Проект - "биосфера", рай который лопнул. Проект - "биосфера", рай который лопнул Целью эксперимента биосфера 2 являлось

4. Однажды ученый-натуралист, который занимался изучением жизни птиц, заметил очень большое гнездо на высокой сосне неподалеку от озера. Он забрался на дерево и увидел в гнезде крупную рыбу. Это была свежая щука. Какая птица поселилась в этом гнезде? (Это гнездо принадлежит крупной хищной птице - скопе. Она охотится за рыбой, уподобляясь опытному ныряльщику: бросается вниз, ныряет и хватает свою добычу.)

5. Что вы знаете о «Биосфере-2»? (Она находится в Аризонской пустыне. Это огромное сооружение. Создано американскими учеными. Оно изолировано от окружающей среды. Цель эксперимента - получить необходимую для ученых информацию, чтобы улучшить положение дел в большой биосфере. Все системы «Биосферы-2» действуют в соответствии с закономерностями функционирования естественных экосистем на основе замкнутых циклов.)

6. Какое растение называют живым светофором? (Это медуница, которая занесена в Красную книгу. Как и все подснежники, она спешит привлечь внимание насекомых-опылителей. Она регулирует посещение насекомых, как светофор, то есть меняет свою окраску: становится попеременно синей, фиолетовой и розовой. Розовый цвет сообщает насекомым о том, что сладкое угощение, нектар, закончилось.)

7. Что является самым важным веществом на Земле? (Вода - жидкость без вкуса, цвета и запаха. Вода входит в состав всех живых веществ, есть в почве и воздухе. Ни одна форма живого организма не может существовать без воды. Растения и животные содержат в себе от 50 до 99 процентов воды. Вода - источник кислорода в атмосфере (фотосинтез). Вода - фактор, который определяет климат (медленно нагревается и охлаждается, отсюда смягчающее влияние на климат). Гидросфера содержит около 1,4 миллиарда кубических километров воды; 5 тысяч кубических километров воды используется ежегодно, а загрязняется (из-за активной технической деятельности человечества) почти в 10 раз больше. Некоторые страны испытывают нехватку пресной воды. На Земле ее много, но люди не научились использовать воду рационально.)

8. Как назвал воду Леонардо да Винчи? (Он назвал воду соком жизни на Земле.)

9. Сколько воды необходимо взрослому человеку в сутки? (70 килограммов массы человеческого тела содержит 50 килограммов воды (70%!). Если человек теряет 12 процентов влаги, он может погибнуть. Организму взрослого человека ежедневно необходимо до 10 литров воды. Из них большую часть ткани организма создают сами (эндогенная вода), а 2 литра воды человек должен получить в составе пищи или в чистом виде.)

10. Уникальное озеро нашей страны. (Это - озеро Байкал. Его приблизительный возраст 25 миллионов лет. Озеро пресное. В чистой и прозрачной воде Байкала можно невооруженным глазом наблюдать предметы на глубине более 40 метров. Обитатели этого озера - байкальский омуль, голомянка, нерпа, осетр, таймень. Жизнь Байкала зависит от фитопланктона (сообщество водорослей), зоопланктона (представитель -рачок эпищур) и маленькой рыбки голомянки. На долю голомянки приходится 70 процентов от массы всех байкальских рыб (около 200 тысяч тонн). Голомянка - живородящая. Находится в постоянном движении сверху вниз, до самых глубоких точек озера. Благодаря ее постоянному движению масса воды перемещается и обогащается кислородом. В последнее время все чаще ученым и защитникам природы приходится поднимать голос в защиту озера Байкал.)

Ведущая.

Ее Величество Земля

Нас жалует своим визитом.

Сейчас выходит к нам она

Вся в окружении природной свиты.

Выходят ребята в костюмах животных, деревьев, рыб, цветов и т. д.

Ведущая (обращаясь к Земле, это может быть девочка в стилизованном костюме).

Ваше Величество, земной народ спешит,

Верительные грамоты сейчас он вам вручит.

Представитель команды «Родник» вручает грамоты.

Ученик из команды «Родник».

Ваше Величество Земля!

Ваши леса, луга и реки,

Ваши безбрежные поля

Очаровали нас навеки.

Мы понимаем, наша жизнь

В залоге у вашей природы.

И, разоряя все вокруг,

Мы все нищаем год от года.

Беднеем телом и душой,

Рискуем все своим здоровьем.

А нам бы надо отнестись

К земле, природе

С нежностью, любовью.

И защищать Вас, и беречь,

Всем потому что нам известно,

Земля - наш дом.

Ее хранить -

Кодекс землянина,

Кодекс ума и чести!

Представитель команды «Лесник» вручает грамоты.

Ученик из команды «Лесник».

Моя Земля, ваше зеленое Высочество,

Сбылись не лучшие все древние пророчества.

Все потому, что современный человек

Забыл, что у природы есть свой век!

Забыл о том, что лес долго растет,

Что грязная вода болезни принесет,

Что воздух, гарью, дымом заражая,

Своими легкими он сам его вдыхает.

И землю засоряя, вырубая,

Он в никуда бездумно так шагает.

Ваше Высочество, планета голубая,

Мы, молодые, вдохновенно заверяем,

Что будем Вас щадить, оберегать,

Вашу природу по науке защищать.

Ведь нашим внукам-правнукам

На вашей земле жить!

Ведущая предлагаем участникам турнира ответить на вопросы очередного задания.

Викторина «Человек и биосфера»

1. Что такое загрязнение? (Загрязнение - это поступление вредных веществ в среду обитания. Некоторые загрязнители оказывают отрицательное влияние на развитие всей биосферы. Антропогенное загрязнение (результат активной деятельности человека) превосходит природное, которое может быть вызвано наводнениями, землетрясениями, извержениями вулканов и т. д. Виды загрязнения: химическое, биологическое, электромагнитное, радиационное, шумовое, тепловое.)

2. Почему меняется климат? (Причины изменения климата - парниковый эффект, уменьшение водорегулирующих возможностей суши, которые произошли из-за вырубки большой территории лесных массивов, осушения болот, распахивания больших степных площадей, строительства городов и дорог. Нарушен контроль испарения воды с поверхности суши. Самыми лучшими водорегулирующими свойствами обладают леса.)

3. Какое море умирает? (Аральское море. Начало этого процесса - 50-е годы XX века. Всему виной увеличение площадей для посевов хлопчатника и риса. Разветвленная сеть оросительных каналов забирала воду для посевов из Амударьи и Сырдарьи. Объем воды в море уменьшился. Поверхность Арала стала втрое меньше. Вода стала соленой, рыба погибла. Изменился даже климат. С бывшего морского дна ветер поднимает в воздух высохшую соль. Результат деятельности человека - экологическая катастрофа. Снизилась урожайность полей, ухудшилось здоровье людей.)

4. Что является одним из наиболее опасных загрязнителей морей? (Это - нефть. Она попадает в окружающую среду в результате процесса добычи и всевозможных аварий. Страдают люди и обитатели моря. Но некоторые бактерии находят ее вкусной. Это - бактерии-нефтееды. Но при авариях выливается такое количество нефти, с которым бактерии не могут справиться. Люди научились искусственно выращивать «лечебные» бактерии для моря. Их хранят в сухом виде. При авариях - высевают на нефтяное пятно.)

5. В чем заключается опасность роста употребления энергии? (Рост употребления энергии опасен нагревом земной поверхности и приземных слоев атмосферы. Современные технологии таковы, что приблизительно одна треть энергии тепловых электростанций и до половины - атомных пропадает при охлаждении агрегатов. Отработанная вода загрязняет водоемы. Электромагнитные поля влияют на развитие живых организмов. Среднюю температуру Земли увеличивают также и парниковые газы. Получение энергии загрязняет воздух оксидами азота и серы. А это способствует выпадению кислотных дождей.)

6. Что является самым экологичным источником энергии? (Этот источник — экономия энергии (мнение немецкого ученого Д. Зайфрида). Для этого необходимо строить и производить дома и приборы с высокой теплоизоляцией.)

7. Чем так опасны синтетические моющие средства? (Стиральный порошок, мыло, шампунь, сода являются серьезными загрязнителями воды и почвы. Они изменяют поверхностное натяжение воды, нарушая жизнедеятельность многих организмов, которые обитают на границе раздела воды и воздуха. Попадая в водоемы, они затрудняют доступ кислорода. Моющие средства губительно действуют на икру рыб и развитие земноводных. Фосфор, которым так богаты моющие средства, способствует росту водорослей (вода цветет). Моющие средства изготавливаются на основе синтетических веществ, что затрудняет их разложение в природной среде.)

Министерство образования и науки Украины

Реферат

по курсу: “Основы экологии”

Кафедра: “Инженерная экология и охрана труда” на тему: “Биосфера-2”

Выполнила:

студентка группы

Грицан Ольга

Проверил:

ассистент Турищев В.В.

г. Днепропетровск

Вступление 3

1. Необычный эксперимент американцев – “Биосфера-2” 4

2. Новая жизнь “Биосферы-2” 8

3. “Вечные аквариумы” 10

Заключение 11

Список использованных источников 13

Вступление

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.

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.

Следует отметить, что 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 великий ученый, создатель учения о биосфере. Вернадский рассматривал науку в качестве средства развития человечества. Поэтому очень важно, чтобы наука не принимала форму абстрактной, имеющей свое независимое существование сущности. Мы наблюдаем, как наука все сильнее и глубже начинает изменять биосферу Земли, она меняет условия жизни, геологические процессы, энергетику планеты. Значит, и сама научная мысль является природным явлением. В переживаемый нами момент создания новой геологической силы, научной мысли, резко возрастает влияние живого вещества в эволюции биосферы. Биосфера, перерабатываясь научной мыслью Homo Sapiens, переходит в свое новое состояние – в ноосферу.

Очень сложно прогнозировать "поведение" нашей биосферы. 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. Это может привести к непредсказуемым последствиям, да и технические возможности цивилизации неспособны действовать так глобально, в рамках целой планеты.

1. Необычный эксперимент американцев – “Биосфера-2”

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.

Относил искоренение войн из жизни человечества. Он большое внимание уделял решению задач демократических форм организации научной работы, образования, распространения знаний среди народных масс. 5. Переход биосферы в ноосферу: прогноз и реальность Вернадский, анализируя геологическую историю Земли, утверждает, что наблюдается переход биосферы в новое состояние - в ноосферу под действием новой...

Тракт грунтоедов и илоедов а). Перемещение самого “живого вещества” (следствие этого – транспортировка биогенного вещества); б). перемещение неживого вещества организмами в ходе жизнедеятельности IV. Биосфера и человек. Ноосфера. Вернадский, анализируя геологическую историю Земли, утверждает, что наблюдается переход биосферы в новое состояние – в ноосферу под действием новой...

Опыты по созданию замкнутых экологических систем с целью жизнеобеспечения человека (для работы в космосе или в экстремальных климатических условиях на Земле, или, скажем, спасения в случае резкого ухудшения условий жизни на планете) велись и ведутся в разных странах, в том числе и у нас. Самый, наверное, эффектный и наглядный из них проводился в 1991-94 годах в Аризоне и был первой масштабной попыткой моделирования процессов, происходящих в естественных экосистемах Земли. На площади в полтора гектара был построен герметичный комплекс из нескольких зданий и оранжерей, внутри которого, помимо жилых и технических помещений, были упрощенно смоделированы 5 биомов: тропический лес, океанский риф, пустыня, саванна и мангровый эстуарий, а также агроценоз для выращивания продуктов питания и скота. Всё это вместе должно было работать как полностью замкнутая экосистема (снаружи обеспечивался только приток энергии, но он и для земных экосистем идет извне - от Солнца), обеспечивающая автономное существование 8 человек на протяжении нескольких лет.

Фотографии со строительства "Биосферы-2" неиллюзорно напоминают кадры создания планеты из фильма "Автостопом по Галактике"

В общей сложности в гигантскую теплицу было заключено около 3000 видов животных и растений, видовой состав которых был подобран так, чтобы наилучшим образом имитировать биосферный круговорот веществ, включающий продуцирование и разложение органики, в том числе и естественное разложение отходов жизнедеятельности людей.

Для компенсации перепадов давления в комплексе при изменениях суточной температуры в отдельном куполе был установлен прибор, получивший прозвание "легких" - огромный поднимающийся и опускающийся алюминиевый диск, соединенный со стенами гибкой резиновой мембраной. Компенсатор не столько предотвращал разрушение конструкций при критической разницы в давлении, сколько минимизировал газообмен "Биосферы-2" с атмосферой Земли через микротрещины в конструкции - идеально герметизировать столь огромное помещение практически невозможно, и потери (или приток) возрастают при увеличении градиента давления между внешней и внутренней средой. Общий объём атмосферы комплекса составлял около 204 000 кубометров, обмен с земной атмосферой в единицу времени был – специально замеряли – в 30 раз меньше, чем утечка воздуха из "Спейс Шаттла", находящегося в космосе.

26 сентября 1991 года добровольцы-исследователи - четыре мужчины и четыре женщины - закрыли за собой герметические двери и эксперимент начался. Связь с внешним миром обеспечивалась только через интернет и по телефону, ну и взглядами через стеклянные стены.

Последний кадр - современный, поэтому мониторы с ЭЛТ перемежаются жидкокристаллическими. Но сделан в том самом куполе, что виден на КДПВ.

Первые же недели эксперимента показали, что воссоздание природного равновесия - не такое уж простое дело. Уровень кислорода начал падать примерно на 0,5% каждый месяц. И дело оказалось не в том, что экспериментаторы неправильно рассчитали количество "колонистов", перенаселив станцию, а в непредвиденном размножении микроорганизмов - те буквально заполонили посевы, саванну и лес, истребляя всходы и меняя экосистему под себя, не считаясь с планами человека. Кстати, с проблемой микробов в космосе человечество столкнулось уже сейчас, например на МКС, где активно размножающиеся в труднодоступных закоулках маленькие поганцы вредят даже механизмам, повреждая полимеры и органику, способствуя коррозии металлов, формированию биопленок и "тромбов" в трубопроводах и системах регенерации воды.

Второй проблемой стали макроорганизмы. Из-за того, что пищевые цепи искусственных экосистем "Биосферы-2" оказались неполными, урезанными, насекомые и другие беспозвоночные тоже стали вести себя не как было запланировано, а как им вздумается. Почему-то начали вымирать опылители, а численность других созданий в отсутствие естественных врагов стала неконтролируемо расти, превращая их из помощников во вредителей. При этом обнаружились неожиданные побочные эффекты - тараканы, к примеру, взяли на себя роль опылителей, но делу это не сильно помогало: произведенный с их помощью урожай они же и старались пожрать, еще и потребляя в процессе драгоценный кислород.

Положение осложнялось тем, что в эксперименте нельзя было использовать пестициды - не по этическим соображениям, а потому что процессы самоочищения в таких небольших, да еще и замкнутых экосистемах проходят очень медленно, а это значит, что отравление химикатами всех обитателей, в том числе и людей, было бы неизбежным.

Для очистки воды использовались в том числе водяные гиацинты (на переднем плане)

В результате "колонисты" (хотя через пару недель после начала эксперимента их стало уже 7 - одна из участниц покинула проект из-за травмы) столкнулись не только с нехваткой воздуха, но и пищи. Пришлось увеличить плотность засева зерновых, а в тропическом лесу дополнительно высадить манго и папайю. На страх вредителям из внешнего мира были доставлены 40 гекконов и 50 жаб.

Подселение манго и жаб в принципе не противоречило условиям эксперимента - это была, так сказать, коррекция первоначальных расчетов. Но когда содержание кислорода снизилось с 21% до 15% - как на высоте в 4 км - организаторы эксперимента в тайне от общественности пошли на прямое "читерство": начали закачивать в комплекс кислород. Гекконы тоже не спасли положение: каждый день приходилось тратить массу времени на ручной сбор вредителей, но и он не помог справиться с продовольственным кризисом, и тогда к кислороду "с большой земли" добавились продукты (эти факты скрывались и были разоблачены впоследствии).

В ходе проведения эксперимента обнаружились и другие непредвиденные обстоятельства. Некоторые просто интересные: так, по утрам в оранжереях шел дождь: влага конденсировалась на стеклянной крыше и к утру падала вниз, в результате спустя некоторое время после начала эксперимента "пустыня" стала второй "саванной".

Из неожиданных проблем стоит отметить отсутствие ветра: оказывается, для нормального развития деревьям нужно регулярное раскачивание, без него механические ткани древесины оказываются недостаточно развитыми - деревьям тоже нужна тренировка! Без ветра же стволы и ветви деревьев "Биосферы-2" становились хрупкими и ломались под тяжестью собственного веса.

В отличие от ветра, фактор волн для полноценного функционирования "океана" и "эстуария" создатели предусмотрели - специальный механизм создавал движение воды. Кораллы за время эксперимента дали 85 дочерних колоний. Впрочем, многие другие обитатели "океана" и других биомов вымерли или уменьшились в числе.

Довольно быстро в полный рост встала проблема психологической совместимости. В итоге команда постоянно запертых в компании друг друга в закрытом помещении людей распалась на две противоборствующие группы. Подробности не разглашаются, но, пишут, бывшие участники эксперимента избегают встреч с членами "противоположного лагеря" и по сей день. Фактор известный, на нем построено множество реалити-шоу, но проведению эксперимента, посвященного совсем другой тематике, это сильно мешало. И это всё происходило в условиях постоянной связи с внешним миром, возможности помощи психолога и т.п. - а какие формы может принимать неожиданно возникающий антагонизм в небольшом коллективе в полностью автономной колонии, большинство из нас может только догадываться.

В итоге 26 сентября 1993 года эксперимент пришлось прервать. В 1994 году была предпринята вторая попытка, в результате которой спонсоры отказались от проекта, признавая, что эксперимент не принес ожидаемых результатов, и передали комплекс Колумбийскому университету. В 1996 году и там решили прекратить эксперимент и удалить из сооружения людей, поскольку так и не смогли решить проблему питания и сохранения неизменного состава воздуха. Исследования искусственной биосферы продолжались, но уже без подопытных людей и без строгого автономного режима. Некоторые биомы стали доступны для экскурсантов, и на фотографиях с таких экскурсий можно наблюдать сегодняшнее печальное положение искусственной биосферы:

В 2005 году "Биосфера-2" была выставлена на продажу, и насколько я понял, продается по сей день.

Эксперимент этот можно назвать провалившимся, но не безрезультатным. Безусловно, в ходе его проведения и при последующей работе было получено множество данных, которые пригодятся (и уже пригождаются) в дальнейших исследованиях такого рода. В целом же можно сказать, что путь до создания полностью автономных и успешно регулирующихся экосистем, способных обеспечить существование, скажем, колонистов на другой планете, предстоит еще неблизкий. Впрочем, черт с ними, с колонистами - "Биосфера-2" это один из ярких примеров, когда вложения в исследования космических технологий в конечном счете помогают улучшению жизни здесь, на Земле.

И второй, "обратный" вывод из этой увлекательной истории: мы не сможем покорить космос, пока не научимся сохранять, восстанавливать и регулировать среду обитания на Земле. Мы пока не можем основать долгосрочные автономные поселения на орбите и других планетах, и дело отнюдь не в финансировании и мощности двигателей: у нас пока нет необходимых знаний и опыта для создания среды жизнеобеспечения. А уж "спасение в космосе от экологической катастрофы" – вообще оксюморон, вроде круглого квадрата.

Этот интересный эксперимент был организован американским миллиардером Эдвардом Басом и компанией Space Biosphere Ventures. Они надеялись выяснить, сможет ли человек выжить в замкнутой среде без связи с внешним миром. Несмотря на то, что к организации проекта подошли со всей серьезностью, а финансирование осуществлялось в должном объеме, эксперимент был признан провалившимся. Давайте посмотрим, почему это произошло.

Грандиозный комплекс под названием «Биосфера-2» был построен в пустыне Аризоны в США. Предполагалось, что он будет раем для 8 добровольцев-исследователей, которые станут участниками проекта. Для того, чтобы существовать в автономном режиме и совершенно не зависеть от внешнего мира, грандиозный комплекс площадью 1,5 гектара был устроен как маленькая копия планеты Земля. Строение состояло из 7-ми отдельных, блоков, часть из которых имитировала различные экосистемы: тропический лес, мангровые заросли, саванна, океан, пустыня. Значительные площади были отведены под выращивание растений, пригодных для употребления в пищу. Само здание было изолировано от внешнего мира, а пригодный для жизни уровень кислорода должны были обеспечивать находящиеся внутри растения.

Вместе с участниками проекта в комплекс были заселены козы, куры, свиньи и несколько видов рыб, которые обитали в прудах. Предполагалось, что люди будут сами выращивать полезные фрукты и овощи, работая в теплицах, и ухаживать за домашними животными, которые также станут для них источником пропитания.

Научный эксперимент был начат в 1991 году, а его участниками стали 8 человек: 4 женщины и 4 мужчин. Но в первый же месяц проекта участников осталось семеро, так как одна женщина повредила себе палец во время полевых работ. Ей не смогли оказать медицинскую помощь на должном уровне, и она была вынуждена покинуть проект.

Второй проблемой, которая обнаружилась также на старте эксперимента, оказалось падение кислорода. Несмотря на все проведенные расчеты и большое количество зеленых фотосинтезирующих растений, приборы показывали снижение содержания кислорода в воздухе. Оказалось, что расчеты были выполнены неверно и производимого растениями кислорода не хватило для обеспечения жителей комплекса.

Кроме того, выяснилось, что в комплексе очень быстро размножились вредные микроорганизмы и насекомые. От тараканов и муравьев не было спасения, а зеленые растения оказались во власти вредителей. Поскольку в замкнутом пространстве комплекса «Биосфера-2» изначально не предполагалось использование химических препаратов для борьбы с вредителями, то было решено заниматься сбором и уничтожением насекомых вручную. Все это очень изматывало людей, жизнь в комплексе превратилась в тяжелую работу.

Ну и последнее, что упустили из виду организаторы, это психологическое здоровье самих участников проекта. Все произошло примерно так, как показывают в голливудских фильмах про полеты на Марс. Практически сразу из-за возникших разногласий люди разделились на две группы, которые мало общались между собой. Из-за возросшей физической нагрузки и нехватки продуктов питания участники проекта стали терять в весе. На этой почве участились случаи конфликтов внутри группы, а моральный климат в коллективе оставлял желать лучшего. Они весело махали журналистам сквозь панорамные окна, но на самом деле с нетерпением ждали окончания этого безрадостного проекта.

Проект завершили ровно через два года. Спустя некоторое время в прессу просочились сведения о том, что в комплекс регулярно закачивался недостающий объем кислорода, а также осуществлялось дополнительное снабжение продуктами питания. Эксперимент признали неудачным. Специалисты вынуждены были согласиться с тем, что комплекс и его внутреннее содержание нуждаются в существенных доработках.

в Избранное в Избранном из Избранного 0

Недавно мне посчастливилось посетить одну из достопримечательностей Тусона - "Биосферу -2". Это поразительное сооружение имеет очень интересную историю создания, которая выглядит, как хорошо закрученный детектив. Однако, все по порядку.

В этот день мы выехали из дома в 9 часов утра, поскольку предстояло проехать больше 100 км до цели нашего путешествия. Через 2 часа пути перед нашим взором открылось панорама, состоящая из каких-то фантастических прозрачных сооружений конической и полукруглой формы, позади которых виднелись закрытые белые полусферы и что-то, напоминающее восточную мечеть. Создавалось впечатление, что мы приближаемся к какой-то неземной конструкции, которая подошла бы больше для лунного или марсианского пейзажа…

Когда мы подъехали поближе и попытались найти место для парковки, то это удалось сделать с большим трудом. Следует заметить, что когда наша машинка ехала по хайвэю, то дорога была почти пустынна, и я решила, что "Биосфера-2" из-за своей удаленности от города не очень часто посещается. Но как я была неправа, вся стоянка была забита машинами до отказа. Но нам с мужем сказочно повезло, когда мы обнаружили, что одно место сейчас освободиться, т.к. припаркованная машина начала выезд со стоянки.

Первый вопрос, который у меня возник, когда я разглядывала издали эту конструкцию: зачем и как долго она строилась. Вскоре я получила ответ на эти и многие другие вопросы.

Ученые давно задумывались, почему же так сложно прогнозировать поведение биосферы Земли? На ее состояние влияют очень многие факторы. Из-за этого сложно проводить теоретические расчеты и строить математические модели поведения биосферы Земли, а поставить эксперимент на "натурной модели" невозможно, поскольку нельзя экспериментировать над целой планетой. Это может привести к непредсказуемым последствиям, да и технические возможности цивилизации неспособны действовать так глобально.

Уже давно в научном мире подспудно зрела мысль о создании модели земной биосферы в миниатюре. Она должна быть абсолютно изолирована от остального мира, в ней будет своя атмосфера, почва, океан, джунгли, животные и растения. В замкнутую мини-биосферу будет поступать только солнечная энергия, точно так же как это происходит с нашей планете, куда практически ничего не поступает извне, кроме солнечного света и тепла. Построив такой мир можно было бы начать эксперименты, например, увеличив концентрацию углекислого газа и посмотреть на последствия. Кроме того, интересно выяснить, как будет развиваться эта экспериментальная биосфера в будущем, если ее предоставить самой себе. И, безусловно, такой опыт может понадобиться в будущем, при постройке поселений человека на других планетах.

Большим энтузиастом создание модели замкнутой биосферы был техасский миллиордер Эд Басс. Он же выступил основным спонсором. Разработка конструкций и систем заняла около 10 лет, в течение этого времени специальные группы ученых собирали по всей Земле разнообразные виды животных и растений для заселения Биосферы - 2, подбирали образцы почвы, тщательно следя за тем, чтобы все там было биологически сбалансировано.

В 1986 году в пустыне южной Аризоны, у подножья гор Санта-Каталина, в 60-ти километрах к северу от Тусона компанией "Space Biosphere Ventures" было начато строительство этого необычного сооружения, получившего название "Биосфера-2". Одним из условий Эда Басса было проследить человеческие отношения в условиях дикой природы и полной изоляции.

В 1990-м году была построена грандиозная конструкция, представляющая собой замкнутую природную систему, получившую название "Биосфера-2", при этом имелось в ввиду, что 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 кубометра. Она была полностью покрыта стеклянным колпаком, пропускающим 50% солнечного света. В 5-6-этажных "домах" из стекла и стали разместились семь экологических систем в миниатюре: влажный тропический лес, саванна, болото, океан, пустыня. Кроме того, там были бассейны для рыб, инсектариум с 250 видами насекомых, сельскохозяйственная ферма (тут должны были обитать примерно 4 тысячи видов растений и животных) и жилая часть - комнаты для сотрудников, мастерские, информационно-вычислительный центр для контроля за всеми процессами. Каждая из этих экологических систем была отделена от других и имела свой особый климат. К примеру, испарение воды из "моря" осуществлялось с помощью вентиляторов. Образующийся пар поступал в "джунгли", где поддерживалась определенная влажность, имитировались "облака" и "туман". Управляемые компьютерами защитные экраны позволяли иметь в каждом отсеке соответствующие температурные и световые условия. . Специальные "легочные" установки контролировали давление внутри конструкции, чтобы не нарушить ее изоляции.

Биосфера - 2 достаточно велика, чтобы поддерживать всю экосистему в равновесии и в то же время достаточно 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 имитируют 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.

26 сентября 1991 года в герметически закрытый мир "Биосферы-2" вошли восемь добровольцев (четыре мужчины и четыре женщины). Двери за "биосферянами" ; официально их называли "эконавтами" ; закрылись, были тщательно задраены люки, все щели, все пазы, обрублены все нити, соединяющие испытателей с Землей. Они должны были провести в "Биосфере-2" в полной изоляции два года, прожить их там так, как если бы находились все это время где-нибудь на другой планете. "Биосферянам" не надо было отказывать себе и в мясе. "Мы разрабатываем комплексную систему питания, - рассказывал один из научных руководителей проекта Карл Ходжес, - люди не обязаны есть водоросли, у них будут козы, куры, рыбы и прочее. В таком виде модель биосферы в принципе могла бы существовать, развиваться и поддерживать свое равновесие и на Марсе". Хотя людям, находящимся в этой огромной воздухонепроницаемой конструкции, и был создан максимальный психологический и биологический комфорт, спрос с них был очень жестким. В частности, экологический тип мышления должен был стать для них непременным законом. "Если кто-нибудь бросит что-либо вредное для здоровья человека в водосток системы, он найдет это через пару недель у себя в чашке с кофе", - говорил Ходжес.

Однако, уже через полтора месяца после начала эксперимента из "Биосферы-2" стали поступать тревожные вести. В атмосфере стеклянного здания, где обитали эконавты, начали накапливаться избытки углекислоты. Содержание этого газа превысило запланированное. Чтобы снизить его до нормы, пришлось применить механические средства. Тем самым, концепция "чисто природной экосистемы" уже была нарушена. Отмечались и другие тревожные явления. В искусственной атмосфере "Биосферы-2" снизилась концентрация кислорода. Она стала такой же, как на высоте 3500 метров над уровнем моря, т.е упала с 21 до 14%. Результат - постоянные головные боли и снижение трудоспособности участников эксперимента. Эконавты стали испытывать и некоторое недоедание. Во-первых, расплодились вредители и стали съедать значительную часть урожая. Для борьбы с ними эконавты принялись разводить их естественных врагов - насекомых, питающихся личинками этих вредителей. Во-вторых, "подвели" свиньи: они не желали размножаться и набирать вес, пришлось забить их на мясо.

"Океан" сделался мутным из-за того, что размножились сине-зелёные водоросли.

Изначально предполагалось, что питание биосферян будет близко к вегетарианскому, но действительность далеко превзошла эти ожидания. Оказалось, что вырастить на четверти гектара достаточно продуктов для восьми человек - дело непростое. Эконавтам удалось самим выращивать лишь около 85% необходимых продуктов питания. И они стали быстро терять в весе. Им пришлось потреблять в сутки всего что-то около 2 тысяч калорий. В результате в среднем каждый похудел на 10 килограммов. У биосферян было отмечено резкое падение содержания сахара в крови, снижение количества белых кровяных телец, холестерина и кровяного давления. Учёным пришлось пойти на нарушение условий эксперимента и начать поставку внутрь кислорода и продуктов (эти факты скрывались, и были разоблачены впоследствии).

Вообще в "Биосфере-2" не все шло так, как надеялись ее создатели и устроители. К примеру, почему-то развелось много муравьев, хотя их присутствие в системе первоначально вовсе не планировалось. Травы и кустарники неожиданно стали захватывать территорию, выделенную под пустыню, так как возникший "под колпаком" искусственный климат оказался чересчур влажным. Оставляло желать много лучшего и состояние искусственного океана. Содержание планктона в его водах резко сократилось, и лишенные питания коралловые полипы вымирали. Далее выяснилось, что почва в этом гигантском парнике излишне богата питательными веществами, поэтому почвенные бактерии непомерно размножились. Эти микроскопические существа потребляли такое количество кислорода, что эконавты начали страдать от кислородного голодания.

Несмотря на все эти трудности, эксперимент был завершен. Точно в назначенный срок, 26 сентября 1993 года, биосферяне покинули свой ковчег. И сразу же после завершения этой эпопеи две пары ее участников поженились. Американцы не были бы американцами, если бы они не постарались не только дать ценные сведения науке, но и извлечь из своих необычных приключений еще и коммерческую выгоду. Практически все участники выпустили мемуары, а один из них опубликовал книгу рецептов биосферной еды. Ведь она помогала снижать содержание холестерина в крови, способствовала похуданию. Кстати, сами бывшие эконавты долго не могли привыкнуть к обычной земной пище. Почему-то она казалась им искусственной и безвкусной!

Но дальше всех пошли Джейн Пойнтер и Табер Маккаллум, два участника этого эксперимента. Уже в 1993 году они основали компанию Paragon Space Development Corporation, которая наладила массовое производство… карманных биосфер. Были разработаны миниатюрные, размером от 10 до 30 см в диаметре - биологические аквасистемы. В них абсолютно безо всякого ухода могли жить разнообразные морские и пресноводные животные. На эти кажущиеся совершенно бесполезными "игрушками" в Америке был большой спрос.

В марте 1994 в "Биосфере-2" начала работать вторая смена биосферян, уже из пяти человек. Сменилась и парадигма исследований. Первая вахта была занята в основном собственным выживанием, стремлением обеспечить себя всем необходимым для более-менее полноценной жизни. Теперь же в "Биосферу-2" стали вхожи специалисты-исследователи. Они проводили эксперименты, и срок их пребывания мог варьироваться от нескольких суток до нескольких месяцев. Это уже были фактически не эконавты, а представители различных наук. И проводить полную изоляцию их от внешней среды - об этом теперь уже совсем не помышляли.

Между тем экологическая обстановка в "Биосфере-2" все ухудшалась. И осенью 1994 года и вторая смена специалистов была спешно эвакуирована, а здание; наглухо закрыто. В марте 1995 года было принято новое решение; откупорить "Биосферу-2", основательно проветрить ее и провести в ней "генеральную уборку".

Проект был передан Колумбийскому университету. Они решили прекратить эксперимент и удалить из сооружения людей, поскольку было неясно, как решить проблему питания и сохранения неизменного состава воздуха. Однако, в середине 1996 года ученые начали новый эксперимент, уже без участия людей. Они должны были выяснить:

Действительно ли с увеличением процентного содержания СО2 урожайность повышается и до каких пор;

Что происходит с излишками углекислоты и где они накапливаются;

Обнаруженные проблемы:

В лаборатории расплодилось огромное количество микробов и насекомых, особенно тараканов и муравьёв.

Под стеклянной крышей комплекса по утрам конденсировалась вода и лился искусственный дождь.

Создатели не предусмотрели такого явления, как ветер: оказалось, что без регулярного раскачивания деревья становятся хрупкими и ломаются

В 1997 году проект "Биосфера-2" был закрыт. Тогда выяснилось, что температура и химический состав воздуха внутри помещений в этом рукотворном ковчеге начинают выходить за пределы безопасности. Американцы потратили около 200 миллионов долларов и попытались ответить на вопрос, можно ли создать абсолютно автономную модель земной биосферы. К сожалению, в этот раз опыт окончился неудачей, "малая Земля", воссозданная стараниями ученых и конструкторов, стала непригодной для жизни.

Однако уже в январе 2001 года у этого долгого эксперимента как бы открылось второе дыхание. Министр энергетики США подписал с Колумбийским университетом соглашение об использовании строений "Биосферы-2" для нужд его ведомства. Было решено в течение двух лет выделить 700 тысяч долларов на то, чтобы приспособить сооружение для изучения реакций экологической системы на глобальные и региональные климатические изменения.

10 января 2005 года компания-владелец уникального комплекса выставила лабораторию на продажу. Двадцать лет после того, как комплекс был построен, он был продан компании CDO Ranching & Development LP, которая приобрела лот путем двух сделок. Она заплатила 9 млн. долларов за здания, в том числе биосферные купола и студенческую деревню и еще 40 млн. долларов за землю вокруг собственности. В июне 2007 Университет штата Аризоны стал управлять "Биосферой-2".

Что сейчас можно увидеть на экскурсии в "Биосферу-2"? Самостоятельно следует посетить жилой корпус, где проводился эксперимент с эконавтами: спальни, кухню. Лаборатории, центр управления и аграрную зону, где биосферяне выращивали овощи и животных, чтобы обеспечить свое питание. Лучше всего с экскурсоводом отправиться в оранжереи, где до сих пор экспонируются несколько биомов: океан, мангровые заросли, саванна, пустыня и ливневый тропический лес. Экскурсовод показывает посетителям сложные инженерные подземные сооружения, которые обеспечивают функционирование замкнутых экосистем биосферы. Особого внимания заслуживает посещение круглых полусфер - "легких" Биосферы-2, которые поддерживают газовый состав атмосферы в строениях. Особенно потрясает воображение 20-ти тонная металлическая конструкция, которая парит в пространстве за счет разницы в давлении воздуха. Интересно самостоятельно посетить выставку в цокольном этаже, расположенном под океаном. Через стеклянные окна можно наблюдать жизнь кораллового рифа, осмотреть панорамы различных глубоководных биоценозов и сфотографироваться на память с каким-нибудь симпатичным морским животным.

После трехчасовой прогулки, набравшись положительных впечатлений и узнав много интересного об истории создания и функционирования Биосферы-2, мы покидали это красивое место. Однако осталась небольшая грустинка. Когда этот проект только замышлялся, правительство США по космосу считало возможным создать в 2017 году поселения на Луне, а к 2027 году; на Марсе. Тогда подсчитали, что потребуются не менее трех лет жизни в условиях, подобных тем, что были организованы в "Биосфере-2", чтобы проделать путь к красной планете и вернуться обратно. Практически, эту задачу решить не удалось из-за разных накладок и неучтенных факторов. Меня, как биолога, утешает одно, что на базе Биосферы -2 продолжается экологическое образование студентов, которые проводят различные натурные эксперименты, пишут научные статьи, зачищают дипломы и диссертации. Поэтому есть надежда, что рано или поздно человечество сумеет создать прообраз замкнутых экосистем, где человек сможет жить в течение долгого времени, и такие "космические дворцы" будут украшать наши ближние и дальние планеты, куда еще не ступала нога человека.