Biosphere 2: Hệ sinh thái khép kín lớn nhất thế giới, có đại dương mô phỏng và môi trường sống thám hiểm không gian

Bạn đã bao giờ tự hỏi cuộc sống trên Sao Hỏa hay Mặt Trăng sẽ như thế nào chưa? Hay các nhà khoa học đang làm việc như thế nào để bảo vệ các rạn san hô khỏi biến đổi khí hậu? Nếu tò mò về những chủ đề này, bạn có thể sẽ muốn ghé thăm Biosphere 2 (hay còn có một cái tên khác là Sinh quyển 2), một trong những trung tâm nghiên cứu bảo tồn môi trường tốt nhất thế giới và là hệ sinh thái khép kín lớn nhất từng được tạo ra. 

Biosphere 2 là một kiến trúc mái vòm kính khổng lồ có diện tích 3,14 mẫu Anh (1,27 ha) tại Oracle, Arizona, Mỹ. Bên trong mái vòm, có các hệ sinh thái khác nhau mô phỏng môi trường tự nhiên của Trái Đất, chẳng hạn như rừng nhiệt đới, thảo nguyên, sa mạc và vùng đất ngập nước. Nhưng tính năng tuyệt vời nhất của Biosphere 2 có lẽ là đại dương nhân tạo và môi trường sống khám phá không gian.

Được xây dựng từ năm 1987 đến năm 1991, Biosphere 2 ban đầu nhằm mục đích giới thiệu tính khả thi của các hệ sinh thái khép kín, mô phỏng hỗ trợ cho cuộc sống của con người ngoài vũ trụ. Nó có các quần xã sinh vật đa dạng, khu sinh hoạt, khu nông nghiệp và không gian làm việc để nghiên cứu sự tương tác giữa con người và thiên nhiên với một nhóm thử nghiệm sống bên trong hoàn toàn tách biệt với thế giới bên ngoài. 

Sinh quyển 2 bao gồm 7 khu vực quần xã: rừng nhiệt đới rộng 1.900 mét vuông, đại dương rộng 850 mét vuông với rạn san hô, vùng đất ngập nước ngập mặn rộng 450 mét vuông, đồng cỏ thảo nguyên rộng 1.300 mét vuông, 1.400 mét vuông sa mạc sương (một loại sa mạc nơi sương mù nhỏ giọt cung cấp phần lớn độ ẩm cần thiết cho đời sống động vật và thực vật), hệ thống nông nghiệp rộng 2.500 mét vuông và môi trường sống của con người với không gian sống, phòng thí nghiệm và nhà xưởng.

Cơ sở hạ tầng kỹ thuật của cơ sở, bao gồm hệ thống sưởi và làm mát, sử dụng đường ống độc lập và năng lượng Mặt Trời thụ động thông qua các tấm khung không gian bằng kính. Nguồn điện được lấy từ một trung tâm năng lượng khí đốt tự nhiên tại chỗ.

Biosphere 2 chỉ phục vụ mục đích thí nghiệm hệ thống khép kín ban đầu của nó 2 lần: từ 1991 đến 1993 và một lần nữa từ tháng 3 đến tháng 9 năm 1994. Thí nghiệm đầu tiên của Biosphere 2 (về cơ bản có nghĩa là những người tham gia sẽ bị nhốt trong mái vòm kính trong hai năm) có sự tham gia của một nhóm gồm tám người và được thiết kế như một tiền thân để tìm hiểu các sinh quyển khép kín để xâm chiếm không gian bằng cách thao tác và nghiên cứu một hệ thống sinh quyển nhỏ mà không gây hại cho sinh quyển Trái Đất.

Nhiệm vụ đầu tiên của Biosphere 2 phải đối mặt với nhiều vấn đề và tính toán sai lầm, bao gồm sự ngưng tụ bất ngờ ở "sa mạc", sự bùng nổ quần thể kiến và gián, sự phát triển quá mức của rau muống trong khu vực rừng nhiệt đới và ít ánh sáng Mặt Trời chiếu vào hơn dự đoán. 

Bản thân việc xây dựng Biosphere 2 đã đặt ra những thách thức, chẳng hạn như việc điều khiển các vùng nước để ứng phó với sóng và thủy triều. Các kỹ sư đã nghĩ ra các giải pháp sáng tạo, chẳng hạn như máy bơm chân không để xử lý sóng biển nhẹ nhàng cũng như hệ thống sưởi và làm mát tiên tiến, giảm thiểu lượng khí thoát ra và thải chất độc hại để bảo vệ sự sống của Biosphere 2.

Sau sứ mệnh đầu tiên của Biosphere 2, nghiên cứu sâu rộng và cải tiến hệ thống đã được thực hiện, bao gồm cả việc bịt kín bê tông để ngăn chặn sự hấp thụ carbon dioxide. Nhiệm vụ thứ hai, bắt đầu vào tháng 3 năm 1994. Tuy nhiên, những tranh chấp trong đội ngũ quản lý đã dẫn đến bùng phát xung đột. Các thành viên phi hành đoàn bị cáo buộc đã phá hoại dự án từ bên ngoài, mở các cửa gió và lối ra, gây ra sự trao đổi không khí 10% với bên ngoài, do đó thay đổi thí nghiệm từ hệ thống sinh thái khép kín sang hệ thống "dòng chảy". Nhiệm vụ 2 kết thúc sớm vào tháng 9 năm 1994 và một vụ kiện dân sự xảy ra sau đó.

Bất chấp tất cả những thách thức này, 2 thí nghiệm đã lập kỷ lục thế giới về hệ thống sinh thái khép kín, sản xuất nông nghiệp, cải thiện sức khỏe và hiểu biết sâu sắc về hệ thống sinh học phức tạp và động lực học khí quyển. Thí nghiệm thứ hai cũng đạt được tổng lượng thức ăn đầy đủ mà không cần bơm oxy.

Ở thời điểm hiện tại, Biosphere 2 phục vụ nhiều mục đích nghiên cứu khác nhau và đóng vai trò quan trọng trong việc nghiên cứu cách các hệ sinh thái ứng phó với biến đổi khí hậu, đưa ra những hiểu biết sâu sắc về những tác động tiềm tàng đối với hành tinh. Ngoài ra, Biosphere 2 đóng vai trò là nơi thử nghiệm các công nghệ sống bền vững, khám phá các phương pháp phát triển thực phẩm không có thuốc trừ sâu, tái chế chất thải và sản xuất năng lượng tái tạo.

Đại dương giả của cơ sở này là một bể chứa các rạn san hô sống và sinh vật biển. Nó được sử dụng để nghiên cứu cách các rạn san hô phản ứng với những thay đổi về nhiệt độ, độ axit và ô nhiễm. Các nhà nghiên cứu hy vọng tìm ra cách bảo tồn và khôi phục những hệ sinh thái quan trọng đang bị đe dọa bởi sự nóng lên toàn cầu và các hoạt động của con người.

Môi trường sống thám hiểm không gian là một căn cứ mô phỏng trên Sao Hỏa hoặc Mặt Trăng có thể chứa tối đa 6 người trong thời gian dài. Nó được thiết kế để kiểm tra xem con người có thể tồn tại và phát triển như thế nào trong điều kiện khắc nghiệt và biệt lập. NASA đã sử dụng môi trường sống này để đào tạo các phi hành gia và tiến hành các thí nghiệm cho các sứ mệnh trong tương lai tới Sao Hỏa và Mặt Trăng.