في وسط صحراء أريزونا، تم بناء منشأة تهدف إلى إثبات أننا نستطيع إحاطة الحياة وجعلها تعمل في نظام مغلق تمامًا؛ وقد أطلق على هذا المشروع الفضائي المجنون اسم "المحيط الحيوي 2". على الرغم من أن هدفهم كان اختبار التقنيات اللازمة للعيش خارج الأرضوانتهى به الأمر إلى تقديم صورة واضحة عن مدى صعوبة نسخ الطبيعة وما يستلزمه ذلك حقًا. استعمار المريخ.
لم تكن التجربة سرية بأي حال من الأحوال: وسائل الإعلام والزوار والوعود معروضة بالكامل. ثمانية أشخاص حبسوا أنفسهم لمدة عامين ليعتمدوا فقط على ما ينتجه عالم مصغر.ومن خلال نجاحاتها وانتكاساتها، تم استخلاص الدروس الرئيسية لأي خطة عمل. المستوطنات على الكوكب الأحمرمن إدارة الهواء والغذاء إلى التعايش البشري في الأماكن المغلقة.
ما هو المحيط الحيوي 2 ولماذا تم بناؤه؟
بدأ البناء في عام 1987، وفي سبتمبر 1991، عبر أول فريق مكون من ثمانية متطوعين البوابة إلى مساحة داخلية تبلغ 12.800 متر مربع (حوالي 1,27 هكتار) محاطة بقباب زجاجية تبلغ مساحتها 16.000 متر مربع. الهدف الرسمي: تشغيل نظام حيوي مغلق ماديًا ومفتوح من الناحية الطاقية، مع حوالي 20 طنًا من الكتلة الحيوية وما يقرب من 4.000 نوع منتشرة عبر سبعة موائل تمثيلية للأرض.
في الداخل كانت هناك غابات مطيرة، وسافانا، وصحراء، وأشجار مانجروف، ومحيط مع شعاب مرجانية، ومناطق زراعية ومساحات للحياة البشرية (مساكن، ومختبرات، ومطابخ، وورش عمل). وكان الهدف هو إعادة تدوير هذا النظام البيئي الماء والعناصر الغذائية دون الاعتماد على العالم الخارجي لفترات طويلةبهدف تطوير تقنيات للقواعد على القمر أو المريخ.
وُلِد المشروع من شركة Space Biosphere Ventures، بدعم مالي من فاعل الخير إدوارد باس. وتتراوح أرقام الاستثمار المنشورة بين 150 مليون دولار و300 مليون دولار. (في ذلك الوقت)، لكنهم جميعًا يتفقون على أنها كانت جهدًا عملاقًا في ذلك الوقت ومغناطيسًا للسياحة العلمية.
في ذروة شهرتها الإعلامية، قامت جولات سياحية مدفوعة الأجر بجولات حول محيط المنشأة، بينما كان المرشدون السياحيون يتباهون بأن المنشأة كانت ثاني أكبر مناطق الجذب في ولاية أريزونا بعد جراند كانيون. بالإضافة إلى العلم، كان يتم تسويق رؤية طموحة لمستقبل متعدد الكواكب.شيء ما لا يزال يبدو اليوم بمثابة وعد صعب المنال، ولكن في ذلك الوقت بدا في متناول اليد إذا تمكنا من حل المشكلات الهندسية.
هندسة عالم مغلق
يجمع الهيكل بين الفولاذ والزجاج عالي الأداء، مع تصميم محكم الإغلاق للغاية. من أجل امتصاص التمدد والانكماش اليومي للهواء الداخلي، تم إنشاء غرفتين متغيرتي الحجم، وهما الرئتان الشهيرتان.، أغشية ضخمة موضوعة في خزائن تحافظ على الضغط دون تسرب.
تم تصميم سد المفاصل والنوافذ لتقليل التبادلات مع الخارج. وبما أنه لم يكن من الممكن فتح النوافذ، فقد تم تركيب أنظمة تكييف هواء كبيرة. للحفاظ على ظروف مناسبة في كل منطقة حيوية. لكل وحدة طاقة شمسية واردة، يمكن لمعدات التبريد أن تستهلك ما يصل إلى ثلاثة أضعاف الكمية اللازمة لتثبيت درجات الحرارة.
لقد تجاوزت عملية إحكام الغلق الهواء: حيث تم بناء الهيكل على نوع من حوض الاستحمام المغلق، مما أدى إلى عزله عن التربة السطحية. كان الطموح هو تشغيل دورة مياه وكربون يمكن التنبؤ بها بما يكفي لدعم البشر وفي الوقت نفسه، نحافظ على النظم البيئية النشطة والمنتجة والمتنوعة.
قبل حبس أي شخص، تم اختبار وحدة اختبار أصغر حجمًا. كانت هناك فترات إقامة لمدة 3 و5 و21 يومًا لاختبار إعادة تدوير النفايات، من بين أمور أخرىوكانت تلك الاختبارات قصيرة للغاية لتقييم الزراعة أو تربية الحيوانات على نطاق واسع، لذا فإن القفزة إلى المهمة الكاملة كانت، جزئيا، عمياء.
المهمة الأولى: الجوع، ونقص الأكسجين، والأنظمة البيئية غير المتوقعة
بدأ الحجر الصحي الأول في 26 سبتمبر/أيلول 1991، وانتهى بعد عامين بالضبط. وضمّ طاقمه: روي والفورد (طبيب وباحث)، وجين بوينتر، وتابر ماكالوم، ومارك نيلسون، وسالي سيلفرستون، وأبيجيل ألينغ (انضمت في اللحظة الأخيرة)، ومارك فان ثيلو، وليندا لي. كان الروتين اليومي يجمع بين الزراعة والصيانة وتحليل الهواء والماء ومراقبة الصحة البدنية والنفسية..
كانت الزراعة الركيزة الأساسية لنظامهم الغذائي. وقد نما الموز بشكل جيد نسبيًا، إلى جانب البطاطا الحلوة والفول السوداني، وغيرها. ومع ذلك، كان الشعور بالجوع مستمرًا لأن الإنتاج لم يكن كافيًا لمثل هذه الحياة النشطة.لم تكن القائمة مختارة بشكل عشوائي: فقد تم إعطاء الأولوية للعناصر الغذائية على السعرات الحرارية، وكانت هناك أيضًا حيوانات مثل الدجاج والماعز والأسماك والخنازير.
كانت الصدمة الأكبر في الهواء. انخفض مستوى الأكسجين من ٢٠٫٩٪ في البداية إلى ١٤٫٥٪ في غضون ١٦ شهرًا، وهو ما يعادل التنفس على ارتفاع يزيد عن ٤٠٠٠ متر. تم إضافة حقنتين من الأكسجين (في يناير وأغسطس) لمنع المخاطر الجسيمة، بعد مراقبة القلب والرئة المكثفة من قبل والفورد وفرق طبية خارجية من جامعة أريزونا.
ماذا حدث؟ تضافرت عدة عوامل: قلة الضوء بسبب عام غائم، مما قلل من عملية التمثيل الضوئي، وألقى الهيكل ظلًا أكثر من المتوقع، وكانت التربة الغنية بالكربون والملقحة بالميكروبات تتنفس بأقصى سرعة. استهلكت الكائنات الحية الدقيقة الأكسجين وأطلقت ثاني أكسيد الكربون2ولكن هذا CO2 اختفى بشكل غامض من الغلاف الجوي الداخلي.
لقد تبين أن القطعة المفقودة هي الخرسانة. عمل الأسمنت المكشوف كمغسلة، مما أدى إلى احتجاز بعض ثاني أكسيد الكربون.2 وإخفاء ديناميكية الغاز التي كانت تُخلّ بتوازن النظام. أُضيفت مشكلة أخرى إلى هذا: ثاني أكسيد الكربون2 لقد كان متغيرًا بشكل كبير، مع وجود قمم ووديان تشكل ضغطًا على النباتات والحيوانات.
لقد أصبح التنوع البيولوجي مجنونا أيضا. ماتت معظم الفقاريات وجميع الحشرات الملقحةتكاثر النمل والصراصير، وغطت الكروم الغابة، وحدثت نفوق للأسماك ومشاكل تسرب في المحيط الداخلي. وانتهى الأمر بالصحراء أكثر رطوبةً من المتوقع بسبب تكاثف غير متوقع.
الديناميكيات الاجتماعية: الفصائل والتوترات وسؤال غير مريح
ثمانية أشخاص، وموارد محدودة، وضغط مستمر، كل ذلك يجعل الوصفة معقدة. وسرعان ما ظهرت مجموعتان لهما وجهات نظر متعارضة بشأن غرض التجربة: أحدهما أكثر مرونة، ويؤيد التدخل من الخارج لدعم المهمة؛ والآخر أكثر تشدداً، ويرفض أي مدخلات خارجية من شأنها تشويه صحة النظام المغلق.
لم يُحسّن نقص السعرات الحرارية ونقص الأكسجين الوضعَ العاطفي. وتناثرت الاتهامات حول احتكار الطعام، ودار جدلٌ حول الأولويات العلمية. تحولت الصحافة، التي أشادت بالمشروع في البداية، إلى الهجوم عندما أصبحت حقن الأكسجين والإمدادات العرضية من الخارج معروفة للعامة.وكان العنوان الرئيسي الذي يتكرر باستمرار هو ما إذا كان هذا في جوهره "عالمًا جديدًا مزيفًا".
المهمة الثانية، أزمة إدارية وتخريب في الساعة الثالثة فجراً
انطلقت المهمة الثانية في 6 مارس 1994، وكان من المقرر أن تستمر عشرة أشهر، مع التركيز على علم البيئة أكثر من علم النفس. ضم الطاقم الأولي نوربرتو ألفاريز رومو كقائد، وجون درويت، ومات فين، وباسكال ماسلين، وشارلوت جودفري، ورودريجو رومو، وتيلاك ماهاتو.ولكن السياق الخارجي سرعان ما أصبح غامضا.
وفي أبريل/نيسان، انتهت النزاعات المتعلقة بالسيطرة المالية بإجبار فريق الإدارة على الخروج بأمر من المحكمة، وتم الاستيلاء على الإدارة من قبل شركة مرتبطة بإد باس. وتصاعد الموقف عندما قام اثنان من أعضاء البعثة الأولى، في الساعة الثالثة من صباح يوم 5 أبريل/نيسان، بفتح الأبواب عمداً لكسر الحجر الصحي.وتشير التقديرات إلى أن نحو 10% من الهواء الداخلي يتم تجديده.
وتوالت التغييرات واحدة تلو الأخرى؛ حتى أن الكابتن ألفاريز رومو نفسه انتهى به الأمر بمغادرة المنشأة وتم استبداله ببيرند زابيل، وفي وقت لاحق كانت هناك المزيد من التغييرات في الموظفين. تم حل شركة Space Biospheres Ventures رسميًا في الأول من يونيو.وانتهت المهمة في وقت مبكر من يوم 6 سبتمبر 1994.
ومن بين الدعاوى القضائية والاتهامات، ظهر اسم سيصبح بعد سنوات معروفًا في عالم السياسة: ستيف بانون، الذي أدى دخوله كمستثمر إلى قيادة المجمع نحو جامعة كولومبيا. كان العصر الملحمي ينتهي ويفتح المجال لاستخدام أكثر أكاديمية وانفتاحًا.
من العرض الإعلامي إلى المختبر واسع النطاق
بعد إغلاق البعثات المختومة، تولت جامعة كولومبيا إدارة المجمع واستخدمته لأغراض البحث والبرامج التعليمية حيث يمكن للطلاب قضاء فصل دراسي واحد. تغيرت ملكية العقار عدة مرات حتى تولت جامعة أريزونا الإدارة في عام 2007.، مع دعم خيري إضافي قدره 30 مليون دولار من إدوارد ب. باس.
وفي العام نفسه، تم الإعلان عن بيع الأرض لمطور، مع خطط للتوسع الحضري الجزئي وصيانة الهيكل الرئيسي للبحث. وقعت جامعة أريزونا عقد إيجار منطقة المحيط الحيوي وحولت المكان إلى مختبر فريد من نوعه لقضايا تغير المناخ والهيدرولوجيا والبيئة والطاقة.
وقد غيرت العملية فلسفتها: حيث تم فتح النوافذ واعتماد أسلوب إدارة أقل سرية، مما أدى إلى خفض تكاليف الكهرباء السنوية بنحو مليون دولار. حتى بدون السيطرة الكاملة على الغلاف الجوي، كان من الممكن قياس العمليات المعقدة التي من المستحيل قياسها على هذا النطاق في العالم الحقيقي..
واليوم، بالإضافة إلى البحث، هناك التواصل والزيارات. يزور المكان حوالي 100.000 ألف شخص كل عامويتم تمويل جزء من تكاليف الصيانة (التي تتجاوز 5 ملايين دولار سنويا)، ويأتي الباقي من ميزانيات الجامعات والتبرعات.
خطوط البحث الحالية: المياه والشعاب المرجانية والغابات والزراعة الكهروضوئية
ومن الأولويات فهم توازن المياه في المناطق شبه القاحلة في ظل سيناريوهات تغير المناخ. في مرصد تطور المناظر الطبيعية، مع ثلاث منصات يبلغ وزنها 10 أطنان قادرة على تسجيل التغيرات بنسبة 1٪يتم التحكم في الغطاء النباتي وأنظمة هطول الأمطار لقياس التسلل والجريان السطحي والتبخر والنتح الذي ينظم المناخات المحلية.
يركز خط رئيسي آخر من البحث على الشعاب المرجانية الداخلية. يدرس الباحثون كيفية استجابة الشعاب المرجانية لارتفاع درجات الحرارة وما إذا كانت عمليات زرعها من المناطق الأكثر دفئًا بشكل طبيعي يمكن أن تؤدي إلى تسريع التكيف.، وتقييم التكاليف في التنوع البيولوجي وإمكانية إنقاذ النظم البيئية المهددة.
ويتم أيضًا اختبار استجابات الغابات والنباتات لزيادة ثاني أكسيد الكربون.2انخفاض معدل هطول الأمطار وارتفاع درجات الحرارة. أظهرت التجارب السابقة أنه عند 600 جزء في المليون من ثاني أكسيد الكربون2 تتوقف بعض النباتات عن استيعابه وتبدأ في إصدار مركبات مثل الأيزوبرين، مع تأثيرات مناخية بعيدة كل البعد عن كونها تافهة.
وبالتوازي مع ذلك، هناك تطورات في مجال البيوت البلاستيكية الأسطوانية القابلة للنقل لإنتاج الأغذية ذات القيمة الغذائية العالية والمشاريع الزراعية الكهروضوئية. إن وضع المحاصيل تحت الألواح الشمسية يقلل من درجة حرارتها واستهلاكها للمياه، في حين تعمل عملية التبخر والنتح على تحسين أداء الألواح.المياه والطاقة والغذاء: التفكير في الأنظمة المرنة.
بيانات التصميم التي صنعت الفارق
تساعد بعض الأرقام في إعطاء فكرة عن الحجم الداخلي: الغابة 1.900 متر مربع، المحيط 850 متر مربع، أشجار المانغروف 450 متر مربع، السافانا 1.300 متر مربع، الصحراء 1.400 متر مربع، وفي الأصل 2.500 متر مربع من المحاصيل. تم تصميم الإطار والبلورات بواسطة فريق من الخبراء في الهياكل الجيوديسية عالية الأداء، مع إحكام إغلاق متفوق على العديد من مرافق الطيران والفضاء في ذلك الوقت.
كان أحد الدروس المهمة المستفادة من التجربة الأصلية هو تجنب تعريض الخرسانة للهواء الداخلي للأنظمة المغلقة إذا كان الهدف هو التنبؤ بدورة الكربون. العزل الكيميائي لثاني أكسيد الكربون2 لقد غيّر الأسمنت الجو وأخلّ بالحسابات والتي لو تم نقلها إلى قاعدة مريخية، لكان من الممكن أن تنتهي بشكل سيء للغاية.
علاوة على ذلك، وجد أن التحكم في الضوء والحرارة والرطوبة في المناطق الأحيائية المختلفة يتطلب قدرًا كبيرًا من الطاقة. لتحقيق استقرار النظام البيئي، استخدمت مكيفات الهواء كمية من الطاقة تعادل أضعاف ما توفره الشمس.وعلى المريخ، مع وجود إشعاعات وغبار أقل، فإن فاتورة الطاقة سوف تكون أكثر تكلفة.
دروس استعمار المريخ: من النظرية إلى التطبيق
لنصل إلى النقطة الأساسية: ما الذي ساهمت به المركبة Biosphere 2 في النقاش حول استعمار المريخ؟ لقد أثبت أن النظم البيئية الصغيرة المغلقة غير مستقرة بطبيعتها وعرضة للعوامل غير المتوقعة.؛ وأن توازن الغازات حساس؛ وأن إنتاج الغذاء في حلقة مغلقة ليس بالأمر السهل.
ويضيف المريخ تحديات أكبر: رحلات تستغرق حوالي ستة أشهر وتقطع مسافة 225 مليون كيلومتر في أكثر نقاطه ملاءمة، 38% من جاذبية الأرض، إشعاع مرتفع ومتوسط درجة حرارة -60 درجة مئوية. لدينا سجل بشري للحياة المستمرة في ظل انعدام الجاذبية لمدة 437 يومًا، وقد ترك هذا السجل بالفعل آثارًا لاحقة ملحوظة. (فقدان كتلة العظام والعضلات، ومشاكل القلب والأوعية الدموية، والرؤية)، لذلك هناك نقص في الأدلة على الصحة على المدى الطويل في الحالات منخفضة الشدة، وخاصة في مرحلة الطفولة والحمل.
إن التسوية الأكثر احتمالا لن تكون مشهدا عاديا من القباب الزجاجية؛ فالشيء المنطقي سيكون أنابيب الحمم البركانية أو المرافق المدفونة، مع ضمان حماية الهواء والماء والإشعاع. إن دعم مئات الآلاف من الناس يتطلب بنية تحتية ضخمة، وطاقة وفيرة، ونظام بيئي اصطناعي قوي.كل هذا مع الصيانة المستمرة والخدمات اللوجستية.
ثم هناك الجوانب الاجتماعية والقانونية. من يقرر ويتحكم في الهواء والماء والغذاء في بيئة يُقنن فيها كل شيء؟ إن الاعتماد على مصدر واحد للأكسجين يشكل قوة هائلة للسيطرة.وبدون قواعد واضحة بشأن الاحتلال، والاستمرار، والحكم، فإن السباق على الأراضي قد يؤدي إلى احتكارات خاصة وصراعات.
وعلى النقيض من الجداول الزمنية المتفائلة التي تتحدث عن إنشاء مدن على المريخ خلال بضعة عقود من الزمن، هناك أصوات تدعو إلى جرعة من الواقع. يزعم الخبيران في مجال العلوم زاك وكيلي وينرسميث أن الاستعمار هو مشروع استغرق قرونًا.ولكن هذا ليس صحيحا، فليس من الممكن أن نستغرق سنوات، وأن من الأفضل أن نحل أولا المشاكل التي ستكون، بالمناسبة، مفيدة لنا أيضا على الأرض: الدورات المغلقة، والصحة في ظل الجاذبية المنخفضة، وقانون الفضاء، ومرونة الطاقة.
المشاريع المماثلة والإرث العلمي
ولم يكن المحيط الحيوي 2 وحيدًا. BIOS-3 في سيبيريا، مشروع عدن، MARS-500 أو الموائل التناظرية المريخية لقد استكشفوا أجزاء من اللغز: المحاصيل ذات الدورة المغلقة، وعلم النفس في الحبس، والخدمات اللوجستية، ودعم الحياة.
في عام 1999، قام عدد خاص من مجلة الهندسة البيئية بتجميع نماذج معايرة لعملية التمثيل الغذائي، وتوازن المياه، والحرارة والرطوبة في المجمع، بالإضافة إلى العمل على الغابات الاستوائية، وأشجار المانجروف، والمحيط والزراعة باستخدام ثاني أكسيد الكربون.2 الارتفاع. وقد عززت هذه المجموعة، إلى جانب كتاب الأبحاث الذي نُشر في ذلك الوقت، الإرث العلمي بعيدًا عن ضجيج وسائل الإعلام.
الخلافات والانتقادات والحقائق غير المريحة
كانت هناك أصوات متشككة منذ البداية. وقد تساءل بعض العلماء عن الأساس التجريبي واختيار الطاقمحتى أن عالمة الأحياء لين مارغوليس، وهي شخصية بارزة في علوم الحياة، ذهبت إلى حد القول إن هذا ليس علمًا على الإطلاق. وقد غذّت التسريبات الإعلامية حول الحياة في مزرعة المروّجين هذا الانبهار المَرَضي.
الاعتماد على طاقة الغاز الطبيعي بدلاً من الألواح الشمسية، ومداخل الأكسجين، وتركيب أنظمة تنقية ثاني أكسيد الكربون2 تم تصنيف المنتجات التي تحتوي على مواد استهلاكية خارجية من قبل العديد من الأشخاص على أنها عملية احتيال. وزعم آخرون أن هذا البناء، باعتباره الأول من نوعه، يجعل من التعديلات والإصلاحات أمرا لا مفر منه. للتعلم وعدم تعريض السكان للخطر.
ومن منظور الأعمال، كانت النتيجة مريرة. لقد كان من المستحيل تقريبًا أن يكون المجمع مربحًا.ورغم وجود أحلام بتغطية جزء من النفقات من خلال السياحة في حال وصول عدد الزوار إلى عشرة آلاف زائر شهرياً بأسعار مرتفعة، إلا أن الواقع لم يتحقق أبداً.
ما هي الدروس التي استفدناها حقًا من مشروع المحيط الحيوي 2؟
وبعيدًا عن العرض، تم تعلم دروس أساسية: تصميم هياكل محكمة الإغلاق واسعة النطاق، والديناميكيات الحقيقية لدورات الكربون والمياه في البيئات المغلقة، واختناقات الزراعة المكثفة لدعم الحياة، وربما الأكثر إنسانية، إدارة الفرق في الحبس لفترات طويلة. إنها قطع أساسية إذا أردنا أن نعيش خارج الأرض يومًا ما..
وكما ذكرتني العبارة الشهيرة المنسوبة إلى تسيولكوفسكي، فإن الأرض هي مهد البشرية، ولكن الإنسان لا يستطيع أن يعيش إلى الأبد في المهد. إذا كنا سنخرج، فمن الأفضل أن نفعل ذلك بعد طفولة طويلة من التعلم.من خلال تجارب صعبة ومكلفة ومثيرة للجدل في بعض الأحيان، تعمل على تقليل المفاجآت عندما لا تكون هناك شبكة أمان.
إذا نظرنا إلى الماضي، نجد أن مشروع المحيط الحيوي 2 كان بمثابة يوتوبيا تكنولوجية اصطدمت بالواقع، ولكنه ترك وراءه أرض اختبار فريدة من نوعها. اليوم يتم استخدامه كمختبر مفتوح واسع النطاق ومنصة للتعليم والزياراتجسرٌ نادرٌ بين دقة المختبر وتشابك العالم الحقيقي. من رئتيه إلى أدغاله، يواصل تعليمنا مدى هشاشة وتعقيد الأنظمة التي تدعمنا.
