Det største terrariet i verden er Biosfære 2: et enormt kunstig økosystem helt lukket og isolert fra utsiden som ligger i Arizona og strekker seg over 1,27 hektar, og omslutter et indre volum på omtrent 200 000 kubikkmeter.
Men vet du hva det vil si å sette sammen luft, vann, jord, planter og mennesker inne i dette gigantiske lukkede rommet og prøve å få alt til å fungere uten utveksling med utsiden? Det betyr faktisk å ta bort en av dens grunnleggende egenskaper fra biosfæren: muligheten for å fortynne, kompensere og rebalansere.
I dette storstilte kunstige økosystemet tropisk skog, landbruk og andre miljøer sameksisterer under samme konvolutt. Resultatet ble ikke bare et «gigantisk terrarium», men et konkret eksperiment på hva som skjer med økosystemene når de er isolert. Mer enn å etterligne jorden i miniatyr, viste dette enorme lukkede systemet hvor mye liv avhenger av delikate balanser, av usynlige tilbakemeldinger og av kjemiske og biologiske prosesser som, når de er isolert, plutselig blir tydelige.
Etter å ha vært under ledelse av Columbia University i åtte år (1995-2003), ledes anlegget nå av University of Arizona, som har forvandlet det til et forskningssenter i verdensklasse.
Et terrarium i arkitektonisk skala
Å definere Biosphere 2 som et «terrarium» er med på å gi oss en idé, men det er vitenskapelig reduktivt. Kjenner du de innenlandske som vi har i stua? Vann og materie roterer på en superenkel måte der inne. Biosphere 2, på den annen side, er et gigantisk terrarium med et ekstremt eksperimentelt oppsett designet for å studere hva som skjer når et sett med økosystemer og mennesker deler den samme innestengte atmosfæren. Dette kan forstås selv bare ved å se på isolasjonsnivået: luftlekkasjer ble designet for å holde seg under 10 % per år, en verdi som er omtrent tusen ganger strengere enn i en vanlig bygning.
I praksis er det som om det var en forseglet stål- og glassboks: ingen ren luft utenfra, ingen vanntilførsel og ingen spredning av gassene som produseres inne. Alt som kom inn eller ut måtte være autorisert og dokumentert av forskere. Det eneste som ikke var «stengt» var energien: strukturen mottok sollys, importerte elektrisitet og brukte et enormt termisk system for å hindre alle fra å dø av varme under Arizona-solen.
Men det virkelige ingeniørgeniet til dette vitenskapelige eksperimentet lå i trykkhåndtering. Tenk på det: når inneluften varmes opp utvider den seg, når den avkjøles trekker den seg sammen. I en så stiv og forseglet struktur vil slike endringer risikere å få glasset til å eksplodere. For å unngå katastrofe oppfant ingeniører «lungene» (lunger): enorme kamre med variabelt volum som er i stand til å utvide seg og tømmes for å absorbere trykkendringer.
For for å skape et lukket økosystem er det ikke nok å sette fire planter under glass, ikke sant? Vi trenger en arkitektur som vet bokstavelig talt puste uten å knekke.
Ett skall, mange indre verdener
Inne i Biosphere 2 var det ikke et enkelt klima, men fem modelløkosystemer store nok til å vise ekte økologiske prosesser (den mesokosmos) som eksisterte under samme glass: tropisk skog, savanne, sump, ørken og til og med en liten en havi tillegg til jordbruksområde og menneskelig habitat. Alle disse verdenene var forbundet med en felles atmosfære.
Et vitenskapelig kraftig valg, men også veldig risikabelt. Hvis på jorden økosystemer puster takket være enorme reservoarer av luft, vann og jord som demper eventuelle endringer, i Biosphere 2 var disse reservoarene svært små sammenlignet med mengden av planter og organismer som var til stede. I et slikt system oppfører ikke naturlige sykluser seg lenger som de gjør på jorden. Resultatet av alt dette? I terrariet skjedde transformasjonene over kortere tider og med mer tydelige variasjoner.
Det som i all verden fortynnes, absorberes eller kompenseres i enorm skala, akkumuleres her og var umiddelbart synlig.
Den tropiske skogen, men ikke den vi alle har i tankene
En av de mest fascinerende biomene i dette prosjektet var den tropiske skogen. Det hadde flere funksjoner i systemet (bidro til gassutvekslingen av den indre atmosfæren, økende biologisk mangfold, og også tilby nyttige ressurser til innbyggerne, for eksempel noen matplanter). Området utpekt til skog dekket ca 1900 kvadratmetermed et samlet volum på cirka 35.000 kubikkmeter. Innvendig var de blitt introdusert videre 282 plantearter kommer fra tropiske skogområder.
Men hvorfor så mange? Dette valget om å «overbelaste» miljøet med arter var ikke tilfeldig: forskerne ønsket å gi rom for økologisk selvorganisering og observere hvilke fellesskap som spontant vil danne seg fra interaksjonen mellom indre klima, jordsmonn, introduserte arter og menneskelig tilstedeværelse. Etter to år med nedleggelse var 39 % av arten forsvunnet, men de resterende 61 % hadde skapt et nytt, tilpasset samfunn. Det var et bevis på det systemet var ikke statisk: det valgte ut, transformerte, omorganiserte.
Et viktig poeng må avklares her: denne tropiske skogen vokste ikke under de samme forholdene som en naturlig tropisk skog. De indre forholdDet var de faktisk helt unormalt sammenlignet med en ekte ekvatorial skog: jorden var kunstig, temperaturene var forskjellige og CO₂ nådde topper på 4500 ppmv. Denne «superdrivhuseffekten» har fått planteveksten til å skyte i været: på tre år har biomasse økt med 400 %og noen trær vokste fire ganger raskere enn normalt, men utviklet tynnere stammer.
Og menneskelig forvaltning spilte en avgjørende rolle i dette: menneskelig inngripen akselererte faktisk suksesjonen mot mer avanserte stadier, og favoriserte arter som anses som viktige på lang sikt, spesielt store trær. Derfor var skogen ikke bare et produkt av biologisk selvorganisering, men også av valg fra beboere og ledere. Biosfære 2 viser derfor at i et lukket system er det «naturlige økosystemet» og den «menneskelige faktoren» ikke lett å skille.
Landbruk: biomet som matet mennesker og problemet med klassisk landbruk
Hvis den tropiske skogen var det symbolske hjertet av prosjektet,Intensiv jordbruksbiome det var kjøkkenet hans. Dette landbruksmesokosmos på omtrent 0,22 hektar måtte produsere nok mat til å opprettholde innbyggerne i perioder med stengning.
I løpet av to oppdrag fra nittitallet (den første fra 1991 til 1993 og den andre fra mars til september 1994) og til tross for lite lys og parasitter, var produktiviteten høyere enn i de mest effektive tradisjonelle landene, noe som garanterer et kalorifattig, men supernæringsrikt kosthold (omtrent 1800–2200 kcal per dag per person i det første oppdraget og 2200 kcal i det andre). Det var en integrert økologisk forsyningskjede: avlinger, resirkulering av avløpsvann, rismarker og til og med kanaler for å føre luft gjennom landet for å rense det.
Men det var et problem: forskerne valgte klassisk (jordbasert) jordbruk fremfor hydroponics, og jorden, veldig rik på organisk materiale, begynte bokstavelig talt å «brenne» sine reserver. Og så, mikrobene i jorda pustet for mye, og ved å gjøre det forbrukte de oksygen og frigjorde fjell med CO₂, som deretter ble fanget av betongen i strukturen. Som, om vinterennår lyset var mindre og derfor ble fotosyntesen redusert, luften inne var nesten ikke pustende.
I en lukket atmosfære teller hver gass
Takket være den utrolige forseglingen til Biosphere 2, var forskere i stand til å overvåke gasser som aldri før. Resultatet? Planter, jord og mikrober var så «kraftige» sammenlignet med det lille volumet av luft som var tilgjengelig at de bokstavelig talt drev karbondioksid (CO₂)-nivået til vanvidd. Sagt i praktiske termer: Mengden gass gikk i en berg-og-dal-bane i løpet av noen timer, og endret på en imponerende måte luftsammensetningen mellom dag og natt.
Men vrien var lystgass (N2O), en kraftig drivhusgass. I jorda i det intensive jordbruksbiomet, og enda mer i regnskogen i noen perioder som ble tatt prøver av, ble det produsert i store mengder, og nivåene skjøt opp til 300 ganger mer enn normalt. Dette er fordi på jorden disse gassene blir dempet av enorme rom eller ødelagt i stratosfæren, men inne i kuppelen var det ingen rømningsventiler.
Det er fenomenet akselererte sykluser: Hvis syklusene av karbon, nitrogen og oksygen på planeten vår er store og langsomme, i Biosphere 2 var de små og veldig raske. Og det er nettopp dette som har gjort det mulig for oss å studere dem nesten i sanntid, og etterlatt oss en grunnleggende arv for å designe fremtidige menneskelige baser i verdensrommet eller på Mars.
Fra «kjempeterrariet» til et vellykket laboratorium for å studere jorden
Over tid har Biosphere 2 endret seg radikalt: fra det opprinnelige målet om å holde mennesker i live i et forseglet økosystem, har strukturen blitt transformert til en super laboratorium å studere jorden. Det mest bemerkelsesverdige tilfellet er Landskap Evolution Observatory (LEO): tre enorme, skråstilte kunstige landskap (330 m² hver), laget av knust stein og plassert i et fullstendig kontrollert miljø der forskere kan bestemme hvor mye regn som skal falle, luftfuktigheten, temperaturen og til og med vindhastigheten.
Dette er et stort konseptuelt sprang. I LEO følger forskerne nøye hvordan vann og karbon beveger seg og fremfor alt hvordan jord blir født og utvikler seg fra bunnen av. Målingene er overveldende: Takket være hundrevis av sonder som samler inn data hvert 15. minutt, overvåkes hver millimeter land og luft, og registrerer virkningen av kunstig nedbør på millimeternivå på jord CO2. Det er ikke lenger enkel observasjonsøkologi, men sanntids prosessøkologi: Forskere vrir på en knott, endrer en variabel og ser umiddelbart hva som skjer.
Fra «kjempeterrariet» til et vellykket laboratorium for å utføre eksperimenter og studere jorden
Sannheten suksess av Biosphere 2 ligger i å ha demonstrert at et økosystem ikke bare er en sum av planter og luft under glass, men en et levende og uforutsigbart system der mikrober forbruker oksygen, gasser samler seg, arter blir ikke der de er plassert, og menneskelig tilstedeværelse endrer den økologiske banen like mye som det indre klimaet.
Men det må også sies at dette flotte laboratoriet ga oss den viktigste lærdommen av alle: stabiliteten til livet på jorden kommer ikke av enkelhetmen med en enorm og veldig delikat kompleksitet. Hvis alt dette knapt er merkbart i et lite stueterrarium, er det umulig å ignorere i Biosphere 2.
