Superlaboratorium

Biosfera 2 - jedyne w swym rodzaju laboratorium - znajduje się na pustyni w Arizonie, ok. 40 km na północ od Tucson. Świat usłyszał o niej kilka lat temu, gdy piętnastu śmiałków zdecydowało się tam zamieszkać, wszelkie kontakty ze światem zewnętrznym ograniczając do rozmów telefonicznych. Żywili się wyhodowanymi przez siebie plonami i prowadzili eksperymenty, które miały otworzyć ludzkości drogę w kosmos. Fundator Biosfery 2 - teksaski miliarder Edward P. Bass - wierzył, że dowie się, jak wyglądałoby życie w zamkniętej kolonii na Marsie lub Księżycu.

Pierwsza załoga - cztery kobiety i tylu mężczyzn - zamknęła się w Biosferze 2 we wrześniu 1991 r. Spędziła w niej dwa lata. Po półrocznej przerwie siedmiu innych śmiałków - tym razem dwie kobiety i pięciu mężczyzn - ponownie zamieszkało w laboratorium, pozostając w nim do września 1994 r. Samowystarczalny świat okazał się jednak nie wystarczający, a naukowcy poczuli się bezradni, gdy z nieznanych powodów w atmosferze Biosfery 2 znacznie spadł poziom tlenu, wyginęła większość zwierząt i roślin, z wyjątkiem prusaków i mrówek, a ludzie znaleźli się w niebezpieczeństwie. Nieudane doświadczenia szybko okrzyknięto pseudonaukowymi, a o laboratorium opowiadano niewyszukane dowcipy.
W styczniu 1996 r. Biosferę 2 przejął jeden z najlepszych uniwersytetów w Stanach Zjednoczonych, czyli Columbia University. - Dziś jest to bezcenne laboratorium, w którym możemy się uczyć, jak lepiej gospodarować zasobami naturalnymi naszej planety i badać ewentualne zmiany klimatu ziemskiego, spowodowane wzrostem stężenia gazów cieplarnianych w atmosferze. Z takim założeniem przejęliśmy Biosferę 2 - reklamuje William C. Harris, dyrektor laboratorium.
Ta imponująca budowla, z daleka wyglądająca jak gigantyczna szklarnia na obcej planecie, jest maleńką kopią bio- sfery 1, czyli Ziemi. Zajmuje niewiele ponad 3 ary pustyni. Stanowi zespół hermetycznie zamkniętych laboratoriów, w których łatwo można hodować tropikalne rośliny, gdyż w niektórych miejscach pomieszczenia mają 30 m wysokości. Skopiowano w nich siedem ziemskich ekosystemów, m.in. ocean, las tropikalny, pustynię, sawannę i bagna. Kompleks odizolowano od świata, umieszczając go w ważącym 500 t zbiorniku z nierdzewnej stali i przykrywając dachem ze szkła i stali. Wewnątrz zainstalowano 730 czujników, które co trzy minuty dokonują pomiarów temperatury i wilgotności powietrza, poziomu dwutlenku węgla, monitorują stan gleby. Budynki i kopuły laboratorium są najbardziej szczelną tego typu konstrukcją na Ziemi. W zamkniętym świecie naukowcy tworzą klimat, włączają ogrzewanie lub chłodzenie, wywołując niewielkie burze albo pompując różne gazy. W procesie fotosyntezy rośliny oczyszczają powietrze i dostarczają tlen. - Od 1994 r. w Biosferze 2 nie mieszkali już na stałe ludzie i nie planujemy tego typu doświadczeń w przyszłości. Wykorzystujemy laboratorium do badania wpływu zmian ziemskiej atmosfery na żywe organizmy i chcemy zrozumieć procesy zachodzące na naszej planecie. Nie wykluczamy jednak możliwości powrotu do badań nad pozaziemskimi koloniami, jeśli zajdzie taka potrzeba. Biosfera 2 z pewnością byłaby odpowiednim miejscem do takich eksperymentów - mówi William C. Harris.
Bez wątpienia jednym z najpoważniejszych i nadal nie zbadanych procesów jest tzw. efekt cieplarniany. Wywołuje go przede wszystkim wciąż rosnąca ilość dwutlenku węgla w atmosferze, spowodowana spalaniem przez człowieka paliw kopalnych. Gaz ten ociepla Ziemię od czasów ostatniej epoki lodowcowej, czyli co najmniej 14 tys. lat. Badania rdzeni lodowych dowodzą, że w tym okresie stężenie CO2 zmieniło się wskutek naturalnych zdarzeń - do rewolucji przemysłowej wzrosło z 200 ppm do 280 ppm (cząsteczek na milion). Dziś stężenie dwutlenku węgla w powietrzu jest jednak najwyższe od miliona lat i wynosi 360 ppm. Jeśli nadal w takim tempie będziemy zanieczyszczać atmosferę, do 2100 r. może ono wzrosnąć jeszcze o 100 proc. Naukowcy podnieśli alarm - nie wiadomo bowiem, jak zareagują na takie zmiany rośliny i inne organizmy żywe. W Biosferze 2 żyje ponad 3 tys. gatunków, głównie insekty i rośliny. Nie ma tam wystarczająco dużo miejsca dla dużych zwierząt. - Zaletą laboratorium jest jednak to, że nasi naukowcy mogą za pomocą techniki kontrolować klimat tego niewielkiego świata, co jest absolutnie niemożliwe w wypadku Ziemi - mówi Harris.
Biolodzy ostrzegają, że w ciągu ostatnich lat na skutek zmian w atmosferze znacznie ucierpiały rafy koralowe, będące siedliskiem tysięcy morskich gatunków roślin i zwierząt, a także chroniące wybrzeża przed erozją, zalewaniem i gwałtownymi sztormami. Bezpowrotnie wymarło kilka gatunków zamieszkujących rafy, a wielu grozi zagłada. Niepokojące jest również coraz powszechniejsze zjawisko blednięcia raf. Badania w stworzonym w Biosferze 2 największym sztucznym oceanie na Ziemi dają nadzieje na ich uratowanie - jest on samowystarczalnym systemem kontrolowanym przez ludzi, żyjącym jednak dzięki energii słonecznej. Pompy zapewniają stałą cyrkulację prawie 3,5 mln l morskiej wody i wytwarzają fale rozbijające się o rafę koralową. Naukowcy mogą regulować stopień za- solenia, temperaturę i pH wody. Algi kontrolują stężenie składników pokarmowych i tlenu. Zanim rozpoczęto badania w sztucznym oceanie, naukowcy przypuszczali, że zanikanie raf jest przede wszystkim efektem zmiany temperatury wody morskiej. Trzyletnie eksperymenty w Biosferze 2 coraz bardziej jednak przekonują specjalistów, że to dwutlenek węgla niekorzystnie oddziałuje na rafy. Jeśli rzeczywiście tak jest, bezpośrednio zagraża im globalny wzrost stężenia tego gazu w atmosferze. Oceanografowie z Biosfery 2 obawiają się, że jeśli ilość CO2 będzie rosła o procent rocznie, do 2040 r. rozwój raf zmaleje o prawie połowę.
Laboratorium doskonale również służy badaniom aktywnych biologicznie i chemicznie śladowych gazów ziemskiej atmosfery i zmian, jakie powodują w środowisku. Krowa wprowadza do atmosfery 250 g metanu dziennie. W ciągu ostatnich 40 lat liczba hodowanego na świecie bydła podwoiła się i dziś wynosi 1,3 mld zwierząt. Do wzrostu stężenia gazów cieplarnianych znacznie przyczyniają się także bakterie żyjące na zalewanych wodą polach ryżowych. Atmosferę bezmyślnie zanieczyszcza człowiek. Dziś nie potrafimy określić, jakie będą skutki zachodzących zmian. - Odizolowana atmosfera Biosfery 2 w porównaniu z ziemską jest wystarczająco mała. Nasi pracownicy mogą mieć niemalże każdy jej atom pod kontrolą - mówi Harris. To sprawia, że z łatwością obserwują w powietrzu zmiany wywołane procesami biologicznymi. Szkło chroni Biosferę 2 przed promieniami UV, sprzyjającymi powstawaniu metanu i związków azotu, reguluje ilość opadów, temperaturę i wilgotność. - Wśród prowadzonych eksperymentów bardzo obiecujące są doświadczenia, w których wykorzystuje się tzw. drzewa bawełniane, czyli stworzone przez genetyków klony bawełny. Zasadziliśmy 250 drzew i obserwujemy ich rozwój w atmosferach o różnej zawartości dwutlenku węgla. Ponieważ są one genetycznie identyczne, łatwo można dostrzec zmiany. Rosną bardzo szybko, nawet 9 m w ciągu trzech lat, można je więc często wycinać i drewno poddawać analizie. Jeśli eksperyment powiedzie się, z pewnością poznamy istotne szczegóły dotyczące przyszłości ziemskich lasów - twierdzi William C. Harris.
Lasy deszczowe to największe i jedne z najbardziej produktywnych ziemskich ekosystemów. Prawdopodobnie zachodzi w nich ponad 30 proc. fotosyntez na Ziemi. Są jednak również źródłem dwutlenku węgla uwalnianego przez rośliny, zwierzęta i mikroorganizmy. Równowaga między tymi dwoma procesami decyduje o tym, w jakim stopniu lasy wychwytują dwutlenek węgla, pompowany przez człowieka do atmosfery. Próbując ustalić, jak bardzo oczyszczają powietrze, uzyskuje się sprzeczne wyniki. Odpowiedź można więc uzyskać, obserwując las deszczowy Biosfery 2. W monitorowanym przez komputery środowisku rozwija się 300 gatunków roślin. Przeprowadzane są też ciągłe pomiary stężenia CO2 w atmosferze, co umożliwia ocenę równowagi między gazem pobieranym a wydzielanym przez rośliny. Wstępne wyniki skłaniają naukowców do twierdzenia, że zwiększanie dwutlenku węgla tylko początkowo stymuluje fotosyntezę. Wyższa koncentracja gazu prowadzi ostatecznie do jej spowolnienia. Nie jest to dobra wiadomość. Oznacza bowiem, że w przyszłym stuleciu - gdy zgodnie z przewidywaniami poziom dwutlenku węgla jeszcze wzrośnie - lasy mogą się okazać bezradne. Pozostaje nadzieja, że wówczas z niszczącą działalnością człowieka poradzi sobie superklon hodowany dziś w szklarni na pustyni Arizony.