Проект "Биосфера-2"

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ИНСТИТУТ ПРАВА, ЭКОНОМИКИ И УПРАВЛЕНИЯ

Проект « Биосфера-2»

Выполнила:

студентка 1 курса

Э.В. Лобанова

Проверила:

к.б.н., доцент

М.Н.Казанцева

Тюмень, 2012



ВВЕДЕНИЕ

Биосфемра (от др.-греч.. вйпт -- жизнь и уцб?сб -- сфера, шар) -- оболочка Земли, заселённая живыми организмами, находящаяся под их воздействием и занятая продуктами их жизнедеятельности; «пленка жизни»; глобальная экосистема Земли.

Биосфера начала формироваться не позднее, чем 3,8 млрд. лет назад, когда на нашей планете стали зарождаться первые организмы. Она проникает во всю гидросферу, верхнюю часть литосферы и нижнюю часть атмосферы, то есть населяет экосферу. Биосфера представляет собой совокупность всех живых организмов. В ней обитает более 3 000 000 видов растений, животных, грибов и бактерий. Человек тоже является частью биосферы, его деятельность превосходит многие природные процессы и, как сказал В. И. Вернадский: «Человек становится могучей геологической силой».[1]

В 1984 году американская фирма «Спейс био-сферес венчес» в штате Аризона приступила к реализации проекта «Биосфера - 2». Цель проекта -- создать на площади в один гектар замкнутую информационно-экологическую систему с регенерацией отходов.

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.

Все это и породило проекты, призванные хотя бы локально сохранить жизнь. Одним из таких проектов стал проект « Биосфера-2».



Глава 1. ПРОЕКТ «БИОСФЕРА-2»

В 1986 году в пустыне Аризона (США) у подножья крутых холмов в предгорье Санта-Каталина было начато строительство необычного сооружения ? комплекса «Биосфера-2», возможного прообраза будущих поселений человека на планетах Солнечной системы.

26 сентября 1991 года в герметически закрытый мир «Биосферы-2» («Биосфера-1» ? это наша планета), куда извне через прозрачное покрытие получают доступ лишь солнечные лучи, 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 Луне или на Сатурне. Человечество хочет сделать новый шаг ? готовится к колонизации космоса. Собирается выйти за тесные пределы родной планеты, расширить сферу своего жизненного ареала, дать еще одно доказательство своего могущества.

В сооружении «Биосферы-2» ? инициатором этого широкомасштабного эксперимента стал коллектив Колумбийского университета (штат Нью-Йорк), а исполнителем стала американская фирма «Space Biospheres Ventures» (первоначально проект финансировал техасский мультимиллионер Э. Басс, выделивший 30 миллионов долларов) - принимали участие инженеры, архитекторы, биологи, гидробиологи, ботаники, бактериологи и представители еще очень многих наук и профессий.



1.1 Конструкция

На площади в 9 тысяч квадратных метров (около гектара) под стеклянными колпаками (а «дно» было изолировано от земли герметично сваренными стальными листами) была возведена уменьшенная копия Земли. В 5-6-этажных «домах» из стекла и стали разместились семь экологических систем в миниатюре: влажный тропический лес, саванна, болото, соленое море, 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 сфера, каждая из этих экологических ниш 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.

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...

«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 (вместе с человеком тут находились около 500 видов растений и животных) 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.

Много изобретательности, находчивости, изворотливости, знаний, технического умения проявили творцы «Биосферы-2», однако настоящую оценку их труды смогли получить только тогда, когда, пройдя двухгодичный курс, первые эконавты «возвратились» на родную Землю.

1.2 Обнаруженные проблемы

Увы, 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, скажем, в столице Тибета Лхасе, находящейся, как известно, на высоте 3500 метров над уровнем моря, 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.

Для решения проблемы недоедания пришлось увеличить плотность засева зерновых, а также высадить в тропическом лесу бананы и папайю. Биом пустыни просуществовал недолго. По утрам влага конденсировалась на стеклянной крыше «Биосферы-2» и искусственным дождём падала вниз. Спустя некоторое время после начала пустыня стала зарастать травой.[2]

В ходе проведения эксперимента одна проблемы оказалась весьма неожиданной. Так отсутствие ветра пагубно сказывалось на некоторых видах древесной растительности. В отсутствие давления ветра на ствол и ветви деревьев, механические ткани древесины оказались недостаточно развитыми. В результате стволы и ветви деревьев становились хрупкими и ломались под тяжестью собственного веса.

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.

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. [3]

1.3 Второй эксперимент

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».

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 150 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.

1.4 Продажа и дальнейшее использование

биосфера экологический проект

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. В настоящее время там проводятся небольшие эксперименты и экскурсии.

Так началась вторая жизнь этого замечательного проекта. Дальние прицелы? Когда этот проект только замышлялся, Национальная комиссия США по космосу считала возможной создать в 2017 году поселения на Луне, а к 2027 году ? на Марсе. Тогда подсчитали, что потребуется не менее трех лет жизни в условиях, подобных тем, что были организованы в «Биосфере-2», чтобы проделать путь к красной планете и вернуться обратно.

Пока же к Марсу, этой суровой, пустынной планете, малопригодной для жизни, где царят холод (морозы до минус 126 градусов Цельсия) и невероятная сухость (Антарктида по сравнению с красной планетой может показаться «настоящим оазисом»), непрерывной чередой отправляются автоматические космические станции-зонды - американские «Викинг-1» и «Викинг-2».[2]



Глава 2. ИНТЕРЕСНЫЕ ФАКТЫ

1. При создании этого своеобразного варианта «Ноева ковчега» - кое-кто рассматривает подобные сооружения и как «бункер» на случай атомной войны, как «модули жизни», где можно было бы схорониться при наступлении «ядерной зимы» или в случае наступления каких-то иных вселенских катастроф - был решен ряд сложных технических проблем. Особенно много хлопот доставил воздух, который под палящим солнцем Аризоны в закрытом стеклянном помещении за день расширялся, а ночью вновь сжимался. Пришлось конструкторам создавать специальное механическое «легкое», оно поддерживало необходимый уровень давления и состав воздуха.

2. Через пару недель одна из участниц эксперимента отрезала себе палец при работе на сельскохозяйственном оборудовании. Попытки пришить палец окончились неудачей, и участнице пришлось покинуть эксперимент.

3. Довольно быстро команда разбилась на две противоборствующие группы. Это сильно мешало нормальному ходу исследований. Даже спустя 20 лет группы избегают встреч. Однако сразу же после завершения этой эпопеи две пары участников поженились.

4. 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 биосферянской еды. Ведь она помогала снижать содержание холестерина в крови, способствовала похуданию. Кстати, сами бывшие эконавты долго не могли привыкнуть к обычной земной пище. Отчего-то она казалась им какой-то искусственной, безвкусной.

5. Но всех биосферян переплюнули 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 ЗО сантиметров 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.

6. Существует художественный фильм «Биокупол», снятый еще в 1996 режиссером Джейсоном Блумом, а также компьютерная игра Biosys 1999 года от Jumpstart Solutions на основе данного эксперимента. В игре герою нужно выживать одному в комплексе теплиц, регулировать периодичность дождей, туманообразование, температуру и другие климатические показатели.

7. Ещё в середине шестидесятых годов в красноярском отделе биофизики Института физики АН СССР (сейчас - Институт биофизики СО РАН) проводили подобный эксперимент-разрабатывалась и испытывалась установка БИОС -- герметически закрытое помещение, в котором жили от одного до трёх человек. Самый долгий эксперимент длился полгода. В начале эксперимента регенератором служили водоросли, а затем обитатели установки стали выращивать пшеницу, огурцы, картофель, томаты, редис, кольраби, щавель и свёклу. В качестве удобрения использовались отходы жизнедеятельности членов «экипажа». Мясная часть рациона поставлялась извне, в тюбиках.

Андрей Дегерменджи, директор института, рассказал Центру общественных связей СО РАН, что к концу необычного эксперимента ни у одного добровольного отшельника не было обнаружено никаких отклонений в здоровье. Наоборот, уход за оранжереей благотворно повлиял на их психологический комфорт. Помогал также и жёсткий график: весь день участников эксперимента был расписан по минутам, из-за чего времени на конфликты просто не оставалось. В результате были достигнуты такие показатели замыкания цикла веществ: вода - 100 процентов, газы - 100 процентов, пища - 50 процентов.

В конце восьмидесятых годов это направление исследований институту пришлось закрыть. Сейчас его сотрудники работают над физико-химической системой, способной переработать ранее не подлежавшие разложению вещества в минеральные удобрения. Также Институт биофизики, продолжая тему внеземного питания, проводит опыты над растениями. В ходе предварительных экспериментов было установлено, что некоторые виды растений могут выживать при низкой температуре (3°С) во время длительных периодов темноты. Это значит, что можно будет выращивать овощи в условиях «лунного» суточного цикла.

Если «Роскосмос» закончит, как планирует, пилотируемый космический корабль с ядерным двигателем к 2021 году, то БИОС (или его модернизированные «братья»), возможно, всё же отправится в космос и будет применяться по назначению.



ЗАКЛЮЧЕНИЕ

С каждым годом влияние цивилизации на окружающую среду становится все крупным и следствием данного - все наименее прогнозируемыми. Все мы чаше ощущаем это на себе, и не только лишь в виде загрязненного воздуха, отравленных рек и земли, сегодня исследователи утверждают о обширных 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 таяние и потепление арктических и антарктических льдов, увеличение уровня воды в океане и затопление массы земель. Речь ведется о том, как прогнозировать влияние факторов, соединенных с деятельностью человека на нашу биосферу Земли.

Ученые-экспериментаторы решили построить такую ??систему, которая была бы совершенно изолирована от остального мира, своеобразную мини-модель Земли. Система, в которую поступает лишь солнечная энергия, строго так же как это случается в нашей Планете. Ведь в нашу биосферу почти ничего не поступает извне, за исключением желтого света и тепла. Построив подобный мир возможно было бы начать эксперименты, к примеру, увеличив содержания углекислого газа или иного вещества, поглядеть на последствия. К тому же, любопытно было узнать, как будет развиваться эта иная биосфера в будущем, если ее предоставить самой себе. И, естественно, подобный опыт может пригодиться в будущем, при постройке человеческих поселений на иных планетах (к примеру, на Луне), при дальних космических полетах (на Марс) и т.д.[4]

Но из этого масштабного эксперимента многие сделали выводы другого характера. На одной из внутренних стен «планеты» до сих пор сохранилось несколько строк, написанных одной из женщин: «Только здесь мы почувствовали, насколько зависим от окружающей природы. Если не будет деревьев -- нам нечем будет дышать, если вода загрязнится -- нам нечего будет пить».

Человечество, несмотря на всю свою сегодняшнюю мощь и независимость, является составной частью и продолжением единой природы. Отрицательным как для природы, так и для общества становится бесцеремонное вмешательство человека в окружающую среду, ибо последствия его из-за высокого уровня развития производительных сил зачастую носят уже глобальный характер и порождают глобальные экологические проблемы. Для человечества сегодня жизненно необходимо изменение отношения к природе и в конечном счете к самому себе. Сам путь решения экологических проблем необходимо начать с перехода от потребительского, технократического подхода к природе к поиску гармонии с нею.



СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Еремченко О.З. Учение о биосфере: учеб. пособие для вузов/ О.З. Еремченко.- 2-е изд., стер.- М.: Academia, 2006.- 240с.

2. Alexey Судьба «Биосферы-2»// Технологии. Электр. журн.- 9 января 2010. Режим доступа:

http://www.priroda.su/item/1281

3. Виктория Бородина Лаборатория «Биосфера-2»- замкнутая экологическая система// Новости в мире. Электр. журн.- 13 января 2010. Режим доступа:

http://becti.net/world/59518-laboratorija-biosfera-2-zamknutaja.html

4. Необыкновенный опят американцев- Биосфера-2//Общество и экология. - 11 июля 2012. Режим доступа:

http://www.ethno-fest.ru/neobyknovennyi_opyt_amerikancev_biosfera_2.html

Размещено на Allbest.ru