באמצע מדבר אריזונה, נבנה מתקן שמטרתו להדגים שאנחנו יכולים לסגור חיים ולגרום להם לתפקד במערכת אטומה לחלוטין; הפרויקט המטורף הזה, שמטרתו חלל, נקרא ביוספרה 2. למרות שמטרתם הייתה לבחון טכנולוגיות לחיים מחוץ לכדור הארץבסופו של דבר הוא הציע תיאור בוטה של כמה קשה לחקות את הטבע ומה זה באמת כרוך בו. ליישב את מאדים.
זה לא היה ניסוי דיסקרטי בשום צורה: תקשורת, מבקרים והבטחות לראווה. שמונה אנשים הסתגרו במשך שנתיים כדי להיות תלויים אך ורק במה שייצר עולם מיניאטורי.מהצלחותיה ומכשלותיה, נלמדו לקחים מרכזיים לכל תוכנית של התיישבויות על כוכב הלכת האדוםמניהול אוויר ומזון ועד דו-קיום אנושי בחללים סגורים.
מהי ביוספרה 2 ומדוע היא נבנתה?
הבנייה החלה בשנת 1987, ובספטמבר 1991, הצוות הראשון של שמונה מתנדבים חצה את השער אל תוך שטח פנימי של 12.800 מ"ר (כ-1,27 דונם) המוקף ב-16.000 מ"ר של כיפות זכוכית וכיפות. המטרה הרשמית: להפעיל מערכת חיונית סגורה מבחינה מהותית ופתוחה מבחינה אנרגטית, עם כ-20 טון של ביומסה וכמעט 4.000 מינים הפרוסים על פני שבעה בתי גידול מייצגים של כדור הארץ.
בפנים היו יערות גשם, סוואנה, מדבר, מנגרובים, אוקיינוס עם שונית אלמוגים, אזורים חקלאיים ומרחבים לחיי אדם (מעונות, מעבדות, מטבחים, סדנאות). הכוונה הייתה שהמערכת האקולוגית הזו תמחזר מים וחומרים מזינים מבלי להיות תלויים בעולם החיצוני לתקופות ארוכותבמטרה לפתח טכנולוגיות לבסיסים על הירח או מאדים.
הפרויקט נולד על ידי חברת Space Biosphere Ventures, בגיבוי כספי של הפילנתרופ אדוארד באס. נתוני ההשקעה שפורסמו נעים בין 150 מיליון דולר ל-300 מיליון דולר (של התקופה), אבל כולם מסכימים שזה היה מאמץ אדיר לאותה תקופה ומגנט לתיירות מדעית.
בשיאו התקשורתי, סיורים בתשלום נערכו ברחבי המתחם בעוד מדריכים התפארו בכך שהמתקן היה האטרקציה השנייה בגודלה באריזונה אחרי הגרנד קניון. בנוסף למדע, נמכר חזון שאפתני של עתיד רב-כוכבי.משהו שעדיין נשמע כמו הבטחה קשה היום, אבל אז נראה בהישג יד אם נפתור את בעיית ההנדסה.
הנדסה של עולם אטום
המבנה שילב פלדה וזכוכית בעלת ביצועים גבוהים, עם עיצוב אטום במיוחד. כדי לספוג את ההתפשטות וההתכווצות היומית של האוויר בתוך הבית, נוצרו שני תאים בנפח משתנה, הריאות המפורסמות., דיאפרגמות ענקיות המאוחסנות בתוך קמרונות ששמרו על לחץ ללא דליפות.
איטום החיבורים והחלונות חושב על מנת למזער חילופי דברים עם החוץ. מאחר שלא ניתן היה לפתוח חלונות, הותקנו מערכות מיזוג אוויר גדולות. כדי לשמור על תנאים מתאימים בכל ביומה. עבור כל יחידת אנרגיה סולארית שנכנסה, ציוד הקירור יכול היה להוציא עד פי שלושה יותר כדי לייצב את הטמפרטורות.
האטימות חרגה מעבר לאוויר: המבנה נבנה על מעין אמבטיה אטומה, המבודדת אותו מהתשתית. השאיפה הייתה להפעיל מחזור מים ופחמן צפוי מספיק כדי לקיים את בני האדם ובמקביל לשמור על ביומות פעילות, פרודוקטיביות ומגוונות.
לפני שנכלא מישהו, נבדק מודול בדיקה קטן יותר. היו שהיות של 3, 5 ו-21 ימים כדי לבחון, בין היתר, את מיחזור הפסולת.ניסויים אלה היו קצרים מדי מכדי להעריך חקלאות או גידול בעלי חיים בקנה מידה גדול, כך שהקפיצה למשימה המלאה הייתה, בחלקה, עיוורת.
משימה ראשונה: רעב, חמצן מתדלדל ומערכות אקולוגיות בלתי צפויות
הסגר הראשון החל ב-26 בספטמבר 1991, והסתיים בדיוק שנתיים לאחר מכן. צוותו: רוי וולפורד (רופא וחוקר), ג'יין פוינטר, טאבר מק'קאלום, מארק נלסון, סאלי סילברסטון, אביגיל אלינג (הצטרפה ברגע האחרון), מארק ואן ת'ילו ולינדה לי. השגרה היומית שילבה גידול, תחזוקה, ניתוח אוויר ומים וניטור בריאות גופנית ונפשית..
חקלאות הייתה עמוד התווך של תזונתם. בננות הצליחו יחסית טוב, יחד עם בטטות ובוטנים, בין היתר. למרות זאת, תחושת הרעב הייתה קבועה משום שהייצור לא הספיק לחיים פעילים כל כך.זה לא היה תפריט שנבחר באופן שרירותי: חומרים מזינים קיבלו עדיפות על פני קלוריות, והיו גם בעלי חיים כמו תרנגולות, עיזים, דגים וחזירים.
ההלם הגדול ביותר הגיע עם האוויר. רמת החמצן ירדה מ-20,9% ל-14,5% בתוך 16 חודשים, שווה ערך לנשימה בגובה של מעל 4.000 מטרים. שתי זריקות חמצן נוספו (ינואר ואוגוסט) כדי למנוע סיכונים חמורים, לאחר ניטור לב-ריאה אינטנסיבי על ידי וולפורד וצוותים רפואיים חיצוניים מאוניברסיטת אריזונה.
מה קרה? מספר גורמים שולבו יחד: פחות אור עקב שנה מעוננת הפחיתה את הפוטוסינתזה, המבנה הטיל יותר צל מהצפוי, והקרקעות, עשירות בפחמן ומחוסנות בחיידקים, נשמו במלוא המהירות. המיקרואורגניזמים צרכו חמצן ושחררו CO₂2אבל ה-CO הזה2 נעלם באופן מסתורי מהאטמוספירה הפנימית.
התברר שהחתיכה החסרה הייתה בטון. הבטון החשוף שימש ככיור, וסגר חלק מה-CO₂2 ומסתיר דינמיקת גזים שגרמה לחוסר איזון במערכת. בעיה נוספת נוספה לכך: CO2 זה היה משתנה באופן טרי, עם פסגות ועמקים שהפעילו לחץ על צמחים ובעלי חיים.
גם המגוון הביולוגי השתגע. רוב בעלי החוליות וכל החרקים המאביקים מתונמלים וג'וקים התרבו; גפנים שלטו בג'ונגל, והריגת דגים ובעיות סינון התרחשו באוקיינוס הפנימי. המדבר הפך לח מהצפוי עקב עיבוי בלתי צפוי.
דינמיקה חברתית: פלגים, מתחים ושאלה לא נוחה
שמונה אנשים, משאבים מוגבלים ולחץ מתמיד יוצרים מתכון מסובך. עד מהרה צצו שתי פלגים בעלי דעות מנוגדות לגבי מטרת הניסוי.אחד גמיש יותר, בעד התערבות מבחוץ כדי לקיים את המשימה; אחר טהור יותר, נרתע מכל קלט חיצוני שיעוות את תוקפה של המערכת הסגורה.
גירעון הקלוריות וההיפוקסיה לא שיפרו את האקלים הרגשי. נשמעו האשמות הלוך ושוב על אגירת מזון וויכוחים על סדרי עדיפויות מדעיים. העיתונות, אשר בתחילה שיבחה את הפרויקט, פנתה לתקיפה כאשר זריקות החמצן והאספקה מדי פעם מחו"ל נודעו לציבור.כותרת שחזרה על עצמה תכופות הייתה האם מדובר, למעשה, ב"עולם חדש מזויף".
משימה שנייה, משבר ניהולי וחבלה בשלוש לפנות בוקר
המשימה השנייה החלה ב-6 במרץ 1994, מתוך כוונה להימשך עשרה חודשים, תוך התמקדות יותר באקולוגיה מאשר בפסיכולוגיה. הצוות הראשוני כלל את נורברטו אלווארז רומו כקפטן, ג'ון דרויט, מאט פין, פסקל מסלין, שרלוט גודפרי, רודריגו רומו וטילאק מהטואבל ההקשר החיצוני הפך עד מהרה לעכור.
באפריל, סכסוכי שליטה פיננסית הסתיימו כאשר צוות ההנהלה אולץ לעזוב בצו בית משפט, והניהול נרכש על ידי חברה המקושרת לאד באס. המצב החמיר כאשר, בשעה 3:00 ב-5 באפריל, שני חברים במשימה הראשונה פתחו דלתות במכוון כדי לשבור את הבידוד.ההערכה היא שכ-10% מהאוויר בתוך הבית חודש.
השינויים באו בזה אחר זה; קפטן אלוורז רומו עצמו עזב בסופו של דבר את המתקן והוחלף על ידי ברנד זאבל, ומאוחר יותר היו שינויים נוספים בכוח אדם. חברת Space Biospheres Ventures פורקה רשמית ב-1 ביוני., והמשימה הסתיימה מוקדם ב-6 בספטמבר 1994.
בין תביעות משפטיות והאשמות, צץ שם שכעבור שנים הפך למוכר בפוליטיקה: סטיב באנון, שכניסתו כמשקיע הובילה בסופו של דבר את הקומפלקס לכיוון אוניברסיטת קולומביה. העידן האפי הסתיים ופינה את מקומו לשימוש אקדמי ופתוח יותר.
ממופע תקשורתי למעבדה בקנה מידה גדול
לאחר סגירת המשימות האטומות, אוניברסיטת קולומביה השתלטה על המתחם והשתמשה בו לתוכניות מחקר וחינוך בהן סטודנטים יכלו לבלות סמסטר שלם. הנכס החליף ידיים מספר פעמים עד שאוניברסיטת אריזונה קיבלה לידיה את הניהול בשנת 2007., עם תמיכה פילנתרופית נוספת של 30 מיליון דולר מאדוארד פ. באס.
באותה שנה הוכרזה מכירת הקרקע ליזם, עם תוכניות לעיור חלקי ותחזוקה של המבנה הראשי למטרות מחקר. אוניברסיטת אריזונה חתמה על חוזה השכירות עבור אזור הביוספרה והפך את המקום למעבדה ייחודית לסוגיות של שינויי אקלים, הידרולוגיה, אקולוגיה ואנרגיה.
הפעילות שינתה את הפילוסופיה שלה: חלונות נפתחו ואומץ סגנון ניהול פחות סודי, מה שהפחית את עלויות החשמל השנתיות בכמיליון דולר. אפילו ללא שליטה מוחלטת באטמוספירה, ניתן היה למדוד תהליכים מורכבים שאי אפשר למדוד בקנה מידה כזה בעולם האמיתי..
כיום, בנוסף למחקר, ישנן גם פעילות הסברה וביקורים. כ-100.000 איש מבקרים במתחם מדי שנהזה מממן חלק מהתחזוקה (שעולה על 5 מיליון דולר בשנה); השאר מגיע מתקציבי האוניברסיטה ותרומות.
קווי מחקר נוכחיים: מים, אלמוגים, יערות ואגרי-וולטאיקה
אחת העדיפויות היא להבין את מאזן המים באזורים צחיחים למחצה תחת תרחישי שינויי אקלים. במצפה האבולוציה של הנוף, עם שלוש פלטפורמות של 10 טון המסוגלות לתעד שינויים של 1%כיסוי הצמחייה ומשטרי הגשמים מנוהלים כדי למדוד חלחול, נגר, אידוי ואפוטרנספירציה אשר מווסתים את המיקרו-אקלים.
כיוון חקירה מרכזי נוסף מתמקד בשונית האלמוגים בפנים הארץ. חוקרים חוקרים כיצד אלמוגים מגיבים לעלייה בטמפרטורות והאם השתלות מאזורים חמים יותר באופן טבעי יכולות להאיץ את ההתאמות., הערכת העלויות במגוון הביולוגי והפוטנציאל להצלת מערכות אקולוגיות בסכנת הכחדה.
תגובותיהם של יערות וצמחים לעלייה בפליטת CO2 נבדקות גם כן.2פחות משקעים וטמפרטורות גבוהות יותר. ניסויים קודמים הראו שב-600 ppm של CO2 ישנם צמחים שמפסיקים לספוג אותו ומתחילים לפלוט תרכובות כמו איזופרן., עם השפעות משוב אקלימיות רחוקות מלהיות טריוויאליות.
במקביל, ישנן פיתוחים בתחום חממות גליליות ניידות לייצור מזון בעל ערך תזונתי גבוה ופרויקטים אגרוולטאיים. הנחת גידולים תחת פאנלים סולאריים מפחיתה את הטמפרטורה ואת צריכת המים שלהם, בעוד שאידוי והידרדרות משפרים את ביצועי הפאנלים.מים, אנרגיה ומזון - חשיבה על מערכות עמידות.
נתוני התכנון שעשו את ההבדל
מספר מספרים עוזרים לתת מושג על קנה המידה הפנימי: ג'ונגל 1.900 מ"ר, אוקיינוס 850 מ"ר, מנגרובים 450 מ"ר, סוואנה 1.300 מ"ר, מדבר 1.400 מ"ר, ובמקור, 2.500 מ"ר של גידולים. המסגרת והגבישים עוצבו על ידי צוות מומחים במבנים גיאודזיים בעלי ביצועים גבוהים., עם אטימות אוויר עדיפה על זו של מתקני תעופה וחלל רבים בני זמנו.
לקח קריטי מהניסוי המקורי היה להימנע מחשיפת בטון לאוויר הפנימי של מערכות סגורות אם המטרה היא לחזות את מחזור הפחמן. קיבוע כימי של CO2 הבטון שינה את האטמוספירה ושיבש את החישובים שאם היה מועבר לבסיס על מאדים, היה עלול להיגמר רע מאוד.
יתר על כן, נמצא כי שליטה באור, חום ולחות בביומות שונות דורשת אנרגיה רבה. כדי לייצב את המערכת האקולוגית, מזגנים השתמשו בכמות אנרגיה גדולה פי כמה מזו שמספקת השמש.על מאדים, עם פחות קרינה ואבק בתרחיף, חשבון האנרגיה הזה יהיה יקר עוד יותר.
לקחים לקראת התיישבות על מאדים: מתיאוריה למעשה
בואו נגיע לעניין: מה תרם ביוספרה 2 לדיון על התיישבות מאדים? הוא הדגים שמערכות אקולוגיות קטנות וסגורות הן מטבען לא יציבות ופגיעות לגורמים בלתי צפויים.שמאזן הגזים עדין; ושייצור מזון בלולאה סגורה אינו דבר פשוט.
מאדים מוסיף אתגרים גדולים אף יותר: מסעות של כשישה חודשים ו-225 מיליון קילומטרים בנקודה הנוחה ביותר שלו, 38% מכוח המשיכה של כדור הארץ, קרינה גבוהה וממוצע של -60 מעלות צלזיוס. יש לנו תיעוד אנושי של חיים רציפים במיקרו-כבידה של 437 ימים, וזה כבר הותיר אחריו תופעות לוואי ניכרות. (אובדן מסת עצם ושריר, בעיות לב וכלי דם, ראייה), ולכן קיים מחסור בראיות לגבי בריאות לטווח ארוך במקרים בדרגת חומרה נמוכה, במיוחד בילדות ובהריון.
ההתיישבות הסבירה ביותר לא תהיה סצנה גלויה של כיפות זכוכית; הדבר ההגיוני יהיה צינורות לבה או מתקנים קבורים, עם הגנה מובטחת מפני אוויר, מים וקרינה. כדי לתמוך במאות אלפי אנשים יידרש תשתית ענקית, אנרגיה בשפע ומערכת אקולוגית מלאכותית חזקה.כל זאת תוך תחזוקה ולוגיסטיקה מתמדת.
בנוסף, ישנם ההיבטים החברתיים והמשפטיים. מי מחליט ושולט על האוויר, המים או המזון בסביבה שבה הכל מוקצב? תלות בספק חמצן יחיד היא כוח שליטה אדיר.ללא כללים ברורים לגבי כיבוש, קביעות וממשל, המירוץ על טריטוריה עלול להוביל למונופולים פרטיים וסכסוכים.
בניגוד לציר הזמן האופטימי שמדבר על ערים על מאדים בעוד כמה עשורים, ישנם קולות הקוראים למנה של מציאות. אנשי תקשורת המדע זאק וקלי ויינרסמית' טוענים כי קולוניזציה היא פרויקט בן מאות שנים.לא שנים, ושעדיף לפתור קודם בעיות שאגב, יהיו שימושיות גם לנו על כדור הארץ: מחזורים סגורים, בריאות בכוח משיכה נמוך, חוק החלל, חוסן אנרגטי.
פרויקטים אנלוגיים ומורשת מדעית
ביוספרה 2 לא הייתה לבד. BIOS-3 בסיביר, פרויקט עדן, MARS-500 או בתי גידול אנלוגיים למאדים הם חקרו את חלקי הפאזל: גידולים במחזור סגור, פסיכולוגיה בכליאה, לוגיסטיקה ותמיכה בחיים.
בשנת 1999, גיליון מיוחד של כתב העת Ecological Engineering ריכז מודלים מכוילים של מטבוליזם, מאזן מים, חום ולחות של המתחם, בנוסף לעבודה על יערות טרופיים, מנגרובים, אוקיינוס וחקלאות עם CO₂.2 גָבוֹהַ. אוסף זה, יחד עם ספר המחקר שפורסם באותה תקופה, חיזק את המורשת המדעית מעבר לרעש התקשורתי.
מחלוקות, ביקורות ומציאות לא נעימה
היו קולות ספקנים כבר מההתחלה. כמה מדענים הטילו ספק בבסיס הניסויי ובבחירת הצוותהביולוגית לין מרגוליס, דמות מובילה במדעי החיים, אף הגדילה לעשות ואמרה שזה בכלל לא מדע. דליפות תקשורתיות על החיים בחוות המקדמים הגבירו את הקסם החולני.
ההסתמכות על אנרגיית גז טבעי במקום פאנלים סולאריים, צריכת חמצן והתקנת מערכות טיהור CO22 עם חומרים מתכלים חיצוניים תויגו על ידי רבים כהונאה. אחרים טענו כי, בהיות זה המבנה הראשון מסוגו, התאמות ותיקונים היו בלתי נמנעים. ללמוד ולא לסכן את הדיירים.
מנקודת מבט עסקית, התוצאה הייתה מרה. כמעט בלתי אפשרי היה שהמתחם יהיה רווחי.למרות שהיו חלומות לכסות חלק מההוצאות באמצעות תיירות אם עד 10.000 מבקרים בחודש יגיעו במחירים גבוהים, המציאות מעולם לא ממש הסתכמה.
מה באמת לקחנו מביוספרה 2?
מעבר למופע, נלמדו לקחים חיוניים: תכנון של מבנים אטומים בקנה מידה גדול, דינמיקה אמיתית של מחזורי פחמן ומים בסביבות סגורות, צווארי בקבוק בחקלאות אינטנסיבית לתמיכה בחיים, ואולי באופן האנושי ביותר, ניהול צוותים בבידוד ממושך. הם חלקים חיוניים אם נרצה לחיות יום אחד מחוץ לכדור הארץ..
כפי שהזכיר לי משפט מפורסם המיוחס לציולקובסקי, כדור הארץ הוא ערש האנושות, אך אי אפשר לחיות לנצח בעריסה. אם אנחנו הולכים לצאת, עדיף שנעשה זאת אחרי ילדות ארוכה של למידה.עם ניסויים קשים, יקרים ולפעמים שנויים במחלוקת, שמפחיתים הפתעות כאשר אין רשת ביטחון.
במבט לאחור, ביוספרה 2 הייתה אוטופיה טכנולוגית שהתנגשה במציאות, אך הותירה אחריה קרקע ניסויים ייחודית. כיום הוא משמש כמעבדה פתוחה בקנה מידה גדול וכפלטפורמה לחינוך וביקורים.גשר נדיר בין הדיוק של המעבדה לסבך העולם האמיתי. מריאותיו ועד לג'ונגלים שלו, הוא ממשיך ללמד אותנו עד כמה שבריריות ומורכבות באמת המערכות המקיימות אותנו.
