Биосфера-2

Биосфера-2 — это экспериментальный комплекс, представляющий собой замкнутую экологическую систему, построенный для изучения возможности создания искусственных сред обитания человека, в том числе для космических колоний. Расположен в пустыне Сонора, штат Аризона, США. Первый эксперимент по полной изоляции экипажа проводился с 1991 по 1993 год, второй — с 1994 по 1995 год. В настоящее время комплекс принадлежит Университету Аризоны и используется для научных исследований в области экологии, климатологии и сельского хозяйства.

История создания

Идея создания замкнутой экосистемы для длительного пребывания человека возникла в 1980-х годах у группы американских энтузиастов во главе с Джоном Алленом, основателем компании Space Biospheres Ventures. Проект получил название «Биосфера-2» (первой «Биосферой» считалась сама Земля). Строительство началось в 1987 году на территории площадью 1,27 гектара. Основной целью было проверить, сможет ли человек выжить в полностью изолированной среде, где все ресурсы (воздух, вода, пища) перерабатываются и воспроизводятся естественными биологическими процессами.

Комплекс был спроектирован как герметичное сооружение из стали и стекла, способное выдерживать перепады давления. Внутри были воссозданы пять биомов: тропический лес, саванна, пустыня, океан с коралловым рифом и мангровые заросли, а также сельскохозяйственная зона для выращивания продуктов питания. Общая стоимость строительства оценивалась в 150 миллионов долларов (в ценах 1990-х годов).

Первый эксперимент (1991–1993)

26 сентября 1991 года восемь «биосферников» (четыре мужчины и четыре женщины) вошли в комплекс и загерметизировали вход. Эксперимент был рассчитан на два года. Участники должны были самостоятельно выращивать пищу, управлять климатом и поддерживать химический состав атмосферы.

Проблемы с кислородом

Уже через несколько месяцев начались серьёзные трудности. Уровень кислорода внутри комплекса начал неуклонно снижаться — с 21% до 14,5% к концу первого года. Это было вызвано тем, что микроорганизмы в почве (особенно в сельскохозяйственной зоне) активно потребляли кислород, окисляя органику. Одновременно повышался уровень углекислого газа. Для компенсации пришлось закачивать кислород извне, что нарушило принцип полной изоляции. Впоследствии выяснилось, что бетонные стены комплекса также поглощали кислород, вступая в химическую реакцию.

Сельское хозяйство и голод

Урожайность культур оказалась ниже расчётной. Участники страдали от нехватки калорий — в среднем они потребляли около 1700–2000 ккал в день, что привело к значительной потере веса (до 10–15 кг на человека). Пшеница, рис и соя давали мало зерна, а овощи и фрукты — недостаточно. Проблемы с опылением растений (из-за отсутствия насекомых) также снижали урожай.

Социальные конфликты

Экипаж разделился на две группы, между которыми возникли личные и профессиональные разногласия. Участники жаловались на психологическое давление, изоляцию и отсутствие приватности. Конфликты усугублялись голодом и ухудшением здоровья.

Завершение эксперимента

26 сентября 1993 года «биосферники» вышли наружу. Официально эксперимент признан частично успешным: были получены ценные данные о замкнутых экосистемах, но полной автономности достичь не удалось. Комплекс пришлось неоднократно вскрывать для подачи кислорода и доставки продуктов.

Второй эксперимент (1994–1995)

В 1994 году был проведён второй, более короткий эксперимент, длившийся около 10 месяцев. В нём участвовали семь человек. На этот раз удалось избежать падения уровня кислорода благодаря изменению состава почвы и улучшению вентиляции. Однако финансовые трудности и смена руководства привели к досрочному прекращению проекта. В 1995 году Space Biospheres Ventures обанкротилась, и комплекс был передан в управление Колумбийскому университету.

Устройство и технические характеристики

«Биосфера-2» представляет собой герметичное здание площадью около 12 700 м², разделённое на несколько зон.

Биомы

• Тропический лес — занимал около 2 000 м², включал более 200 видов растений, имитировал влажный климат.
• Саванна — зона с травами и кустарниками, площадью около 1 300 м².
• Пустыня — искусственная пустыня с песчаными дюнами и суккулентами, площадью около 1 000 м².
• Океан — искусственный водоём объёмом 3 500 м³, с коралловым рифом, рыбами и беспозвоночными. Солёность поддерживалась на уровне 35‰.
• Мангровые заросли — переходная зона между океаном и сушей.

Сельскохозяйственная зона

Занимала около 2 500 м². Включала поля для выращивания риса, пшеницы, сои, а также теплицы для овощей и фруктов. Для опыления использовались вручную (кисточками) и специально завезённые насекомые (пчёлы, шмели), которые, однако, быстро погибали.

Жилые помещения

Жилой модуль включал спальни, кухню, столовую, лаборатории, библиотеку и зону отдыха. Общая площадь жилой части составляла около 500 м².

Система жизнеобеспечения

• Водоснабжение: вода перерабатывалась через систему конденсации влаги из воздуха, очистки сточных вод (фильтрация через песок и растения) и опреснения океанской воды.
• Атмосфера: регулировалась с помощью растений (фотосинтез) и химических фильтров. Однако из-за недостатка кислорода пришлось использовать внешние баллоны.
• Энергия: комплекс питался от солнечных батарей и дизельных генераторов (последние — для аварийных ситуаций). Энергопотребление было высоким из-за необходимости поддерживать климат в каждом биоме.

Научные результаты

Несмотря на неудачи, «Биосфера-2» дала важные данные для науки:

• Кислородный баланс: выяснилось, что в замкнутых системах с большим количеством почвы кислород может быстро расходоваться микроорганизмами, что необходимо учитывать при проектировании космических колоний.
• Углеродный цикл: показано, что растения не способны полностью компенсировать выбросы CO₂ от дыхания человека и разложения органики без дополнительных мер.
• Сельское хозяйство: доказана возможность выращивания продуктов в ограниченном пространстве, но с низкой урожайностью и высокими трудозатратами.
• Психология изоляции: получены данные о групповой динамике, конфликтах и стрессе в условиях длительной изоляции — эти данные используются при подготовке экипажей для МКС и будущих миссий на Марс.

Современное состояние

В 2007 году комплекс был приобретён Университетом Аризоны. Сейчас он используется как исследовательский центр и образовательная площадка. Внутри проводятся эксперименты по моделированию климатических изменений, изучению круговорота воды и углерода, а также по выращиванию растений в контролируемых условиях. Комплекс открыт для посещения туристами.

Критика

Проект подвергался критике за чрезмерную коммерциализацию и недостаточную научную строгость. Некоторые учёные отмечали, что «Биосфера-2» была скорее шоу, чем серьёзным экспериментом, из-за многочисленных нарушений герметичности и вмешательства извне. Также критиковалась высокая стоимость проекта при относительно скромных научных результатах.

Влияние на культуру

«Биосфера-2» стала символом амбициозных попыток человечества создать автономные среды обитания. О ней сняты документальные фильмы, написаны книги (например, «Биосфера-2: История эксперимента» Джона Аллена), а также она упоминается в научно-фантастических произведениях, посвящённых космическим колониям.

Источники

• Аллен Дж. «Биосфера-2: История эксперимента». — М.: Наука, 1995.
• Нельсон М. «Замкнутые экосистемы: от теории к практике». — Нью-Йорк: Springer, 2003.
• Официальный сайт Университета Аризоны: раздел «Биосфера-2».
• Статья «Биосфера-2» в журнале «Nature», 1993, № 365.
• Документальный фильм «Биосфера-2: Провал или успех?», BBC, 1994.