Замкнутая экосистема — возможно будущая среда обитания человека
Человечество — самый влиятельный вид, проживающий на планете Земля. Он демонстрирует свое превосходство, бесцеремонно вмешиваясь в различные природные процессы и в жизнь своих менее развитых соседей. Однако, несмотря на стремительное развитие, есть вещи, на которые вряд ли когда-то мы сможем оказать существенное давление.
Изменение нашей биосферы, возможность существования в космическом пространстве или на другой планете – эти направления исследований станут определяющими для наших потомков. Одним из наиболее возможных решений поставленных задач считается создание замкнутой экологической системы. Разработчики многих государств трудятся над этой задачей, преодолевая большие трудности в реализации самодостаточного мира.
Люди давно начали создавать экологические системы. Засеянные поля, парки, искусственные водоемы – все это призвано для извлечения некой пользы. Мы воссоздаем условия, которые позволяют поддерживать жизнедеятельность отельных живых организмов и сред их обитания. Подконтрольно нашему влиянию они взаимодействуют друг с другом. Однако кроме нас на такие образования действует и экологическая система планеты Земля. Она находиться несоизмеримо выше на иерархической лестнице, глобально влияя на свои рукотворные копии.
Целью же научных экспериментов является изучить изменение самой экологической системы Земли или возможность создания подобного независимого природного комплекса. А это значит, что поставлена задача – построить замкнутый автономно функционирующий проект, со своим набором живых организмов и средой обитания. Работы в этом направлении ведутся достаточно интенсивно. Их масштабы и успешность разнообразны, но ученые не прекращают попытки почувствовать себя в роли Создателя.
Проект «Эдем»
Проект «Эдем» — это самая большая оранжерея на нашей планете. Задуманная сэром Тимом Смитом, она была открыта к посещениям в марте 2001 года. На ее строительство потратили 2.5 года и немало интеллектуальных ресурсов. Местом расположения было выбрано графство Корнуолл, Великобритания.
«Эдем» состоит из двух строений, образованных геодезическими куполами, которые представляют собой сферическое архитектурное сооружение. Купол состоит из набора шести- и пятиугольников, которые и образуют каркас громадной оранжереи. Основными материалами строителей были трубчатая сталь и специальный термопластик. Такое покрытие пропускает солнечный свет и аккумулирует тепло, а также является менее опасным, чем стеклянные витражи.
Внутри куполов разработчики воссоздали набор биомов – совокупности экологических систем, которые соответствуют определенным природно-климатическим зонам. В каждом таком объекте расположился уникальный набор живых организмов и растительности. Посетителям предложено путешествие по нескольким климатическим поясам в пределах одного строения. Объем познавательной и развивающей информации сложно переоценить. Всего в «Эдеме» представлено три биома, каждый из которых широко наполнен характерными представителями. Самая большая экосистема представляет экваториальные широты. Она занимает более 1.5 гектара и достигает высоты 55 метров. Внутри поддерживается соответствующий температурный режим и влажность. Скромнее представлены средиземноморские виды. Их биом занимает чуть более 0.6 гектара, однако кроме экологической системы он выделяется скульптурным оформлением. На открытом воздухе представлен биом, отвечающий за представителей умеренного климата.
Конечно, проект «Эдем» нельзя назвать полноценной независимой замкнутой экосистемой. Работа оранжереи постоянно корректируется специальным компьютерным софтом и научными сотрудниками. Кроме того материалы, из которых создана оболочка куполов, имеют достаточно приземленные сроки годности, что делает проект «Эдем» достаточно уязвимым.
Проект БИОС
Более обстоятельно к замкнутости и автономности искусственной экологической системы подошли ученые красноярского Института биофизики. Их серия исследовательских программ БИОС дала неплохие результаты. Стартовав в 1964 году, БИОС-1 и БИОС-2 использовали двух- и трехзвенные системы обеспечения человека. Изначально, основным компонентом работы комплекса должны были стать водоросли хлорелла. Они успешно перерабатывали углекислый газ в кислород, однако оказались непригодны в пищу. Красноярские ученые ввели третий элемент – высшие растения. В 1968 году такая трехсоставная система прошла тестирования, показав перспективные показатели. Экспериментальная среда смогла достичь 85% порога повторного использования водного ресурса.
Основываясь на предыдущих наработках, исследователи в 1972 году запустили проект БИОС-3. Базой исследований стало герметичное помещение, объем которого составил 315 квадратных метра. Оно было разделено на четыре отсека: два предназначались для выращивания растений в искусственных условиях, один занимали микроводорослевые культиваторы, а последний служил жилым помещением. Было проведено десять экспериментов-заселений, в каждом из которых участвовали три человека. Инженер Николай Бугреев находился в БИОСЕ-3 около 13 месяцев.
Эта научная компания добилась беспрецедентных результатов. Была достигнута полная автономность по водной составляющей и газообмену. Самостоятельное обеспечение пищей участников эксперимента достигло отметки 80%.
После распада Советского Союза работы над БИОС-3 были приостановлены. Только в 2005 году в Красноярске возобновилась деятельность по созданию замкнутых экосистем.
Биосфера-2
В начале 90-х годов в пустыне Аризона была предпринята самая масштабная попытка создания пригодной для жизни автономной среды. Проект Биосфера-2 представляет собой лабораторный герметичный комплекс, раскинувшийся на 1.5 гектара. В состав экспериментального сооружения входит 7 отсеков, несущие индивидуальные климатические условия. Здесь есть свой океан, пустыня, тропический лес. Все блоки населены соответствующими видами флоры и фауны. Оболочка Биосферы-2 пропускает до 50% солнечных лучей, а газообмен с внешней средой сведен к возможному минимуму.
Первоочередной задачей проекта Биосфера-2 была проверка возможности существования человека в созданных условиях. Результаты оказались не особо радужными. Ученые и участники эксперимента столкнулись с множеством проблем и недоработок. В среду огромной лаборатории были помещены восемь человек. Однако вскоре они столкнулись с кислородным голоданием. Насыщенность воздуха кислородом опустилась с отметки 21% до 15%. Одной из наиболее вероятных причин была названа деятельность почвенных организмов. Так или иначе, а драгоценный газ пришлось дополнительно подкачивать.
Позже выяснилось, что размеры экосистемы не в состоянии обеспечить жителей пищей в полном объеме. Было принято решение дополнительного засева территорий. Серьезнейшей проблемой стало массовое размножение насекомых-вредителей. Ученые также не учли влияние ветра на укрепление структуры растений. Без этого природного явления деревья стали хрупкими, не имея шансов на полноценный рост. Эксперимент по заселению человека в Биосферу-2 вызвал много вопросов и критики. Следующий исследовательский подход обошелся уже без присутствия людей внутри лаборатории. А в 2005 году проект был выставлен на продажу, так и не решив поставленных целей.
Пока человеку не удается создать даже слегка приближенную экологическую систему к той, в которой мы с вами живем. А это значит, что в стремлении открыть новые среды обитания мы должны беречь уже существующую.
