Viename iš savo dienoraščių paminėjau uždarą ekosistemą. Savotiškas mikrokosmosas. Kuris egzistuoja savarankiškai.
Taigi uždara ekosistema yra sistema, kuri neapima medžiagų mainų su išoriniu pasauliu.
Tai kažkas panašaus į Žemę. Tik sumažinta forma.
Nuotraukoje - atvira sistema. Ji pasiima viską, ko reikia jos egzistavimui aplinką.
Uždara ekosistema yra visiškai atskirta nuo išorinio pasaulio. Be to, tokiai sistemai nereikia jokios priežiūros. 
Davidas Latimeris įdėjo Tradescantia į butelį ir neatidarė jo 40 metų. Per tą laiką augalas ne tik nenumirė, bet ir suformavo savo ekosistemą. Tradescantia maitinosi savo humusu. O augalas auga dėl jo gaminamo deguonies. Laistymo nebuvo. Kadangi drėkinimas buvo atliktas kondensatu. 
Nusprendžiau padaryti keletą uždaros ekosistemos. Padarykite tai tiksliai! Ir nepirkti. O taip, tokių ekosistemų irgi galima įsigyti.
Internete yra pakankamai informacijos apie tai, kaip galite padaryti tokį gamtos „stebuklą“. Aš jums pasakysiu, kaip aš tai padariau.
Pirma, sodinimui reikalingas uždaromas indas.
Žinoma, tai STIKLAS. Paėmiau įprastą stiklainį. Arba parduotuvėse galite nusipirkti vėsios apvalios stiklinės taros.
Antra – žemė. paėmiau paprasta žemė. Ten be problemų. Drenažui naudoju įprastą smėlį su akmenimis.
Trečia – augalai. Dažniausiai pasitaikantys! Iš patirties galiu pasakyti, kad uždaros sistemos Geriausia imti drėgmę mėgstančius. Mano atveju – samanos. Galite pasiimti bet kokius augalus. Pagrindinis kriterijus- augalų suderinamumas. Tai gali būti papartis, chlorofitas ir kt.
Ketvirta – dekoras. Jūs suprantate, kad tai nėra privaloma ir daroma savo nuožiūra. Internete jie rašo, kad renkantis dekorą svarbiausia, kad jis nepūva. Manau, būtų puiku, jei jis vis tiek pūtų. Tai pabrėžia tokios sistemos natūralumą.
Į stiklainį supilkite drenažą ir žemę. Mes formuojame reljefą. Toliau sodiname augalus. Papuošimui paėmiau angelo figūrėlę (planuojama, kad ant jos pradės augti samanų sporos) ir akmenėlį. Viską išdėliojame kaip jums patinka, palaistome ir sandariname.
Svarbu iš pradžių neužkimšti konteinerio. Kadangi augaluose gali būti per daug vandens ir jie tiesiog pradės pūti. Pirmą dieną indo nerekomenduojama sandariai uždaryti. Į drėgmės perteklius išgaravo. Mano atveju aš tiesiog užsandarinau viską, kaip yra.
Pirmąją savaitę bankas pastebėjo didelis skaičius kondensatas Ir buvau priverstas atidaryti indą, kad vanduo šiek tiek išgaruotų. Augalai prigijo. Samanos šiek tiek paaugo.
Antrosios savaitės pabaigoje stiklainyje buvo pastebėta „nežemiška“ gyvybė - pasirodė du dideli uodai. Kuris po trijų dienų saugiai mirė.
Šiandien ant angelo figūrėlės šen bei ten stebimas samanų augimas. Deja, negaliu nufotografuoti - per dieną ant stiklainio sienelių susidaro daug kondensato.
Mano antroji sistema gali būti atvira arba uždara.
Padaryti tokią uždarą ekosistemą butelyje nėra taip sunku:
- Pirmiausia reikia rasti tinkamą stiklinį indą pakankamai plačiu kaklu, kad būtų lengviau prieiti.
- Reikalingas geras dirvožemis ir kompostas.
- Ir, žinoma, pats augalas. Rekomenduojamas kaip augalaiAdiantum (paportoniumas) , kai kurios rūšys Tradescantia (Tradescantia) ir maži daigaiChlorophytum (Chlorophytum).
- Prieš sandarinimą reikia palaistyti tik 1-2 kartus.
gražus uždara ekosistema, kuris gali egzistuoti tol, kol yra saulės šviesa. Net jei planetoje išnyks visa gyvybė.
O štai vaizdo įrašas su herojumi, kuriame jis pasakoja, kaip viskas atsitiko, ir parodo savo ekosistemą.
Josifas Gitelzonas, Andrejus Degermendžis, Aleksandras Tikhomirovas
„Biofizikos institutas SB RAS sukūrė unikalią biologinę ir techninę žmogaus gyvybės palaikymo sistemą – BIOS-3. Su juo atlikti eksperimentai parodė: 2-3 testuotojų ekipažas autonominiu režimu dėl uždaro ciklo gali 100% patenkinti vandens ir oro bei daugiau nei 50% maisto poreikius 4-6 mėnesius.
Tokių aukštų rezultatų kitose pasaulio šalyse sukurtose tos pačios paskirties sistemose dar nepasiekta. Šiuo metu BIOS-3 yra rekonstruojamas atsižvelgiant į tarptautinius standartus, planuojami ilgalaikiai eksperimentai, imituojantys dviračių procesus, siekiant užtikrinti savarankišką žmogaus egzistavimą Mėnulio ir Marso kosminėse stotyse.
Kas yra uždara ekosistema?
Uždarosiose ekologinėse sistemose (ZES) maistinių medžiagų ciklas organizuojamas taip, kad medžiagos, kurias tam tikru greičiu naudoja kai kurios šių sistemų dalys, būtų sunaudojamos tokiu pat greičiu. vidutinis greitis yra regeneruojami iš galutinių medžiagų apykaitos produktų į pradinę būseną kitų vienetų, o tada vėl naudojami tuose pačiuose biologiniuose ciklus.
Dauguma ryškus atstovas natūrali ZES yra pati Žemės biosfera: joje dėl medžiagų ciklo palaikoma gyvybės, įskaitant žmoniją, egzistavimas. Idealiu atveju šios sistemos gali egzistuoti neribotą laiką.
Dirbtiniuose ZES projektuotojai siekia, kad masės perkėlimo procesų ciklas būtų įgyvendintas su minimaliu atliekų kiekiu, t.y. medžiagos, besikaupiančios sistemoje nepanaudoto balasto pavidalu. Tokiu atveju būtina užtikrinti masės perdavimo srautų cirkuliaciją tarp bent dviejų tipų grandžių – medžiagų sintezatorių ir jų naikintuvų. Pirmųjų darbas dažniausiai grindžiamas fotosinteze. Todėl jie vadinami fototrofiniais ir susideda iš bet kurio iš jų žemesni augalai(dažniausiai mikrodumbliai), arba iš aukštesnių. Pastarieji (destruktoriai) oksiduoja fotosintezės proceso metu gautas medžiagas ir jų gyvybinės veiklos produktus iki komponentų (idealiai iki CO 2, H 2 O ir mineralinių junginių), kuriuos vėl naudoja fototrofai.
Svarbiausia heterotrofinė grandis uždarose ekosistemose, apie kurias mes svarstome, yra žmonės. Būtent jis formuoja reikalavimus visų kitų grandžių darbui ir iš esmės nustato ciklo intensyvumą, kad būtų patenkinti jo deguonies, vandens ir maisto poreikiai. ZES, dalyvaujant žmonėms, tai taip pat reiškia jų atliekų, augalų atliekų ir daugelio kitų medžiagų įtraukimą į ciklą. Atkreipkime dėmesį, kad tokioje ekosistemoje, turinčioje fototrofinį ryšį, susidedantį iš aukštesnių augalų, uždaro ciklo procesai yra didesni nei dumblių, nes pastarieji praktiškai nevalgomi, o jų biomasė kaupiasi atliekų pavidalu. Ir dar vienas dalykas. ZES su žmogumi gali egzistuoti autonomiškai gana ilgą laiką. Šis turtas yra paklausus pirmiausia kosmoso reikmėms.
Išorinis 12 kubinių metrų tūrio hermetiškos kabinos vaizdas su asmeniu BIOS-1
Todėl nenuostabu, kad smarkiai išaugo atitinkamas moksliniai tyrimai siejamas su XX amžiaus 50–60-ųjų „kosmoso bumu“, kai Mėnulio ir Marso tyrinėjimai atrodė artimiausios ateities reikalas.
Pionierių eksperimentai
Pirmosios pasaulyje tikrai veikiančios uždaros gyvybės palaikymo sistemos buvo sukurtos SSRS septintojo dešimtmečio pirmoje pusėje. Pagrindiniai tyrimai tada vyko Maskvoje – Gynybos ministerijos Aviacijos ir kosmoso medicinos institute, vėliau – SSRS sveikatos apsaugos ministerijos Medicinos ir biologinių problemų institute (dabar Rusijos akademijos Biomedicinos problemų institutas). Mokslai) ir Krasnojarske - pirmiausia SB SSRS mokslų akademijos Fizikos instituto (IF) biofizikos skyriuje, o vėliau - SB RAS Biofizikos institute (IBP). Istoriškai IBMP paieška iš pradžių buvo sutelkta į gyvybės palaikymo sistemas erdvėlaivių ir orbitinės stotys, kuriose pirmenybė buvo teikiama naudojimui fiziniai ir cheminiai procesai, o IBF – uždarose ekosistemose ilgalaikėms planetų stotims, kuriose medžiagų cikle turėtų būti dominuojantis vaidmuo. biologiniais metodais. Pabrėžkime: taikant pirmąjį metodą neįmanoma sukurti pilno ciklo, nes nežinomi žmogaus mitybai reikalingų visaverčių maistinių medžiagų dirbtinės sintezės būdai. Antrasis neturi šių trūkumų. Ja pagrįstos gyvybės palaikymo sistemos yra savarankiškos ir todėl labiau nepriklausomos nuo giluminio kosmoso tyrinėjimo misijų trukmės.
BIOS-3 išplanavimas: 1 – gyvenamosios patalpos: trys įgulos kajutės, sanitarinis-higieninis modulis, virtuvė-valgomasis; 2 – fitotronai su aukštesniais augalais: du, kurių kiekvieno sėjos plotai po 20 m2; 3 – dumblių kultivatorius: trys fotobioreaktoriai, kurių kiekvieno tūris po 20 l. Chlorella vulgaris.
Žinoma, biologiniai ZES leidžia juose naudoti fizikinės chemijos elementus, tačiau tik kaip papildomas technologijas, padedančias padidinti masės perdavimo srautų greitį ir uždarymo laipsnį. Sistemos, kuriose numatomas toks biologinių ir fizikinių ir cheminių metodų integravimas, vadinamos biologinėmis-techninėmis ZES. Būtent tai yra sukurta IBF.
Kosminės paskirties ZES statybos Biofizikos institute (tais metais SB AS SSRS Fizikos instituto Biofizikos katedra) pradžia buvo septintojo dešimtmečio pradžioje vykusiame instituto direktoriaus susitikime. Fizikas Leonidas Kirenskis (akademikas nuo 1968 m.) ir generalinis raketų sistemų konstruktorius Sergejus Korolevas ( akademikas nuo 1958 m.). Leonido Vasiljevičiaus pasiūlymas Krasnojarske sukurti uždarą ekosistemą, kuri galėtų egzistuoti autonomiškai ilgą laiką dėl vidinės materijos cirkuliacijos Sergejus Pavlovičius labai susidomėjo. Buvo surengta eilė susitikimų, kuriuose dalyvavo šios naujos biofizikos krypties įkūrėjai Ivanas Terskovas (akademikas nuo 1981 m.) ir vienas iš šio straipsnio autorių Josephas Gitelzonas (akademikas nuo 1990 m.) – jie išsamiai mokslinį pagrindimą pateikė. dėl tokio darbo atlikimo galimybių ir realumo. Korolevas iškėlė aiškų uždavinį: per kelerius metus, remiantis SSRS mokslų akademijos Sibiro filialo Filosofijos instituto Biofizikos katedra, sukurti ekosistemą su uždara materijos cirkuliacija, galinčia autonomiškai užtikrinti ilgą. - ilgalaikis žmogaus buvimas uždaroje erdvėje tokiomis sąlygomis, kurios artėja prie žemėje esančių sąlygų. Tuomet valstybė skyrė pakankamai lėšų specialistams pritraukti ir reikiamai įrangai įsigyti.
Šios užduoties įgyvendinimą galima suskirstyti į tris etapus. Iš pradžių (1964-1966) jis buvo įgyvendintas biologinė sistema BIOS-1, kurį sudarė du pagrindiniai agregatai: sandari 12 m3 tūrio kabina su žmogumi ir specialus 20 l tūrio kultivatorius, skirtas chlorelės mikrodumbliams auginti. Remiantis septynių eksperimentų, trukusių nuo 12 valandų iki 90 dienų, rezultatais, pavyko pasiekti svarbų rezultatą – pilną uždarą dujų ciklą (iškvėptas oras buvo išvalytas nuo anglies dvideginio ir priemaišų, praturtintas chlorelės gaminamu deguonimi) (įskaitant geriamojo vandens regeneravimą, maisto ruošimui ir higienos reikmėms).
Tada, 1966 m., BIOS-1 buvo atnaujintas į BIOS-2, prie jo prijungiant 8,5 m kamerą su aukštesniais augalais - čia buvo auginamas augalų rinkinys daržovių pasėliai. Jie padidino masės perdavimo procesų uždarumą sistemoje dėl dalinio augalinio maisto, įtraukto į žmogaus mitybą, įtraukimo į ciklą. Be to, aukštesni augalai, kaip ir chlorelė, dalyvavo atkuriant atmosferą, kad žmonės galėtų kvėpuoti. Tai leido sumažinti chlorelės biomasę, reikalingą gyvybinei veiklai palaikyti, ir taip padidinti masės perdavimo procesų uždarumo laipsnį. O kadangi dėl aukštesniųjų augalų fotosintezės susidarė papildomas kiekis deguonies, buvo galima atlikti eksperimentus su dviejų testuotojų ekipažu (ilgiausias iš jų truko 30 ir 73 dienas). Darbas BIOS-2 tęsėsi iki 1970 m. Remiantis jų rezultatais, pirmą kartą pasaulyje buvo įrodyta dirbtinės ekosistemos „žmogus-mikrodumbliai-aukštesni augalai“ ilgalaikio funkcionavimo galimybė.
1972 m. pradžioje Krasnojarsko IBF sukūrė BIOS-3 – iš esmės naują dirbtinę ekosistemą. Skirtingai nuo ankstesnių, jis įgijo visiškai kitokį tiek konstruktyvų, tiek funkcines charakteristikas. Įrenginyje, kurio bendras tūris 300 m, buvo 4 skyriai tie patys dydžiai: gyvenamasis modulis su atskiromis kabinomis trims testeriams ir trimis skyriais su augalais maisto reprodukcijai ir atmosferai bei vandens regeneracijai.
BIOS-3 buvo atliekami ilgalaikiai (kelių mėnesių) eksperimentai ir pagal anksčiau išbandytą schemą „žmogus-chlorelė-aukštesni augalai“, ir pagal visiškai naują – „žmogus-aukštesni augalai“. Pirmą kartą pasaulyje testuotojams pavyko sukurti visavertę augalų mitybą dėl pačioje sistemoje užaugintų augalų rinkinio, kurio dėka jos uždarumo laipsnis masės pernešime buvo padidintas iki 75%. Ir galiausiai iš visų dirbtinių biologinių ekosistemų tiek mūsų šalyje, tiek užsienyje tik BIOS-3 leido autonomiškai užtikrinti 2-3 žmonių įgulos gyvybę 4-6 mėnesius dėl uždaro vandens ir dujų. ciklas beveik 100 %, maistui – daugiau nei 50 %. Kaip jau minėta, iki šios dienos šis rezultatas išlieka nepralenkiamas. [Čia, kaip ir daugelyje kitų dalykų, SSRS lenkė JAV, žr. apie jų ZES "Biosfera-2"]
Svarbu ir tai, kad kelias nuo BIOS-1 iki BIOS-3 buvo įveiktas per fantastiškai trumpą laiką – maždaug per 7 (!) metus.
Naujų technologijų gimimas
BIOS-3 sukūrimas siejamas su visa gausybe puikių mokslininkų. Pirmiausia čia reikia dar kartą paminėti Leonidą Kirenskį, kuris sudomino Sergejų Korolevą atliekant šias apklausas Krasnojarske ir organizavo jų vykdymą. Itin svarbus vaidmuo techninis įgyvendinimas Sistemą žaidė mūsų darbuotojas, biologijos mokslų daktaras Borisas Kovrovas. Jis sugebėjo greitai ir, dar svarbiau, optimalius dizaino sprendimus priimti. Būtent jis sugalvojo sistemos priežiūros režimus perkelti „viduje“, t.y. patiems bandytojams. Šiuo atžvilgiu BIOS-3 palankiai palyginamas su visais užsienio dirbtiniais ZES. Eksperimentų metu jame nuolat buvo atliekami medicininiai žmogaus būklės tyrimai. Be to, darbas vyko aktyviai dalyvaujant IBMP darbuotojams, vadovaujant akademikui Olegui Gazenko, o tiesioginę priežiūrą vykdė medicinos mokslų kandidatas Jurijus Okladnikovas. Pažymėtina, kad per visą BIOS-3 eksperimentų laikotarpį (kuris iš viso truko apie 11 mėnesių) nebuvo nei vieno testo komandos sveikatos problemų.
Svarbiausia proveržio technologija buvo aukštesnių augalų įtraukimas į ciklą, kuris tapo pagrindu aprūpinti žmones deguonimi, maistu ir vandeniu. Jo autorius, biologijos mokslų daktaras Heinrichas Lisovskis, pagrindė ir praktiškai įgyvendino idėją atrinkti aukštesnius augalus ir visiškai juos pakeisti nevalgomomis dumblėmis chlorella. Mokslininkas sukūrė ypač uždarai ekosistemai nauja veislė trumpakočiai kviečiai, kuriuose apie 50 % visos biomasės sudarė grūdai.
Taip pat pridurkime, kad darbas su BIOS-3 smarkiai paspartino naujų technologijų atsiradimą. Visų pirma, pavyko moksliškai pagrįsti regimosios spinduliuotės energijos ir spektrinių charakteristikų pasirinkimą fototrofiniam žmogaus gyvybę palaikančių sistemų ryšiui, nustatyti baltos šviesos vietą apšvietime. augalų bendrijos tiek gamtoje, tiek viduje dirbtinės sąlygos ir suformuluoti gamybos proceso šviesos valdymo augaluose koncepciją, atsižvelgiant į skirtingus fotosintezės aparato organizavimo lygius.
Visų pirma buvo pasiūlyti auginimo režimai įvairių tipų augalai Mėnulio stotyje. Buvo daroma prielaida, kad jei ten veikia bioregeneracinė gyvybės palaikymo sistema, tai norint joje auginti augalus (kartojame, maisto ir deguonies šaltinį), reikia juos „išmokyti“ augti tokiomis sąlygomis. mėnulio dienos, t.y. Nepertraukiama šviesa yra maždaug 14 Žemės dienų, o naktis - maždaug tiek pat. Šią neįprastą problemą išsprendė Lisovskis ir jo kolegos. Jie nustatė tokius aplinkos parametrus, pagal kuriuos galima auginti augalus, kurie būtų priimtini tiek maistinės biomasės, tiek biocheminės sudėties požiūriu. Tai leidžia manyti, kad įmanoma panaudoti Saulės energiją bioregeneracinėms gyvybės palaikymo sistemoms Mėnulyje kurti.
Šiandienos diena
Šiuo metu mūsų institutas vienu metu sprendžia du pagrindinius uždavinius: techninį BIOS-3 sistemos modernizavimą ir plėtrą. mokslinius pagrindus technologijos, skirtos padidinti žiedinių procesų uždarumo laipsnį. Jų įgyvendinimas remiamas keletu SB RAS dotacijų ir sutarčių su Europos kosmoso agentūra. Taip pat naudojami vidiniai IBF ištekliai.
Antrajai iš šių sričių teikiame išskirtinę reikšmę. Jau įtraukta pasiekti rezultatai– nevalgomos augalų biomasės panaudojimas. Norėdami įtraukti jį į vidinę cirkuliaciją, kuriame biologinės oksidacijos technologiją, naudojant į dirvą panašų substratą. Tai kviečių šiaudų perdirbimo produktas kirmėlėmis ir mikroflora, kuris kartu tarnauja kaip šaknų sluoksnis augalams. Be to, substrato mikroflora slopina patogeninius mikroorganizmus augalų šaknų zonoje, o tai padeda apsaugoti juos nuo puvimo.
Kitas rezultatas – draugiškas aplinkai švarią technologijąįsitraukimas stalo druskosį masės perdavimą sistemoje. Kaip žinoma, NaCl yra ypač žmogaus skystuose sekretuose, tačiau jo koncentracija juose gali būti mirtina augalams. Todėl norint įtraukti šį junginį į biologinį ciklą, reikėjo naudoti fizikinį ir cheminį skystų sekretų mineralizacijos metodą. Idėja tokia: į kintamąjį elektrinis laukas tinka vandeninis tirpalas vandenilio peroksidas, iš kurio molekulių atskiria atominį deguonį, kuris yra stiprus oksidatorius.
Mažos dirbtinės ekosistemos išvaizda: 1 – švitintuvas su didelio intensyvumo šviesos šaltiniu; 2 – fototrofinė grandis (aukštesni augalai) sandarios kameros viduje; 3 – manipuliatoriai darbui kameros viduje nepažeidžiant jos sandarumo; 4 – grunto blokas su į žemę panašiu substratu; 5 – instrumentų stovas valdymui
Ir automatinė priežiūra aplinkos parametrai kameros viduje; 6 – sandarios kameros sienelė iš nerūdijančio plieno.
Tokioje aplinkoje augalinės ir gyvūninės kilmės atliekas paverčia mineraliniais komponentais, po kurių augalai jas naudoja kaip trąšas. Šis fizikinis ir cheminis metodas yra nekenksmingas aplinkai ir palyginti mažai energijos sunaudojantis. Pradinis vandenilio peroksido gamybos produktas yra vanduo bioregeneraciniame ZES jo netrūksta, t.y. beveik visi pradiniai produktai, reikalingi paleidimui palaikyti technologinis procesas, lengvai įtraukiami į ciklą. Svarbu tai, kad skirtingai nei fiziniai ir cheminiai procesai, tradiciškai naudojami erdvėlaivių gyvybę palaikančiose sistemose, šis vyksta esant iki 100 0 C temperatūrai ir normaliam slėgiui.
Tiesa, tokiu būdu gautame mineralizuotame tirpale yra pagrindinėms aukštesniųjų augalų rūšims nepriimtina NaCl koncentracija. Todėl iš pradžių jis turėtų būti naudojamas auginti žmonėms valgomą sūdytą ( Salicornia europaea) yra vienmetis burnočių šeimos augalas, galintis augti terpėse, kuriose yra daug valgomosios druskos, ir sukaupti iki 50 % sausos masės. Tada NaCl koncentracija in maistinių medžiagų tirpalas nukrenta iki verčių, priimtinų vėlesniam naudojimui kitų augalų rūšių auginimui.
Esminis žmogaus skystų sekretų įtraukimo į ciklą problemos sprendimas atveria galimybę visiškai pašalinti aklavietę, t.y. medžiagos, nepriimtinos tolesniam naudojimui ZES, susijusios su jo egzometabolitais (medžiagų apykaitos produktais, išleidžiamais į išorinę aplinką), jų įtraukimu į vidinę cirkuliaciją. Šiuo atžvilgiu IVP pasiūlė atitinkamų technologijų rinkinį. Faktas yra tas, kad kietųjų žmogaus egzometabolitų problemą išspręsti daug paprasčiau: juose nėra NaCl ir jų dalyvavimas masės pernešime po sterilizacijos nesukelia ypatingų sunkumų.
Rytojaus perspektyvos
Uždarų ekosistemų formavimas turi dvi aiškiai apibrėžtas taikymo perspektyvas: į kosmosą ir antžeminį pritaikymą. Pirmasis susijęs su stabilių cirkuliacijos procesų fizinių modelių kūrimu stacionarioms Mėnulio ir Marso bazėms. Sistemų sudėtį, specifines funkcijas ir pagrindines konstrukcijos charakteristikas pirmiausia lemia konkrečios planetinės stoties tipas, jos uždaviniai, egzistavimo trukmė, įgulos narių skaičius, svorio ir energijos apribojimai, taip pat daugybė kitų reikalavimų. (medicininis, operatyvinis ir kt.).
Literatūroje galite rasti įvairių variantų gyvybės palaikymo sistemos, pagrįstos tiek rezervais, tiek fiziniais ir cheminiais atmosferos bei vandens regeneravimo metodais, tiek atitinkamų biologinių grandžių (mikrodumblių, aukštesnių augalų, žuvų ir kt.) įvedimu į grandinę. IBP sukaupta patirtis leidžia sutelkti dėmesį į integruotos biologinės-fizinės-cheminės gyvybės palaikymo sistemos, kurioje dominuoja pirmasis komponentas, įgyvendinimą. Dislokuojant planetinę bioregeneracinę saulės sistemą (naudojant hipotetinės Marso misijos pavyzdį), stoties atmosferos regeneracija, pastatyta tik ant aukštesnių augalų, patirs reikšmingą trūkumą - didelę inerciją, susijusią su ilgu jų vystymosi ciklu. Stacionariai tokios sistemos veikimas galimas tik praėjus keliems mėnesiams nuo paleidimo pradžios: pavyzdžiui, pilnas vandens ir deguonies aprūpinimas įgulai yra realus po 2 mėnesių, o augalinė raciono dalis – po 3–4 mėnesių. . O per šį laiką tik minėtas dumblių kultivatorius galės aprūpinti ekipažą vandeniu ir deguonimi: su 600 g/parą sausųjų medžiagų produktyvumu visiškai išspręs oro aplinkos normalizavimo žmogui problemą.
Žinoma, lygiagrečiai su pastarųjų paleidimu reikia „įjungti“ aukštesnių augalų konvejerį. Jai formuojantis dumblių konvejerio apkrova sumažės tiek, kad pastarąjį bus galima sustabdyti. Taigi, planetų stotyje diegiant bioregeneracinį ZES, patartina pereiti prie veikiančios schemos, paremtos tik aukštesniais augalais, aprūpinančiais žmones deguonimi ir augaliniu maistu.
Kalbant apie ZES antžeminį pritaikymą, jie galimi įvairiose pramonės šakose. Taigi, specialiai ZES sukurtos apšvietimo technologijos gali tapti pagrindu kuriant energiją taupančios lempos su fiziologiškai pagrįstomis spektrinėmis ir energetinėmis savybėmis. Šie šviesos šaltiniai ypač tinka ekologiškiems augaliniams produktams gauti nepalankių sąlygų regionuose gamtinės sąlygos. Namai, kuriuose bus naudojamos tokios uždaro ciklo technologijos, ilgą laiką galės užtikrinti žmonėms savarankišką egzistavimą (pvz. stiprių šalnų ir blogas oras šiauriniai regionai, atokiose kalnuotose vietovėse) su daliniu uždarymu augalinio maisto dauginimo, dezinfekavimo ir atliekų šalinimo, taip pat atmosferos regeneravimo srityse. Skaičiavimai rodo, kad ekologiško namo energijos sąnaudos yra net mažesnės nei įprastų.
Kitas antžeminis pritaikymas yra cirkuliacijos biosferoje modelis. Šiuo metu mokslo bendruomenėje vyksta plačios diskusijos apie galimus klimato pokyčius mūsų planetoje. Tačiau vis dar nėra pakankamai supratimo apie jų priežastis ir mechanizmus. Modeliavimas, kurį sudaro dėmesys pagrindiniams parametrams, kurie yra esminiai sistemos (šiuo atveju biosferos) funkcionavimui, priartins atsakymus į daugelį klausimų. Tokius metodus galima išbandyti ne tik biosferos lygmeniu, bet ir vadinamosiose į biosferą panašiose sistemose. Remiantis gautais rezultatais, galima sukurti modeliavimo modelius su iš esmės nauju supratimu apie globalius biosferos procesus.
Tiesa, šiuo atžvilgiu būtina sukurti supaprastintas į biosferą panašias dirbtines ekosistemas su dideliu medžiagų ciklo uždarumo laipsniu ir santykinai maža mainų mase, kurios taip pat turi tam tikrą reprezentatyvumą natūralios biotos atžvilgiu.
Jie jau kuriami IVP, jie gali būti veiksminga priemonė biosferos procesams modeliuoti, įskaitant jų atsparumo antropogeniniams veiksniams tyrimus. Tokioje sistemoje su dirbtinė šviesa hermetinėmis sąlygomis palaikomas žiedinis procesas tarp dviejų pagrindinių grandžių: fotosintezės (aukštesni augalai) ir heterotrofinio (panašus į dirvožemį substratas). Dujų sudėtis aplinka, temperatūra ir drėgmė palaikoma automatiškai. Kūrimas įvairių veiksnių poveikį sistemai (temperatūros pokyčiai, CO 2 koncentracija ir kt.), galite įvertinti jos atsaką ir išbandyti tam tikrus klimato kaitos scenarijus.
Pastabos
Žr.: O. Gazenko, A. Grigorjevas, A. Egorovas. Kosmoso medicina: vakar, šiandien, rytoj. – Mokslas Rusijoje, 2006, Nr.3,4; A. Grigorjevas, B. Morukovas. Marsas artėja. – Mokslas Rusijoje, 2011, Nr.1 (redaktoriaus pastaba).
Žr.: E. Galimovas. Planetų mokslo perspektyvos. – Mokslas Rusijoje, 2004, Nr.6; K. Truchanovas, N. Krivova. Ar Marsas turėtų užimti Žemės magnetinį lauką? – Mokslas Rusijoje, 2010, Nr.3 (redaktoriaus pastaba).
Į biosferą panašios sistemos yra dirbtinės uždaros ekosistemos, kuriose vyksta medžiagų mainų ciklai aukštas laipsnis panašumai su globaliais biosferos medžiagų mainų ciklais (aut. pastaba).
Žmonija yra įtakingiausia Žemės planetoje gyvenanti rūšis. Jis demonstruoja savo pranašumą be ceremonijų kišdamasis į įvairius natūralių procesų ir į savo mažiau išsivysčiusių kaimynų gyvenimus. Tačiau, nepaisant spartaus vystymosi, yra dalykų, kuriems vargu ar kada nors galėsime daryti didelį spaudimą.
Mūsų biosferos keitimas, egzistavimo kosmose ar kitoje planetoje galimybė – šios tyrimų sritys taps lemiamos mūsų palikuonims. Vienas iš labiausiai galimi sprendimai Nustatyti tikslai apima uždaros ekologinės sistemos sukūrimą. Daugelio šalių kūrėjai dirba su šia užduotimi, įveikdami didelius sunkumus įgyvendinant savarankišką pasaulį.
Žmonės ekologines sistemas pradėjo kurti seniai. Apsėti laukai, parkai, dirbtiniai rezervuarai – visa tai skirta tam, kad atneštų tam tikrą naudą. Atkuriame sąlygas, kurios leidžia palaikyti atskirų gyvų organizmų ir jų buveinių gyvybinę veiklą. Jie sąveikauja vienas su kitu mūsų įtakoje. Tačiau, be mūsų, tokiems dariniams įtakos turi ir Žemės planetos ekologinė sistema. Jis yra neproporcingai aukštesnis hierarchinėmis kopėčiomis, pasauliniu mastu įtakojantis žmogaus sukurtas kopijas.
Mokslinių eksperimentų tikslas – ištirti pačios Žemės ekologinės sistemos pokyčius arba galimybę sukurti tokią nepriklausomą natūralus kompleksas. Tai reiškia, kad iškeltas uždavinys – sukurti uždarą, autonomiškai funkcionuojantį projektą, su savo gyvų organizmų rinkiniu ir buveine. Darbas šia kryptimi vyksta gana intensyviai. Jų mastai ir sėkmė yra įvairūs, tačiau mokslininkai nesiliauja bandę pasijusti Kūrėjo vaidmenyje.
Projektas "Edenas"
Eden projektas yra didžiausias šiltnamis mūsų planetoje. Jį sukūrė seras Timas Smithas, o 2001 m. kovo mėn. Jai sukurti prireikė 2,5 metų ir daug intelektinių išteklių. Pasirinkta vieta buvo Kornvalis, JK.
„Edenas“ susideda iš dviejų pastatų, sudarytų iš geodezinių kupolų, kurie reprezentuoja sferinę architektūrinę struktūrą. Kupolas susideda iš šešiakampių ir penkiakampių, kurie sudaro didžiulio šiltnamio karkasą. Pagrindinės statybininkų naudojamos medžiagos buvo vamzdinis plienas ir specialus termoplastas. Ši danga praleidžia saulės šviesą ir kaupia šilumą, taip pat yra mažiau pavojinga nei vitražai.
Kupolų viduje kūrėjai atkūrė biomų rinkinį – ekologinių sistemų rinkinius, atitinkančius tam tikras gamtines ir klimato zonas. Kiekviename tokiame objekte yra unikalus gyvų organizmų ir augmenijos rinkinys. Lankytojams siūloma keliauti per kelias klimatines zonas viename pastate. Kognityvinės ir raidos informacijos apimtį sunku pervertinti. Iš viso „Edene“ yra trys biomai, kurių kiekvienas yra plačiai užpildytas būdingi atstovai. Didžiausia ekosistema yra pusiaujo platumos. Jis užima daugiau nei 1,5 hektaro ir siekia 55 metrų aukštį. Palaikoma viduje temperatūros režimas ir drėgmės. Viduržemio jūros rūšys yra kukliau atstovaujamos. Jų biomas užima kiek daugiau nei 0,6 hektaro, tačiau be ekologinės sistemos išsiskiria skulptūrinis dizainas. Įjungta lauke yra biomas, atsakingas už vidutinio klimato atstovus.
Žinoma, Eden projektas negali būti vadinamas visaverte nepriklausoma uždara ekosistema. Šiltnamio darbas nuolat koreguojamas naudojant specialią kompiuterinę programinę įrangą ir tyrimų padėjėjai. Be to, medžiagų, iš kurių sukurtas kupolų apvalkalas, galiojimo laikas yra gana trumpas, todėl Eden projektas yra gana pažeidžiamas.
BIOS projektas
Krasnojarsko biofizikos instituto mokslininkai išsamiau pažvelgė į dirbtinės ekologinės sistemos izoliaciją ir autonomiją. Jų serijos BIOS tyrimų programos davė gerų rezultatų. 1964 m. pradėtos naudoti BIOS-1 ir BIOS-2 naudojo dviejų ir trijų pakopų žmogaus palaikymo sistemas. Iš pradžių pagrindinis komplekso komponentas turėjo būti chlorelės dumbliai. Jie sėkmingai apdoroti anglies dvideginioį deguonį, bet pasirodė netinkamas maistui. Krasnojarsko mokslininkai pristatė trečiąjį elementą – aukštesniuosius augalus. 1968 metais buvo išbandyta tokia trijų dalių sistema, rodanti daug žadantį našumą. Eksperimentinė aplinka galėjo pasiekti 85% ribą pakartotinai naudoti vandens išteklius.
Remdamiesi ankstesniais pokyčiais, mokslininkai 1972 m. pradėjo BIOS-3 projektą. Tyrimų bazė buvo sandari patalpa, kurios tūris – 315 kvadratinių metrų. Jis buvo padalintas į keturis skyrius: du buvo skirti augalams auginti dirbtinėmis sąlygomis, viename buvo įrengti mikrodumblių kultivatoriai, o paskutinis tarnavo kaip gyvenamoji erdvė. Buvo atlikta dešimt populiacijos eksperimentų, kurių kiekviename dalyvavo trys žmonės. Inžinierius Nikolajus Bugrejevas BIOS-3 buvo apie 13 mėnesių.
Ši mokslo įmonė pasiekė precedento neturinčių rezultatų. Buvo pasiekta visiška autonomija vandens kiekio ir dujų mainų atžvilgiu. Eksperimento dalyvių apsirūpinimas maistu siekė 80 proc.
Po išsiskyrimo Sovietų Sąjunga darbas su BIOS-3 buvo sustabdytas. Tik 2005 metais Krasnojarske buvo atnaujinta uždarų ekosistemų kūrimo veikla.
Biosfera-2
Dešimtojo dešimtmečio pradžioje Arizonos dykumoje buvo atliktas didžiausias bandymas sukurti gyventi tinkamą aplinką, neprijungtą prie tinklo. Projektas „Biosfera-2“ – tai 1,5 hektaro plote išsidėstęs hermetiškas laboratorijų kompleksas. Eksperimentinę struktūrą sudaro 7 skyriai, kuriuose vežami asmenys klimato sąlygos. Jis turi savo vandenyną, dykumą ir atogrąžų mišką. Visi kvartalai apgyvendinti atitinkami tipai flora ir fauna. Biosphere-2 apvalkalas praleidžia iki 50 proc. saulės spinduliai, ir dujų mainai su išorinę aplinką sumažintas iki galimo minimumo.
Pagrindinė projekto Biosfera-2 užduotis buvo išbandyti žmogaus egzistavimo galimybę sukurtomis sąlygomis. Rezultatai nebuvo itin džiuginantys. Mokslininkai ir eksperimento dalyviai susidūrė su daugybe problemų ir trūkumų. Aštuoni žmonės buvo patalpinti didžiulės laboratorijos aplinkoje. Tačiau netrukus jie susidūrė su deguonies badu. Oro prisotinimas deguonimi sumažėjo nuo 21% iki 15%. Vienas iš labiausiai tikėtinos priežastys buvo įvardyta dirvožemio organizmų veikla. Vienaip ar kitaip brangias dujas reikėjo pripumpuoti papildomai.
Vėliau paaiškėjo, kad ekosistemos dydis nepajėgus aprūpinti gyventojų maistu pilnai. Buvo priimtas sprendimas plotus papildomai apsėti. Rimčiausia problema tapo masinis vabzdžių kenkėjų dauginimasis. Mokslininkai neatsižvelgė ir į vėjo poveikį augalų struktūrai stiprinti. Be šito gamtos reiškinys medžiai tapo trapūs, neturėjo galimybės pilnai išaugti. Žmonių gyvenvietės eksperimentas Biosferoje 2 sukėlė daug klausimų ir kritikos. Kitas tyrimo metodas buvo atliktas be žmonių buvimo laboratorijoje. O 2005 metais projektas buvo pateiktas pardavimui nepasiekus savo tikslų.