Biosfēra 2 – viens no lielākajiem eksperimentiem ar slēgtu ekosistēmu un skābekļa vidi

Eksperimenta mērķis

Biosfēra 2 bija viens no vērienīgākajiem eksperimenti, kas tika veikts, lai pārbaudītu, vai iespējams radīt pilnīgi autonomu ekosistēmu, kurā cilvēki, augi un dzīvnieki var izdzīvot bez ārējām piegādēm. Projekts tika uzbūvēts Arizonā, ASV, un tā mērķis bija simulēt Zemes ekoloģisko sistēmu slēgtā vidē.

Šis eksperiments tika veikts ar mērķi sagatavoties iespējamai dzīvei uz citām planētām, īpaši uz Marsa. Zinātnieki vēlējās noskaidrot, vai cilvēki var izdzīvot noslēgtā ekosistēmā, kurā viss nepieciešamais (skābeklis, pārtika, ūdens un atkritumu pārstrāde) tiek nodrošināts pašā sistēmā, neizmantojot ārējus resursus.

Biosfēras 2 konstrukcija un ekosistēmas

Eksperimentā tika izveidota vairāk nekā 13 000 m² liela noslēgta telpa, kas ietvēra dažādus biotopus, lai imitētu Zemes ekosistēmu. Tajā bija:

• Tropu lietusmežs
• Savanna
• Purvs
• Tuksnesis
• Koraļļu rifu okeāns
• Lauksaimniecības zona cilvēku uzturam

Kopumā Biosfēra 2 tika veidota tā, lai tā pati varētu uzturēt līdzsvaru – augi ražotu skābekli, dzīvnieki un cilvēki patērētu skābekli un radītu CO₂, bet ekosistēmas pašas pārstrādātu atkritumus un nodrošinātu pārtiku.

Dzīve slēgtā ekosistēmā – kas notika?

1991. gadā astoņi cilvēki tika ievietoti Biosfērā 2, un viņiem vajadzēja tur dzīvot divus gadus pilnīgā izolācijā no ārpasaules. Pirmajos mēnešos viss šķita darbojoties labi – augi ražoja skābekli, pārtikas resursi bija pietiekami, un ekosistēma šķita stabila.

Taču pēc dažiem mēnešiem sākās nopietnas problēmas:

1. Skābekļa līmenis sāka samazināties – sākumā bija 21%, bet pēc 16 mēnešiem tas bija nokrities līdz 14% (kas ir tikpat maz kā augstu kalnos). Cilvēki sāka justies noguruši, ciešot no skābekļa trūkuma.
2. Lauksaimniecības produktivitāte kritās, un iedzīvotājiem bija pārtikas trūkums.
3. Ekosistēmas līdzsvars tika izjaukts – daudzas sugas, kas tika ievietotas biosfērā, izmiru, kamēr citas, piemēram, kukaiņi, kļuva par dominējošo sugu.
4. CO₂ līmenis kļuva neparedzams, jo baktērijas augsnē absorbēja pārāk daudz skābekļa un radīja CO₂, bet biosfēras mehānismi nespēja pietiekami ātri pārstrādāt šo gāzi atpakaļ skābeklī.

Kāpēc skābekļa līmenis kritās?

Viens no lielākajiem pārsteigumiem eksperimentā bija strauja skābekļa samazināšanās, kas izraisīja zinātnisku interesi par Zemes ekosistēmu sarežģītību. Pēc eksperimenta beigām zinātnieki atklāja, ka:

• Augsnē dzīvojošās baktērijas patērēja daudz skābekļa, pārstrādājot organiskās vielas.
• Biosfēras augsnē bija pārāk daudz organisko materiālu, kas veicināja mikroorganismu metabolismu un izraisīja skābekļa deficītu.
• CO₂ absorbēšanas process nebija efektīvs, jo augi nespēja pietiekami ātri pārvērst to atpakaļ skābeklī.

Šīs problēmas radīja neparedzētu klimata un ekoloģisko nestabilitāti, kas bija būtisks atklājums attiecībā uz Zemes ekosistēmu un potenciālu dzīvošanu uz citām planētām.

Biosfēras 2 neveiksme un mācības

Lai gan eksperiments beidzās pirms paredzētā termiņa un tika uzskatīts par neveiksmi, tas sniedza ļoti vērtīgas mācības:

1. Noslēgta ekosistēma ir daudz sarežģītāka, nekā zinātnieki domāja – pat nelielas izmaiņas baktēriju populācijā var izraisīt milzīgas sekas skābekļa un CO₂ līdzsvarā.
2. Pašu ekosistēmu nevar viegli kontrolēt – biosistēmu pārvaldīšana prasa daudz precīzāku izpratni par to, kā dažādi organismi mijiedarbojas.
3. Dzīvošana noslēgtā vidē var būt ļoti sarežģīta cilvēkiem – skābekļa trūkums, pārtikas trūkums un psiholoģiskais stress bija lielākās problēmas, ar kurām eksperimenta dalībnieki saskārās.
4. Ja mēs gribam dzīvot uz Marsa vai citām planētām, mums ir nepieciešams labāk izprast ekosistēmu līdzsvaru un to uzturēšanas metodes.

Vai šādi eksperimenti turpinās?

Jā! Biosfēra 2 joprojām pastāv, un šobrīd tā pieder Arizonas Universitātei. Tā vairs nav slēgta ekosistēma, bet tiek izmantota klimata un ekoloģijas pētījumiem.

Turklāt NASA un citi institūti turpina līdzīgus eksperimentus, lai noskaidrotu, kā cilvēki varētu izdzīvot kosmosā:

• Eksperimenti Antarktīdā – lai pārbaudītu, kā cilvēki var izdzīvot izolētā vidē.
• Marsa kolonizācijas pētījumi – tiek testētas sistēmas, kas nodrošina skābekļa un pārtikas ražošanu slēgtās vidēs.
• Augu audzēšanas eksperimenti uz Starptautiskās kosmosa stacijas (ISS) – lai noskaidrotu, kā augi aug nulles gravitācijā un ierobežotā skābekļa vidē.

Biosfēra 2 bija viens no lielākajiem eksperimentiem ar slēgtu ekosistēmu, kas sniedza daudzas mācības par skābekļa regulāciju un cilvēku izdzīvošanu mākslīgā vidē. Lai gan eksperiments nespēja pilnībā nodrošināt autonomu dzīvi, tas pierādīja, cik sarežģīti ir izveidot līdzsvarotu ekosistēmu, kas spētu atbalstīt cilvēkus ilgtermiņā.

Šis projekts palīdzējis saprast, kādos apstākļos cilvēki varētu izdzīvot uz citām planētām, kā arī devis nozīmīgus ieguldījumus klimata zinātnē un ekoloģijā.