Эксперимент биосфера 2 реферат
Обновлено: 02.07.2024
В середине 1980-х годов более двухсот инженеров и ученых объединились для строительства огромного сооружения из стекла и бетона. Идея заключалась в том, чтобы создать миниатюрную независимую биосферу, полностью изолированную от окружающего мира, чтобы узнать смогут ли люди жить в искусственной экосистеме, как они будут воздействовать на животных и растения вокруг них и наоборот. Этот грандиозный проект получил название " Биосфера 2" , поскольку биосферой №1 является наша планета. Огромная станция была такая же герметичная, как МКС, и отгорожена от внешней среды 500-тонными куполами и пирамидами из стекла и стали. Единственное, что могло проникнуть под купол - это солнечный свет для обеспечения фотосинтеза растений. По замыслу ученых в этой среде восемь добровольцев должны прожить два года, их назвали "бионавтами".
Строительство "Биосферы-2"
Проектирование и разработка всех систем и конструкций длилась на протяжении 10 лет. За это время отдельные коллективы ученых отбирали со всей планеты растения и животных, а также исследовали различные почвы, для помещения в "Биосферу-2" таким образом, чтобы все было сбалансировано с биологической точки зрения. Основным спонсором этого грандиозного проекта выступил миллиардер из Техаса Эдвард Басс.
В итоге, под стеклянными пирамидами и куполами станции были смоделированы тропические леса, пустыня, саванна, мангровые болота и даже небольшой "океан" с коралловым рифом. Также для бионавтов была оборудована ферма и небольшие сельхозугодия, благодаря которым, по замыслу ученых, команда добровольцев могла бы обеспечивать себя едой. Для всего этого специалисты высадили в "Биосфере-2" около 3000 разнообразных видов растений и поселили под куполами более 4000 различных представителей фауны. В местном пруду жила рыба, а ферма была заселена четырьмя козами с козлом, тремя петухами и 35 курами, двумя свиноматками и кабаном.
Начало эксперимента и первые проблемы бионавтов
Эксперимент стартовал 26 сентября 1991 г. Сначала все шло так, как планировали ученые: бионавты ежедневно проверяли исправность работы систем станции, трудились на ферме и обрабатывали поля, ловили в рыбу и загорали на миниатюрном "океаническом пляже", наслаждаясь жизнью.
Однако, уже через неделю пребывания в "Биосфере-2" у колонистов начались первые проблемы. Вин Тилло, назначенный главным техником станции сообщил о том, что судя по ежедневно проводимым анализам воздуха, в атмосфере станции происходит увеличение количества углекислого газа и постепенно падает уровень содержания кислорода. И если эти изменения на начальном этапе совершенно незначительны, при сохранении тенденции уже спустя год на станции проживать станет невозможно.
После этого беспечная и радостная жизнь добровольцев внутри "Биосферы-2" закончилась и началась тяжелая борьба за воздух под герметичными куполами станции.
Позже ученые выяснили, что виновниками уменьшения количества кислорода стали микроорганизмы, разрастающиеся в богатой компостом почве биосферы и бетон здания. Микробы сами по себе были безвредны, но они превращали кислород в со2, который затем реагировал с бетоном здания и образовывал карбонат кальция, который необратимо удалял молекулы кислорода из атмосферы станции.
В первую очередь, было принято решение усиленно увеличивать биомассу флоры для большей выработки растениями кислорода, поэтому практически все свое свободное время приходилось уделять за уходом посадок. Вторым решением стал запуск резервного поглотителя углекислого газа на всю его позволяемую мощность. Еще одним "помощником" в поглощении СО2 стал искусственный океан. На его поверхности часть CO оседала, превращаясь в уксусную кислоту, вследствие кислотность океана стала расти и бионавты были вынуждены вводить в него добавки, чтобы ее снизить. Не смотря на все приложенные бионавтами усилия, воздух внутри с каждым днем был все более разреженным.
Из-за появившихся проблем команда ученых разделилась на две противоборствующие группы. Люди обедали отдельно, они старались не смотреть друг другу в глаза и общались между собой очень редко. Это сильно мешало ходу исследований.
Спустя еще некоторое время в жизни колонистов появилась другая крупная проблема. Стало ясно, что 2500 квадратных метров фермы, невзирая на плодородность почв и населяющих ее животных, может удовлетворять потребности бионавтов в еде не более, чем на 80%. Дневной рацион колонистов составлял 1700 калорий, этой энергии достаточно для людей , ведущих малоподвижный образ жизни и очень мало для тех, кто много занимается физическим трудом (чем по большей части и приходилось заниматься бионавтам).
После того как стало известно о дефиците пищи, Джейн Пойнтер, которая была назначена ответственной за работу фермы рассказала о ее подозрениях (еще до заселения в "Биосферу-2") в том, что по ее расчетам жители станции рано или поздно столкнутся с продовольственным кризисом. Но диетолог д-р Валфорд убедил всех, что небольшая нехватка пищи принесет только пользу колонистам. И если Валфорд был готов к такой диете, то многим другим участникам такое ограничение в еде было не по душе. Постоянный сбор урожая, много часов работы на полях . Из-за этого команду не оставляли мысли о еде, и их вес таял, как мороженое на горячем асфальте. В результате, жители станции за время проживания в Биосфере-2 потеряли до 18% массы своего тела. Однако нужно отметить то, что через шесть месяцев в крови бионавтов значительно снизился уровень холестерина и улучшился обмен веществ. При этом бионавты перед репортерами и туристами, находящимися за стеклом, сохраняли жизнерадостный и счастливый вид, хотя с каждым днем чувствовали себя хуже. В ноябре 1992 года некоторые колонисты начали есть запасы семян, которые не выращивались внутри здания.
Медленная смерть "Биосферы-2"
Крайне тяжелым для жителей "Биосферы-2" стало лето 1992 г. Тогда весь ожидавшийся урожай погиб из-за вредителей и в течении нескольких месяцев им пришлось почти все время питаться бататом, фасолью и морковью. Кожа колонистов из-за высокого содержания бета-каротина в этих овощах приобрела сильно-выраженный оранжевый оттенок.
Также к снижению урожая привело то, что небо над Аризоной, где располагалась "Биосфера-2", в течение нескольких месяцев было очень облачным. По этой причине также снизился фотосинтез растений.
Для продолжения эксперимента учёным пришлось нарушить условия и начать закачивать внутрь кислород и поставлять продовольствие. Изначально это скрывалось и разоблачение произошло лишь впоследствии.
Экосистемы "Биосферы-2" стали постепенно умирать. Так, многие деревья в области "джунглей" из-за отсутствия ветра под куполом стали хрупкими и стали падать. В прудах забились стоки и рыбы стало мало, в океане с повышенной кислотностью риф зарос водорослями, стали гибнуть кораллы. Также постепенно стала вымирать фауна "джунглей". Зато резко возросла численность муравьев и тараканов, которые чувствовали себя в таких условиях прекрасно и заполонили все вокруг.
26.09.1993 г., когда уровень содержания кислорода в атмосфере поселения опустился до 15%, эксперимент были вынуждены прервать. Ставшую непригодной для проживания станцию ослабшим и озлобленным колонистам пришлось покинуть.
Спустя 18 лет, в 2011 году, "Биосферу-2" для продолжения научных исследований приобрел Аризонский университет. Сейчас на его территории периодически проводятся школьные занятия, ежегодно его посещают более десяти тысяч учащихся, а огромный комплекс, построенный с 1987 по 1991 год, сегодня является технологическим чудом.
Как вы считаете, могут ли люди постоянно жить в искусственно смоделированной замкнутой экосистеме? Оставляйте свое мнение в комментариях
Содержание
Прикрепленные файлы: 1 файл
реферат проект биосфера-2.docx
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ИНСТИТУТ ПРАВА, ЭКОНОМИКИ И УПРАВЛЕНИЯ
студентка 1 курса
1.2 Обнаруженные проблемы…………………………..…………6
1.3 Второй эксперимент …………………………………………..8
1.4 Продажа и дальнейшее использование……………………….9
Глава 2. Интересные факты……………………………………….…..…11
Предпологалось учеными, что саморегулирующие свойства биосферы
вскоре не в состоянии будут компенсировать возрастающую тепловую нагрузку, которая может явиться предельной и гибельной для Земли. Усугубляет положение реальная возможность уменьшения содержания кислорода в атмосфере и увеличение концентрации углекислого газа; опасная ситуация с ядерным оружием и атомными станциями; концентрация в значительных количествах и применение опасных химических веществ в пищевых кормах для скота и пищевых продуктах для людей; нарушение озонного слоя и многое другое.
В этом искусственном мире продукты питания, кислород и вода непрерывно регенерировались, все процессы носили циклический характер. Углекислый газ, выдыхаемый людьми, поглощался растениями. А выделяемый ими кислород использовался для дыхания человека. Отходы жизнедеятельности обеспечивали плодородие почвы и служили кормом для водорослей, бактерий и водных растений, которыми, в свою очередь, питались рыбы.
1.2. Обнаруженные проблемы
Изначально предполагалось, что питание биосферян будет близко к вегетарианскому, но действительность далеко превзошла эти ожидания. Оказалось, что вырастить на четверти гектара достаточно продуктов для восьмерых людей – 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.
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. [3]
1.3. Второй эксперимент
1.4 Продажа и дальнейшее использование
Глава 2. ИНТЕРЕСНЫЕ ФАКТЫ
Под всем этим находились помещения с технической инфраструктурой, а снаружи была установлена станция природного газа, которая питала энергией весь комплекс. Закрытая экосистема должна была на 100% обеспечивать себя водой, едой, отходами для удобрения и воздухом. Расчеты показывали, что все это осуществимо. Но как это обычно бывает, вскоре после начала эксперимента что-то пошло не так.
Эдемские кущи?
Восемь добровольцев, четверо мужчин и четыре женщины, впервые вошли в этот рай земной 26 сентября 1991 года. Перед ними стояла простая задача: выйти обратно не раньше чем через два года. Естественно, все эти месяцы команде некогда было скучать. Им доводилось работать на поле, ухаживать за скотом и проводить запланированные эксперименты.
Но об этом инциденте она упоминает редко. Больше Джейн нравится рассказывать о том, как волнительно было впервые вдохнуть по-настоящему другой воздух, которым, кроме нее, в мире дышали только семь человек. И почувствовать себя частью биосферы.
— Когда я выдыхала, мой углекислый газ питал батат, который я выращивала. И мы ели ужасно много батата. И этот батат становился частью меня. По сути, мы ели его так много, что я стала от него оранжевой. Я буквально ела один и тот же углерод раз за разом. Причудливым образом я в каком-то смысле ела саму себя.
Трещина в райском ковчеге
Первой из повиновения человека вышла пустыня: скапливавшаяся влага на вершине купола генерировала практически непрерывный дождь над ней. Стали погибать кораллы в океане: вода поглощала слишком много углекислоты.
— Ты просыпаешься, хватая ртом воздух, потому что изменился состав твоей крови. И тогда ты делаешь буквально вот что: ты прекращаешь дышать, затем делаешь вдох, и это тебя будит. Это ужасно раздражает.
К тому же из-под контроля вышла микрофлора тропического леса, которая стала развиваться чересчур быстро. Непредвиденное размножение микроорганизмов и насекомых вызвало дополнительное потребление кислорода. Особенно они плодились в черноземе. Для экспериментальных полей был выбран самый лучший и плодородный.
Человеческий фактор
У каждой группы было свое видение того, как будет лучше и правильнее продолжать эксперимент. Одни считали, что нужно разгрузить экипаж и часть научной работы переложить на ученых вне купола, пожертвовав полной изоляцией, разрешить импорт/экспорт оборудования и образцов. Другие считали, что нужно полностью сохранить чистоту эксперимента и справляться собственными силами. Они опасались, что противники доведут эксперимент до разрешения импорта еды, что будет настоящим провалом проекта.
В результате конфликтов команда не могла работать вместе и слаженно двигаться вперед. Люди обедали по отдельности, старались не смотреть друг другу в глаза и общались крайне редко.
Конфликты обострялись недостатком кислорода и еды, люди стали подавленными, раздраженными. Те же насекомые и микроорганизмы, которые пожирали кислород, негативно влияли на рост сельскохозяйственных культур. Команда была вынуждена перейти на низкокалорийную диету с малым содержанием жира.
Если Уолфорд был подготовленным к такой диете, то многим другим участникам подобное ограничение в пище пришлось не по нраву. Постоянные неурожаи, многочасовой труд на полях… команду не покидали мысли о еде, а их вес таял, как мороженое на раскаленном асфальте. Табер из настоящего здоровяка превратился в исхудалого мученика, сбросив 27 кг, питаясь только фруктами, овощами, орехами и бобовыми, яйцами и продуктами из козьего молока.
Мясо команда видела только по воскресеньям — немного курятины или рыбы. Чтобы не лишиться ни одной драгоценной калории, некоторые члены команды, по воспоминаниям Пойнтер, вылизывали тарелки после каждого приема пищи.
Послевкусие эксперимента
— Я бы сказала, что мы все вышли несколько чокнутыми. Я была взволнована тем, что увижу всю свою семью и друзей. В течение двух лет я видела людей через стекло. И вот все побежали ко мне. И я отпрянула. Они воняли! Люди воняют! Мы воняем лаком для волос, и дезодорантом, и всякой такой ерундой.
Быстрая связь с редакцией: читайте паблик-чат Onliner и пишите нам в Viber!
В произведениях о покорении космоса нередко описываются замкнутые экосистемы, обеспечивающие людей продовольствием, водой, кислородом и не требующие невозобновляемых ресурсов. Иногда люди даже спасаются в космосе от экологической катастрофы на Земле.
В реальности же человечество пока не может воспроизвести ничего подобного. Самым масштабным экспериментом по воспроизведению происходящих на планете процессов был проект Биосфера-2.
Биосфера - 2 представляет собой сеть герметичных зданий, площадью 1.27 гектара с общим объёмом атмосферы 204 000 кубических метров.
Разработка и строительство заняли около 10 лет, в течение этого времени группы ученых тщательно подбирали почвы, виды животных и растений для заселения экосистем. Работа велась преимущественно на средства частных инвесторов, поэтому проект был носил не только научный, но и развлекательный характер. И да, все реалити-шоу о жизни ограниченной группы людей в ограниченном пространстве родом из Биосферы-2.
Внутри были упрощенно смоделированы 5 биомов: тропический лес, океанский риф, пустыня, саванна и болото.
Пищу люди должны были производить на ферме.
Около 3 тысяч видов живых сущестав млекопитающих до микроорганизмов. Всё это вместе должно было работать как полностью замкнутая экосистема. 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.
Для компенсации перепадов давления с внешней средой был установлен прибор, получивший прозвище "легкие" - огромный поднимающийся и опускающийся алюминиевый диск, соединенный со стенами гибкой резиновой мембраной.
Специальные механизмы имитировали движение воды в океане и выпадение осадков.
26 сентября 1991 года 4 мужчины и 4 женщины, среди которых дипломированные профессионалы по ведению сельского хозяйства, ботаник, ассенизатор, механик, врач, океанолог, добровольно изолировались от окружающего мира для занятий натуральным хозяйством во благо науки.
Трудности начались в первые же недели. Первой проблемой сталпостоянно падающий уровень кислорода.
Люди начали наращивать зеленую биомассу. Все свободное время колонисты посвящали посадкам и уходу за растениями. Кроме того, они запустили на полную мощность резервный поглотитель углекислого газа, с которого постоянно нужно было соскребать осадок. Повышение содержания углекислого газа в атмосфере изменило кислотность океана и убило часть местных обитателей.
Как позже выяснилось, причина была в непредвиденном размножении микроорганизмов. Кроме того, часть кислорода пропала, вступив в реакцию с цементом.
Летом 1992 года посевы риса были уничтожены вредителями, так что колонистам нескольких месяцев пришлось есть фасоль, батат и морковь. Из-за избытка бета-каротина их кожа стала оранжевой.
При этом обнаружились неожиданные побочные эффекты - тараканы, к примеру, взяли на себя роль опылителей.
В ходе проведения эксперимента обнаружились и другие непредвиденные обстоятельства.
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".
Оказалось, что деревьям нужно регулярное раскачивание, без него механические ткани древесины оказываются недостаточно развитыми. Без ветра же стволы и ветви деревьев "Биосферы-2" становились хрупкими и ломались под тяжестью собственного веса.
И, наконец, социальные проблемы. Кислородное голодание сказалось на моральном, так и на физическом состоянии.
Люди постояло ощущали голод. Это послужило зарождением конфликтных ситуаций. В частности, кладовую с продуктами пришлось закрыть на замок, после возмутительного инцидента с разграблением, который так и остался не раскрытым, никто не признал свою вину.
Шведский стол в начале эксперимента
сменился отмеренными до грамма порциями.
Главной же причиной конфликтов было то, что половина колонистов считали, что нужно пробыть под куполом запланированные два года любой ценой, ибо деньги инвесторов надо отработать. Вторая половина считала, что нужно открыто заявить о проблемах и срочно запросить помощь международных ученых, чтобы понять, почему исчезает кислород.
В общем, не пытайтесь построить счастливое общество, если у вас содержание кислорода ниже нормы и суточный рацион в 1700 ккал. Даже спустя десятки лет эти две группы ненавидят друг друга.
Осенью 1992 года содержание кислорода под куполом опустилось до 14%. Поселенцы стали постоянно просыпаться по ночам, так как активный фотосинтез растений прекращался, уровень кислорода резко падал и они начинали задыхаться. К этому моменту все позвоночные животные биосферы погибли. Внешние руководители испытаний приняли решение тайно закачивать кислород и поставлять продукты.
26 сентября 1993 года всё официально закончилось и люди вышли наружу. Вскоре журналисты прознали о тайной подаче воздуха и еды и тут же окрестили Биосферу-2 грандиознейшим научным провалом века. Шумиха в СМИ распугала инвесторов и поставила крест на маштабном продлении. Второй эксперимент продлился полгода и закончился по финансовым причинам.
Человечество не сможет покорить космос, пока не научится сохранять, восстанавливать и регулировать среду обитания на Земле.
Однако что-то пошло не так…
В штате Аризона выбрали пустынное место на удалении около 50 км от ближайшего населенного пункта и построили настоящий Эдем: под купольной крышей скрывались пять видов ландшафта.
К проекту подготовились основательно. Стройка модулей была начата в 1987 году. Задача проектировщиков осложнялась тем, что систему планировалось сделать абсолютно герметичной.
Технические сооружения находились под землей. Там были проложены трубы, по которым циркулировала вода, предназначенная для отопления и питья.
Под куполом вырыли также пруд, в который запустили рыбу.
Предполагалось, что колонисты будут питаться тем, что росло под куполом, дышать воздухом, выделяемым растениями, пить очищенную воду, полученную в результате круговорота.
Таким образом, планировалось создать этакую планету в миниатюре — практически рай на земле. Но оказалось, не всё так просто…
Поначалу было именно так, как планировалось. Колонисты с энтузиазмом работали на полях, возились с со скотом, проверяли и фиксировали работу всех систем, а по вечерам ели ужин из самых свежих продуктов на балкончике с видом на созревающий урожай.
После ужина устраивали философские дискуссии или джем-сейшены, на которых колонисты играли на музыкальных инструментах, взятых с собой под купол.
Пока это совершенно незаметно, но если тенденция сохранится, что уже через год существовать на станции будет невозможно.
Из-за нарушения баланса компонентов воздуха под куполом стали неконтролируемо размножаться микроорганизмы, которые со временем стали уничтожать посевы и создавать проблемы с дыханием.
Чтобы восстановить баланс кислорода, было решено как можно интенсивнее наращивать зеленую биомассу. Колонисты практически все время посвящали посадкам и уходу за растениями. Кроме этого, они запустили на полную мощность резервный поглотитель углекислого газа, однако, все эти меры помогали слабо — воздух становился все более разреженным.
Вскоре перед бионавтами возникла еще одна значительная проблема. Несмотря на казалось бы идеальный микроклимат, ферма в 20 соток земли оказалась неспособна на 100% обеспечить пищей всех биосферианцев.
В среде колонистов начались конфликты. Сначала ужин сервировали в виде шведского стола, затем, видя нехватку продуктов, каждому еду выделяли порционно, взвешивая и отмеряя буквально каждый кусочек.
Колонисты выходили из-за стола голодными и все философские диспуты, которые были обычны в коммуне вечером, сменились разговорами о еде. Люди постоянно говорили, что бы они сейчас съели и что съедят, когда выйдут в большой мир.
Команда разделилась на две части. Некоторые из колонистов открыто признавали, что не могут терпеть кого-то из группы и стараются не пересекаться с неприятным человеком ни в столовой, ни на поле.
Так выглядел один из участников сразу по завершению эксперимента ( -27 кг) — слева и спустя некоторое время после того, как чуть-чуть отъелся (справа).
Несмотря на улучшившиеся из-за голода показатели крови, люди чувствовали себя все хуже и хуже.
Лето 1992 года стало для колонистов особенно сложным. Посевы риса были практически полностью уничтожены вредителями, и рацион биосфериан на протяжении нескольких месяцев почти полностью состоял из фасоли, батата и моркови. В еде был избыток бета-каротина, потому кожа колонистов стала оранжевой. Продукты животного происхождения (мясо, молоко, сыр) они могли себе позволить не чаще раза в неделю. Участники вспоминают, что после такой трапезы они часто вылизывали тарелки.
Однако, общаясь через стекло с туристами, жители купольного городка неизменно улыбались, рождая иллюзию о счастливом билете, который выпал этой восьмерке.
Между тем, проблемы с низким уровнем кислорода и скоплением углекислого газа становились все серьезнее. Первой из биомов плохо почувствовала себя пустыня — под куполом над ней постоянно скапливалась влага, которая проливалась вниз дождем. Растения, не приспособленные к такому климату, чахли.
Не лучше жилось и кораллам. Вода поглощала слишком много углекислоты. Датчики постоянно показывали снижение уровня кислорода. За 16 месяцев оно сократилось до 14%.
Зато тропическая зелень буйствовала. В почве джунглей в небывалых количествах размножились микроорганизмы, которые тоже потребляли драгоценный кислород.
Люди стали плохо себя чувствовать. Некоторые члены команды жаловались, что стали забывать слова и не в силах произвести простые арифметические действия, а в разговоре им приходилось останавливаться, чтобы на середине фразы перевести дыхание.
— Ты просыпаешься, хватая ртом воздух, потому что изменился состав твоей крови. И тогда ты делаешь буквально вот что: ты прекращаешь дышать, затем делаешь вдох, и это тебя будит. Это ужасно раздражает, — вспоминали они.
Так, невзирая на вложенные в проект миллионы долларов, люди не смогли без притока кислорода извне добиться нормальной жизни в самоизоляции. Природа оказалась сильнее. Постоянные неурожаи и расплодившиеся вредители поставили команду на грань выживания, а конфликты сделали совместное существование практически невозможным. Даже спустя много лет после окончания проекта, биосферианцы не общаются друг с другом.
Читайте также: