Biosphere 2 là một khu nhà kính kín khổng lồ ở Oracle, bang Arizona (Mỹ), rộng khoảng 1,27 ha, chứa một khu rừng mưa, một "đại dương" có rạn san hô, đầm lầy ngập mặn, đồng cỏ savan, sa mạc sương mù và ruộng vườn. Trong đợt khép kín đầu tiên từ 26/9/1991 đến 26/9/1993, tám người sống bên trong hai năm. Oxy trong không khí tụt dần từ khoảng 21% xuống khoảng 14–15%, buộc ban điều hành phải bơm thêm oxy từ ngoài vào: thí nghiệm không giữ được trọn tính kín, và chính thất bại đó là bài học giá trị nhất của nó.
Vì sao gọi là "Biosphere 2"
"Biosphere 1" là chính Trái Đất, sinh quyển duy nhất ta biết chắc là tự duy trì được. Những người dựng Biosphere 2 muốn làm một bản sao thu nhỏ để trả lời câu hỏi: con người có thể dựng một hệ sinh thái kín đủ lớn, đủ phức tạp để nuôi người lâu dài không? Câu hỏi này có hai mục đích: hiểu Trái Đất tốt hơn, và chuẩn bị cho các trạm sống ngoài không gian trong tương lai.
Dự án do công ty Space Biospheres Ventures thực hiện, nhóm khởi xướng gắn với John P. Allen, tiền chủ yếu từ nhà tài trợ Ed Bass. Chi phí xây dựng thường được báo chí ghi khoảng 150 triệu USD. Công trình xây từ năm 1987 đến 1991, khung thép và kính, có các buồng giãn nở lớn gọi là "lá phổi" để bù áp suất khi không khí bên trong nóng lên, lạnh đi theo ngày đêm.
Bên trong có gì
| Khu | Mô phỏng | Vai trò trong hệ |
|---|---|---|
| Rừng mưa | Rừng nhiệt đới ẩm | Sinh khối lớn, quang hợp mạnh |
| Đại dương | Biển nhiệt đới có rạn san hô | Bể nước mặn vài triệu lít, có máy tạo sóng |
| Đầm lầy | Đầm ngập mặn và đầm cỏ | Lọc nước, vùng chuyển tiếp |
| Savan | Đồng cỏ nhiệt đới | Cỏ, cây bụi chịu hạn |
| Sa mạc sương mù | Sa mạc ven biển | Thực vật chịu khô |
| Nông nghiệp | Ruộng vườn và chuồng nhỏ | Nuôi tám người |
| Khu ở | Nhà ở, phòng thí nghiệm | Nơi sinh hoạt |
Ý tưởng là mỗi khu đóng góp một phần vào các vòng quay chung: thực vật tạo oxy, đất và biển hấp thụ CO₂, nước bốc hơi từ đại dương ngưng tụ thành "mưa" trên rừng, chất thải của người và gia súc được xử lý qua đầm lầy rồi tưới ruộng.
Hai năm khép kín: chuyện gì đã xảy ra
Oxy tụt dần
Trong khoảng 16 tháng đầu, nồng độ oxy giảm dần từ mức bình thường khoảng 20,9% xuống còn khoảng 14,5%, tương đương không khí ở độ cao trên 4.000 m. Thành viên trong nhóm mệt mỏi, khó ngủ, khó leo cầu thang. Tháng 1/1993, ban điều hành quyết định bơm oxy từ ngoài vào.
Ban đầu nguyên nhân là một bí ẩn: oxy mất đi, nhưng CO₂ lại không tăng tương ứng. Các nhà khoa học sau đó tìm ra lời giải. Đất trong các khu được làm rất giàu chất hữu cơ để cây lớn tốt, nên vi sinh vật đất hô hấp rất mạnh, ngốn oxy và thải CO₂. Còn CO₂ thì "biến mất" vào bê tông lộ ra bên trong công trình: nó phản ứng với vôi trong bê tông tạo thành canxi carbonat. Một chi tiết xây dựng tưởng vô hại đã làm lệch cả vòng carbon – oxy.
Ai sống, ai chết
Phần lớn các loài côn trùng thụ phấn được đưa vào đã chết, khiến nhiều cây không đậu quả. Nhiều loài động vật có xương sống nhỏ cũng chết. Trong khi đó, một loài kiến và gián lại phát triển rất mạnh. Dây bìm bìm leo phủ lên nhiều cây khác trong rừng mưa, người bên trong phải nhổ thường xuyên. Một số cây trong rừng mọc nhanh nhưng thân yếu, có giả thuyết cho rằng thiếu gió làm cây không phát triển gỗ chịu lực bình thường.
Đói và căng thẳng
Ruộng vườn không làm ra đủ lương thực như kế hoạch. Tám người sống với khẩu phần ít calo, giảm cân đáng kể. Bác sĩ trong nhóm là Roy Walford, người nghiên cứu chế độ ăn hạn chế calo, theo dõi sức khoẻ cả nhóm. Về mặt xã hội, nhóm chia thành hai phe bất đồng về cách điều hành dự án, chuyện nhiều thành viên về sau đã kể lại.
Những tranh cãi về tính khoa học
Biosphere 2 bị giới khoa học và báo chí phê bình nhiều. Việc bơm oxy, việc một thành viên ra ngoài chữa tay bị thương rồi quay vào, chuyện đưa thêm vật tư vào, và cách dự án được quảng bá rầm rộ khiến nhiều người cho rằng nó giống công trình trình diễn hơn là thí nghiệm có kiểm soát. Năm 1994 có đợt khép kín thứ hai nhưng kết thúc sớm sau tranh chấp quản lý.
Tuy vậy, cách nhìn công bằng là: một thí nghiệm "thất bại" vẫn cho ra dữ liệu. Biosphere 2 chứng minh rằng ngay cả với hàng triệu đô la, hàng nghìn loài và kỹ sư giỏi, việc giữ cân bằng khí trong một hệ kín vẫn cực kỳ khó. Nó cho thấy vai trò bị xem nhẹ của đất và vi sinh vật, của những thứ không ai để ý như bê tông. Đây chính là điều mà các chai sinh thái nhỏ cũng dạy, chỉ ở quy mô lớn hơn và đắt hơn rất nhiều.
Biosphere 2 sau năm 1994
Từ năm 1996, Đại học Columbia quản lý khu này một thời gian, dùng nó làm phòng thí nghiệm, không còn khép kín người ở. Một nghiên cứu đáng chú ý thời kỳ này là thí nghiệm trên "đại dương" của Biosphere 2: khi tăng CO₂ trong không khí, nước biển hấp thụ CO₂ và các sinh vật tạo rạn san hô vôi hoá chậm hơn. Đây là một trong những bằng chứng sớm cho vấn đề axit hoá đại dương.
Từ năm 2007 Đại học Arizona quản lý, và năm 2011 nhận chuyển giao quyền sở hữu. Ngày nay khu này là cơ sở nghiên cứu và tham quan, có những thí nghiệm lớn về đất, nước và cảnh quan, ví dụ các sườn đồi nhân tạo để theo dõi nước mưa thấm và đất hình thành từ đá.
Góc nhìn hôm nay: bài học từ một thế giới kín
- Hệ kín không tha thứ lỗi nhỏ. Ngoài tự nhiên, khí quyển khổng lồ làm "bộ đệm". Trong hệ kín, một nguồn tiêu thụ oxy nhỏ cũng tích lại thành vấn đề sau vài tháng.
- Đất là một sinh vật khổng lồ. Vi sinh vật đất hô hấp mạnh đến mức có thể quyết định thành bại cả một hệ.
- Đa dạng không tự đảm bảo ổn định. Đưa vào nhiều loài không có nghĩa chúng sẽ giữ đúng vai trò; loài thụ phấn chết, loài cơ hội lại bùng nổ.
- Trái Đất làm miễn phí những việc rất đắt. Cân bằng khí, lọc nước, thụ phấn: Biosphere 2 cố làm lại bằng máy và thất bại một phần.
Muốn tìm hiểu thêm, có thể đọc các bài tổng kết khoa học về Biosphere 2 đăng trên các tạp chí sinh thái thập niên 1990, sách kể lại của các thành viên đoàn, hoặc trang của Đại học Arizona về các nghiên cứu hiện nay.
Câu hỏi thường gặp
Biosphere 2 là gì?
Là một khu nhà kính kín rộng khoảng 1,27 ha ở Arizona, Mỹ, chứa nhiều hệ sinh thái thu nhỏ như rừng mưa, đại dương, sa mạc và ruộng vườn. Nó được xây để thử xem con người có sống được lâu dài trong một hệ sinh thái kín hay không.
Biosphere 2 có bao nhiêu người sống bên trong?
Đợt khép kín đầu tiên có tám người, sống từ 26/9/1991 đến 26/9/1993. Năm 1994 có đợt thứ hai nhưng kết thúc sớm.
Vì sao Biosphere 2 bị coi là thất bại?
Oxy bên trong giảm từ khoảng 21% xuống khoảng 14–15% nên phải bơm thêm từ ngoài, nhiều loài thụ phấn chết và lương thực không đủ. Tuy vậy, chính những vấn đề đó cung cấp dữ liệu quý về độ khó của hệ kín.
Vì sao oxy trong Biosphere 2 bị giảm?
Đất giàu chất hữu cơ khiến vi sinh vật hô hấp rất mạnh, tiêu thụ nhiều oxy. Phần CO₂ sinh ra lại bị bê tông lộ bên trong hấp thụ, nên ban đầu khó phát hiện nguyên nhân.
Biosphere 2 bây giờ ra sao?
Ngày nay Đại học Arizona sở hữu và dùng làm cơ sở nghiên cứu, tham quan. Các thí nghiệm hiện nay tập trung vào đất, nước, cảnh quan và tác động của khí hậu, không còn người sống khép kín bên trong.
