Разработка проекта искусственной биосферы

Размещено на http://allbest.ru

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ НЕФТИ И ГАЗА имени И.М. ГУБКИНА

Факультет Геологии и Геофизики нефти и газа

РЕФЕРАТ

Разработка проекта искусственной биосферы

Выполнил: студент Шитеев С.Е.

Проверила: Карлова М.Н.

Москва 2017 г.

Оглавление

Введение

Глава 1. Создание проекта «Биосфера-2». «Биосфера-2»- рай на Земле

Глава 2. Начало проведения эксперимента. Состав испытуемой группы

Глава 3. Проблемы и просчеты проведения эксперимента

3.1 Технические проблемы

3.2 Человеческие и социальные проблемы

3.3 Управленческие проблемы

3.4 Биологические проблемы

3.5 «Выхлоп» проекта

Глава 4. Состояние проекта на сегодняшний день

Список литературы

Приложение

Введение

«Биосфера-2»- это проект, который был создан для того, чтобы показать как человеку стоит жить в «Биосфере-1» (на Земле). Он располагается в аризонской пустыне, представляя собой систему воздухонепроницаемых стеклянных куполов. Внутри были установлены пять ландшафтных модулей, сельскохозяйственный блок, а также жилой дом (Приложение 1) . Помимо людей внутрь были запущены около 4 тысяч разнообразных представителей фауны. Планировалось проводить этот эксперимент в течение двух лет.

Все чаще мы слышим о повышении уровня углекислого газа в атмосфере Земли и парниковом эффекте, который может вызвать таяние арктических льдов, повышения уровня воды в океане, и, как следствие затопление большого количества суши. Наша цель в состоит в том, чтобы научиться прогнозировать воздействие факторов, связанных с деятельностью человека на нашу «Биосферу-1», то есть биосферу Земли.

Очень сложно объективно анализировать влияние факторов на биосферу Земли по причине недостаточной изученности процессов, происходящих в нашей биосфере. Именно поэтому создание искусственной биосферы смогло заинтересовать общество как с научной точки зрения, так и с социальной.

Глава 1. Создание проекта «Биосфера-2». «Биосфера-2»- рай на Земле

Отца - основателя проекта звали Джон Аллен. Он финансировал небольшие научные экспедиции в удаленные уголки мира с целью изучения, например, сельского хозяйства древних цивилизаций. В какой- то момент вокруг Аллена сформировалась группа энтузиастов, которых он объединил в своеобразную коммуну - ранчо Синергия в штате Нью-Мехико. В среде этих энтузиастов был нефтяной магнат Эдвард Басс, который совместно с Филом Хоусом- архитектором этого проекта приняли решение о воплощении идеи о создании изолированной биосфере в жизнь.

В 1967 году Аризонский университет располагал своей собственной исследовательской лабораторией, которая занималась проектированием здания, которое смогло бы объединить энергию, воду и еду в единую экосистему. Данная лаборатория и послужила основным источником вдохновения для Фила Хоуса - в 1982 году он представил свой проект Эдварду Бассу. Басс верил, что этот проект поможет в будущем решить мировые экологические и социальные проблемы. 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.

Научное обоснование «Биосферы - 2» заключалось в том, чтобы доказать, что экологическая колонизация космоса является жизнеспособной идеей. Научные институты с самого начала скептически отнеслись к «Биосфере-2», поскольку, во-первых, ни один из основателей проекта не был академическим ученым, а во-вторых, финансирование этого впечатляющего эксперимента происходило не в рамках государственной программы или хотя бы под эгидой какого-то института, а просто по капризу частного лица.

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.

Также целью было создание убежища, в котором Басс и его партнеры смогли бы выживать в случае экологической катастрофы, и Земля превратилась бы в мертвую планету как Марс. Особое внимание уделили полной герметичности куполов, которая превосходила герметичность космических кораблей. Единственный ресурс, который брала извне эта биосфера было электричество, которое использовалось для охлаждения и циркуляции воды.

В итоге строительство всего комплекса сооружений площадью чуть больше гектара обошлось в 150 миллионов долларов. Еще 50 миллионов ушло на поддержание «Биосферы» в рабочем состоянии во время проведения эксперимента.

Глава 2. Начало проведения эксперимента. Состав испытуемой группы

Удивительно, что команда такого крупного проекта состояла лишь из 8 человек. На самом деле, изначально в этой команде был только доктор Рой Волдорф. Остальные же участники были отобраны как победители множества испытаний. Желающие участвовать в проекте должны были год провести с аборигенами, работать на ферме, жить на морском судне и тому подобное. По результатам испытаний была сформирована окончательная команда.

В 1991 году искусственный эдемский сад был полностью готов к появлению человека. На полях фермы созрел первый урожай, в прудах плескалась рыба, в тропическом лесу летали колибри и журчал по скале маленький водопад, 30-метровое море омывало миниатюрный белый песчаный пляж с пальмами.

Человек по имени Джонни Долфин изначально являлся главным архитектором и создателем проекта. Однако интересно то, что он не родился Джонни Долфином и был известен в ранние годы своей жизни как Джон П. Аллен.

Джон П. Аллен был достаточно известным металлургом. Свободное время он часто проводил в театре, где он играл в театральной труппе под названием «Караван мечт». В какой-то момент участники труппы начали следовать определенному культу, апокалиптическому культу судного дня. Именно в это время Джон П. Аллен начал писать книги под псевдонимом Джонни Долфин. Джон верил, что единственным способом спасения человечества от судного дня может быть изучение космоса и колонизация Марса. Совершенно неслучайно, что первыми жителями «Биосферы-2» были именно участники труппы «Караван мечт», которые все в последствии надеялись на то, что проект приведет к подобным разработкам на Марсе.

На роль Адама и Евы отобрали восемь человек (Приложение 2). «Капитанами» колонии стали 36-летняя Салли Сильверстоун, которая до этого занималась сельскохозяйственными проектами в Индии, и 30-летний Марк Ван Тилло, профессиональный механик, работавший ранее на исследовательской яхте Басса. Салли должна была отвечать за финансовую и организационную часть проекта, Марк -- за техническую часть. Директором по научным исследованиям была назначена 31-летняя Абигайль Айлинг, профессиональный океанолог. 39-летний ботаник Линда Лей несла ответственность за флору «Биосферы».

Специалист по интенсивному сельскому хозяйству 29-летняя Джейн Пойнтер отвечала за ферму и обеспечение колонии едой. 27-летний Табер Маккаллум, единственный участник эксперимента без высшего образования, выступал как технический ассистент. Марк Нельсон, 44-летний бакалавр философии, занял должность пиар-директора: он передавал информацию из «Биосферы» наружу. Он же был главным по ирригационным и ассенизационным системам. Наконец, самый экзотический участник эксперимента -- 67-летний доктор Рой Валфорд исполнял роль бортового врача. Доктор Рой Волдорф, был приверженцем идеи о полезном голодании. На протяжении десятилетий этот доктор изучал способы удлинения человеческой жизни. В одном из его экспериментов он заметил, что худые крысы всегда жили дольше полных. Он также верил, что при соблюдении определенной диеты человек мог прожить до 120 лет.

Рой заинтересовался «Биосферой» в связи с собственными исследованиями: у него была теория о том, что потребление калорий ниже прожиточного минимума приводит к оздоровлению и увеличению продолжительности жизни. Он хотел посмотреть, как скажется на состоянии здоровья членов команды практически полностью вегетарианская органическая диета.

В течение времени, когда проблемы, возникшие в Биосфере, начали прогрессировать, команда ученых, проживавших там, разделилась на два «лагеря». Некоторая часть команды была за то, чтобы выбраться из Биосферы, тем самым нарушив условие эксперимента и добыть продовольствия, чтобы продолжить эксперимент. Вторая часть группы считала, что эксперимент нужно было продолжать без контакта с внешней средой, чего бы это ни стоило. Это приводило к серьезным конфликтам между членами команды. В один момент, команды вообще перестали общаться между собой. Тогда в Биосферу был отправлен психолог, который решил не вмешиваться в их разногласия. Они обещали остаться там на два года. По началу колонисты с энтузиазмом работали на полях фермы, проверяли работу всех систем, следили за бурной жизнью джунглей, ловили рыбу и не ощущали никаких проблем.

Основные проблемы можно обобщить по четырем основным рубрикам: технические, человеческие и социальные, биологические и управленческие проблемы.

Глава 3. Проблемы и просчеты проведения эксперимента

3.1 Технические проблемы

Примерно через неделю главный техник Марк Ван Тилло объявил о постепенном сокращении количества кислорода и увеличении процента углекислого газа. Недостаток кислорода мог приводить к головным болям, потере трудоспособности у участников эксперимента. С этого дня бионавты начали пытаться увеличить содержание кислорода в воздухе.

Недостаток кислорода пытались восполнить путем высаживания большего количества зеленой биомассы, запускали поглотитель углекислого газа. Также океан, где оседало некоторое количество углекислого газа, окислялся и все больше превращался в уксусную кислоту. Позже выяснилось, что причиной дефицита кислорода является то, что кислород поглощался некоторыми бетонными структурами в Биосфере-2- и это впоследствии было преодолено путем герметизации бетона. Еще одна техническая проблема заключалась в том, что стекло действовало как фильтр для поступающей солнечной радиации. Практически все ультрафиолетовое излучение поглощалось стеклом, а фотосинтетическое излучение сокращалось на 55%. Однако еще одна проблема не могла быть предвидена- Эль-Ниньо, который вызвал в этой части Аризоны похолодание из- за облачности. Это облачное покрытие серьезно сократило количество фотосинтеза в «Биосфере- 2». Как следствие, количество углекислого газа в структуре увеличилось до значительно более высокого уровня, чем обычно.

3.2 Человеческие и социальные проблемы

Вскоре обнаружилось, что жители биосферы не могут создать достаточное количество пищи для поддержания себя. Они не были опытными агрономами, и у них было много проблем с насекомыми - вредителями и болезнями растений, потому что им приходилось полагаться на естественные, а не химические методы контроля, а методы биологического контроля не всегда хорошо работают. На ранней стадии они обнаружили, что бананы были одним из самых питательных источников пищи, которые они могли использовать, поэтому они позволили размножаться бананам естественным образом, и таким образом бананы стали доминировать в этой зоне. биосфера эксперимент экологический

Одним из условий эксперимента являлась полная независимость «Биосферы-2» от внешнего мира. То есть, герметичность Биосферы не должна была быть нарушена, любая поставка каких-либо продуктов или материалов извне была исключена. Однако, на восьмом месяце пребывания в Биосфере Джейн Пойнтер, один из членов команды, отрезала себе кончик пальца во время работы на кухне. В команде был медик, который зашил Джейн палец. Несмотря на это, в течение нескольких дней палец почернел, а швы начали расходиться, поэтому было принято решение временно удалить Джейн из эксперимента и оказать ей медицинскую помощь. Это решение нанесло достаточно сильный вред эксперименту так как, во-первых, герметичность Биосферы была нарушена, а, во-вторых, присоединившись вновь к эксперименту, Джейн вернулась, принеся с собой вовнутрь проекта провизию и инструменты. Таким образом, суть эксперимента, которая заключалась в полном исключении какого-либо взаимодействия Биосферы с внешним миром, была нарушена.

Изначально предполагалось, что цыплята будут использоваться в качестве постоянного источника яиц, но биосферяне не могли себе позволить содержать их, и поэтому они решили их убить и съесть. Свиньи также участвовали в конкуренции за пищу с людьми и впоследствии были также забиты. Участники эксперимента постоянно голодали и теряли в среднем 16% своего веса в первые 6 месяцев. Несмотря на это, они оставались физически здоровыми. Одним из наиболее значительных вкладов в Биосферу-2 было признание того, что ограниченная диета может улучшить здоровье, если эта диета будет содержать все необходимые элементы. Были и межличностные трудности, которые, усугублялись тем, что люди находились в стрессовой ситуации постоянного голода. Согласно докладу, опубликованному Джейн Пойнтер «команда разделилась на две фракции около 6 месяцев в течение миссии, и с этого момента две группы работали вместе, но не могли поладить. Их различия сократили творческий потенциал и вызвали проблемы с коммуникацией ».

3.3 Управленческие проблемы

Одной из самых серьезных проблем Биосферы-2 был недостаток квалифицированного научного персонала. К концу первой двухлетней мисси экипажа Эдвард Басс попросил Смитсоновский институт подготовить аналитический отчет. Среди критических замечаний, упомянутых в этом отчете, были:

· Отсутствие разработанного научного плана

· Неправильная расстановка приоритетов исследований

· Возможное приукрашивание результатов

Фактически, среди первоначального экипажа был только один обученный доктор- профессор Уолфорд, который был врачом в команде. Поразительно, что такой масштабный проект был доверен людям, которые не обладали достаточной ученой квалификацией, и как следствие они не смогли правильно вести научные записи.

3.4 Биологические проблемы

В Биосфере-2 были наиболее распространены муравьи. Они размножились до такой степени, что приобрели статус вредителей, по сути доминируя над остальными видами насекомых. Все эти насекомые процветают в теплых условиях, где есть еда. Неудивительно, что они заполонили всю Биосферу-2. Те насекомые, которым отводилась роль опылителей, вскоре вымерли. Явления в природе также были достаточно интересны и непредвиденны. К примеру, над пустыней на стеклянной крыше Биосферы 2 по утрам конденсировалась вода, и в пустыне постоянно шел дождь. Пустыня, таким образом, орошалась, и на ней начали произрастать растения.

Для очистки воды в Биосфере 2 выращивались водные гиацинты. Эти цветы, как выяснилось, вбирают в себя загрязнения из воды.

Помимо земледелия, жителя 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 и могли питаться отходами. Американские куры не подошли бы, так как они не могут питаться ничем, кроме комбикормов, ведь их кормят ими уже в течение многих поколений. Ученые отобрали и особый вид вьетнамских свиней, неприхотливых из за приспособленности к жизни в тропиках. Этот вид был в то время популярен в Америке в качестве домашнего животного, а когда общественности стало известно, что их домашних любимцев планируют использовать в качестве «элемента пищевой цепи», начались протесты «Зеленых». В результате ученым пришлось взять с собой животных другого вида, которые не смогли выживать в условиях Биосферы 2 и они были съедены на торжественном ужине по случаю любимого американцами праздника - Дня Благодарения осенью 1991 г.

«Биосфера - 2» оказалась перенаселенной. 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 это тем, что в джунглях все же высадили немного бананов и папайя. Уплотнили засадку зерновых, посадив на каждый сантиметр участка по семечку. Вопросы перенаселенности, само ценности дикой природы, необходимость поддерживать разнообразие видов - теперь все это передний край современных экологических исследований.

Когда уровень углекислого газа в Биосфере начал повышаться и кукуруза начала стремительно погибать, доктор Рой Волфорд получил уникальную возможность понаблюдать за реакцией человеческого организма на голодание. Было выяснено, что мужчины потеряли 18% содержащего в их организме жира, а женщины -- 10%. В первое время это, на самом деле, оказывало положительный эффект на здоровье команды. Однако чуть позже постоянное расщепление жиров в организме людей привело к выделению большого количества токсинов, которые отравляли их кровь.

В итоге люди жаловались усталость и подавленное общее физическое состояние. Помимо этого, между членами команды начали возникать конфликты, связанные с пищей.

Но как ни странно, жизнь в изоляции от остального мира пошла людям на пользу: ведь они два года ели экологически чистую пищу, не травились ядохимикатами, не ели животных и других жиров. После выхода из Биосферы 2 обнаружилось, что уровень холестерина в крови заметно снизился, а сами биосфериане не могли первое время привыкнуть к обычной пище - она им казалось какой- то искусственной, безвкусной. Кожа членов команды окрасилась в оранжевый цвет. Одними из наиболее выращиваемых продуктов являлись сладкий картофель и морковь, которые лучше всех приспособились к климатическим условиям Биосферы.

Таким образом, большую часть рациона команды составляли именно эти продукты. Как известно, сладкий картофель и морковь имеют высокое содержание бета-каротина, который, в свою очередь, отвечает за оранжевый пигмент, присущий этим продуктам. Из-за большого их потребления членами команды, их кожа в скором времени приобрела ярко-оранжевый оттенок. «Находясь в Биосфере 2, особенно ясно чувствуешь, что зависишь от окружающей природы, ведь ты особенно четко понимаешь, что дышишь кислородом, который вырабатывают растения, что если вода загрязнится, тебе нечего будет пить», - говорит одна из участниц эксперимента.

3.5 «Выхлоп» проекта

Благодаря Биосфере было выяснено, почему вымирал Большой Барьерный риф. Мы можем провести аналогию между ситуацией, произошедшей в Биосфере-2 и процессах, происходящих на нашей планете. Во время эксперимента было обнаружено, что вследствие повышенного уровня углекислого газа «океан» окислялся, вбирая в себя этот самый углекислый газ в больших количествах, чем обычно. А вследствие повышения кислотности воды, флора и фауна, обитавшая в этом «океане» вымерла. То же самое наблюдалось на Большом Барьерном рифе, но до эксперимента причина не была выявлена. Кроме того, причиной вымирания были размножившиеся морские звезды - терновый венец, которые, конечно, не относятся к эксперименту, но также встают в один ряд по нанесению вреда Большому рифу.

После того, как эксперимент «Биосфера-2» был заброшен, сооружения проекта были приобретены Колубийским университетом и университетом Аризоны. Оба этих университета использовали купол Биосферы как огромную лабораторию, внутри которой они могли воссоздавать различные климатические условия на Земле и даже предсказывать дальнейшее развитие Земной экосистемы. На тот момент перед учеными стояла проблемы вымирания Большого Водораздельного рифа. Тогда, было решено повысить уровень углекислого газа в искусственно созданном океане Биосферы, чтобы понаблюдать за тем, какие последствия это понесет. После того, как в океане начали погибать коралловые рифы, ученые наконец-то смогли обосновать разрушение Большого Водораздельного рифа, что стало важным экологическим открытием.

И все же, несмотря на не очень радостные итоги, кое- что из опыта, добытого в построенном в пустыне «хрустальном дворце», нашло применение в обычном быту. Так, на основе результатов, полученных в ходе экспериментов в Биосфере 2, были разработаны небольшие аквасистемы - аквариумы. На полном самообеспечении, безо всякого ухода можно иметь у себя в доме аквариум, в котором могут жить морские и пресноводные животные и растения. Такие аквариумы уже не редкость в американских домах.

Нужно сказать, что аквариумы - «биосферы» - это не только развлечение и украшение интерьера. Большой интерес к ним проявило космическое агентство НАСА: при одинаковых объемах концентрации живой биомассы объем самой системы меньше, чем в аналогичных «сухопутных» устройствах, что весьма важно для экипажей космических кораблей и станций. Первые испытания таких аквариумов начались в 1996 году на шаттле Endeavour. Последние же тесты завершились на борту российской станции «Мир», где аквариум «BioSphere» пробыл несколько месяцев.

Сейчас эти «вечные» аквариумы используются как учебные пособия по биологии и экологии в американских школах и университетах, в передовых санаториях и домах отдыхах как элемент зоотерапии.

Глава 4. Состояние проекта на сегодняшний день

Стив Бэннон, человек, известный как главный стратег Дональда Трампа, имеет непосредственное отношение к проекту «Биосфера-2». Компания Бэннона «Bannon & Co” взяла на себя проект «Биосфера-2», когда его средства иссякли. После того, как первая команда из 8 человек прожила в Биосфере два года, в нее была поселена новая.

Однако, через некоторое время Стив Бэннон серьезно заинтересовался геологическими и естественными науками, что заставило его переключить основной фокус проекта на минералогические исследования. Внимание по отношению к членам экипажа в этот момент значительно упало. Из предыдущей попытки исследования можно понять, что проживание в Биосфере может быть небезопасным.

А так как контроль над состоянием человеческой команды резко снизился, то стоило переживать за здоровье ученых. Этим вопросом серьезно обеспокоились первые испытатели «Биосферы-2», которые совершили пролом в Биосферу в трех местах, чтобы вызволить участников команды оттуда. Эксперимент пришлось прекратить. Как итог, проект забросили и больше не восстановили.

В 1995 году управление Биосферой 2 было переведено в Колумбийский университет (Нью-Йорк), с возможностью для Колумбийского университета купить его всего за 1 миллион долларов в любое время в течение следующих 20 лет. Он также был поставлен под жесткий научный контроль, а выдающийся научный директор руководил своим будущим.

Проректор Колумбийского университета Майкл Кроу сказал: «Мы рассматриваем его как первый в мире учебный и исследовательский инструмент, посвященный глобальному управлению. Это большая лаборатория».

Несколько участников эксперимента решили не прекращать свои поиски идеального мира и, сделав необходимые выводы, уехали в создавать экопоселение на заброшенном пустынном участке в Португалии.

Теперь это экопоселение считается одним из самых технологичных и успешных в мире и стало местом паломничества многих исследователей и активистов. Средний годовой доход этого поселения составляет около 1 млн евро и 60% этого дохода -- обучающие семинары и тренинги. А название его -- Тамера.

Заключение

В начале 90-х годов прошлого века "Биосфера-2" мелькала на первых страницах газет в качестве эксперимента, который позволит понять работу "Биосферы-1" - то есть нашей планеты, откроет дорогу к созданию замкнутых экосистем, необходимых для полетов в космос, и поможет решить ряд других серьезных экологических проблем. Но организаторы, не обладая должной квалификацией, не смогли грамотно спланировать проведение эксперимента. Из-за этого были допущены грубые и элементарные ошибки: неправильный выбор почвы, психологический аспект, воздействие внешней среды (к примеру эль ниньо) и тому подобные.

Таким образом, можно заключить, что недостаточно иметь безграничный энтузиазм - нужна научная база. Безусловно, данный эксперимент позволил открыть много нового, но сколько еще можно было бы получить, если бы экспериментаторы обладали должной научной базой?

Список литературы

1. https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%91%D0%B8%D0%BE%D1%81%D1%84%D0%B5%D1%80%D0%B0-2

2. http://biosphere2.org/visit/what-is-biosphere-2

3. https://www.factroom.ru/facts/26185

4. http://edgeeffects.net/biosphere-2/

5. http://www.biospherics.org/biosphere2/

6. http://www.nytimes.com/1991/09/24/science/as-biosphere-is-sealed-its-patron-reflects-on-life.html?pagewanted=all

7. http://biofile.ru/bio/22518.html

8. http://www.grg.org/resources/walford.html

9. https://www.ted.com/talks/jane_poynter_life_in_biosphere_2?language=ru#t-15995

10. https://en.wikipedia.org/wiki/Biosphere_2

11. Биосферцы испытывают трудности // «Природа», 1993. №7. С.119

12. https://telegraf.com.ua/ekologiya/150760-bolshoy-barernyiy-rif-ischezaet.html

Приложение 1

Рис.1- Воздушный поток, отбор проб проб газа, закачка CO2 и размещение разделов с Центром Биосферы 2.

Приложение 2

Рис.2- Состав участников эксперимента.

Размещено на Allbest.ru