента, который позволит понять работу "Биосферы-1" - то есть нашей планеты, откроет дорогу к созданию замкнутых экосистем, необходимых для полетов в космос, и поможет решить ряд других серьезных экологических проблем.

Однако, следует отметить, что первыми построили замкнутые комплексы, в которых на протяжении разного времени успешно жили люди были все же ученые СССР. Самым крупным нашим специалистом в области космической медицины и биологии, можно назвать Евгения Яковлевича Шепелева, профессора, сотрудника института медико-биологических проблем. Именно он был первым человеком на Земле, кто провел месяц в камере объемом пять кубических метров без связи с внешним миром, используя специальный биологический реактор, построенный на основе культивирования одноклеточных водорослей.

В конце пятидесятых годов, когда стало ясно, что полет в космос человека не за горами, возник вопрос - как обустроить его жизнь в среде, абсолютно неприспособленной для этого. Уже тогда было ясно, что нужно обзаводиться системами жизнеобеспечения, способными самовоспроизводиться. Тогда и возникла мысль повторить то, что делается в природе Земли. Следовательно, зашла речь о биологических регенеративных системах. Возникла идея использовать водоросли под названием хлорелла как биологический реактор, который снабжал бы герметичное помещение достаточным количеством кислорода в результате фотосинтеза и поглощения СО2. По распоряжению Сергея Павловича Королева была создана герметичная пяти кубометровая камера для того, чтобы имитировать обстановку в "Востоке". Засадили туда меня. Иллюминатор, конечно, был, телефонная связь. К исходу первых суток стало ясно, что человек, потребляет значительно больше кислорода, чем могут вырабатывать водоросли. Углекислота росла, а кислород падал. После этого эксперимента усовершенствовали технологию и спокойно держали в этой камере человека на протяжении месяца. После этого эксперимента, были проведены и другие испытания системы жизнеобеспечения человека.

На сегодня, нигде в мире не существует надежно работающих замкнутых систем, в которых человек бы полностью обеспечивался кислородом, водой и частично пищей. Однако, возможность построения такой системы доказана.

Поэтому то, американское космическое агентство NASA проявило большой интерес к этим исследованиям, проведенным в “Биосфере-2” и к аквасистемам. 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.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список литературы

 

1. Архив сайта "Известия науки" за 10 сентября 2004 года, inauka/10-09-04/

2. Биосферцы испытывают трудности // «Природа», 1993. №7. С.117;

3. “Биосферу-2” проветрили и почистили // «Природа», 1996. №1. С.117-118;

4. Дом под стеклянным небом // Знание—сила : Новости науки znanie-sila/news/issue2print_72.html, 2000

5. Нельсон М. и др. Биосфера-2 // «Природа», 1993. №10. С.66-79;

6. Последняя разработка NASA у вас дома // "Мир климата", 2003, № 2

1. Чашечников Д., Краснобородько В. Два года под колпаком //"Аргументы и Факты", 11 июня 1998, №24

7. Эксперимент “Биосфера-2” продолжается // «Природа», 1995. №1. С.119-120;