Biosphere 2: Terarium Live-In yang Dulu Terkenal Mengubah Penelitian Iklim

0


ORACLE, Arizona—Membuka pintu ke piramida kaca, seorang pengunjung melangkah dari panasnya Arizona yang gersang ke gurun kabut pantai yang membentang menuju sabana. Lautan Lilliputian mengarungi pantai berbatu. Sebuah lorong mengarah ke hutan hujan beruap di mana pohon-pohon berkalung anggur menjulang setinggi 90 kaki. Di sini, di Biosphere 2, lingkungan terkontrol terbesar di dunia yang didedikasikan untuk penelitian iklim, para ilmuwan dapat mengotak-atik ekosistem yang diperkecil dengan mematikan alat penyiram dan menyalakan termostat untuk mempelajari tentang efek pemanasan global di dunia nyata.

Fasilitas tersebut telah lama dibayangi oleh misi pertamanya pada tahun 1991 yang bernasib buruk untuk membangun analog dari koloni mandiri di planet lain. Tapi setelah beberapa retooling dan sukses, studi profil tinggi—termasuk salah satu yang mengungkapkan bahwa lautan yang memanas membunuh karang—terarium raksasa (dipimpin oleh University of Arizona sejak 2011) akhirnya memenuhi potensinya sebagai situs untuk penelitian baru dan berisiko.

Di hutan hujan seluas setengah hektar, para ilmuwan menyelidiki bagaimana ekosistem tropis dapat menghadapi panas dan kekeringan akhir abad ke-21. Segera para peneliti berharap untuk bereksperimen dengan metode restorasi terumbu karang radikal di lautan sejuta galon kandang. Dan pada Maret 2022, operasi tersebut akan mengungkap analog Mars yang mengulangi impian para pendiri asli untuk meniru habitat yang dipenuhi tanaman di dunia asing yang tak bernyawa. Biosphere 2 secara efektif seperti mesin waktu yang dapat melihat perubahan iklim Bumi “dengan mengubah konsentrasi gas di atmosfer menjadi yang kami pikir akan ada di masa depan untuk melihat bagaimana planet ini dapat berjalan,” kata fasilitas itu. direktur saat ini Joaquin Ruiz.

Perjuangan Masa Lalu

Biosphere 2 diluncurkan 30 tahun lalu, pada 26 September 1991, ketika delapan kru—termasuk seorang dokter, ahli botani, dan ahli biologi kelautan—memulai residensi dua tahun di dalam terarium seluas 3,14 hektar ini. Struktur, prototipe untuk habitat luar angkasa, dikandung oleh rombongan teater kontra budaya yang bermitra dengan pengusaha untuk membentuk sebuah perusahaan bernama Space Biosphere Ventures. Itu dimaksudkan untuk menjadi ekosistem tertutup rapat di mana beberapa bioma, 3.000 spesies tumbuhan dan hewan, dan sebuah peternakan akan menyediakan “biosfer” dengan semua udara, air dan makanan yang mereka butuhkan. “Pada saat itu, banyak ilmuwan mengatakan itu benar-benar tidak dapat dilakukan, bahwa semuanya akan berubah menjadi lendir hijau,” kata Jane Poynter, salah satu ahli biologi asli dan pendiri perusahaan luar angkasa Space Perspective.

Biosphere 2 berisi laut mini di sebelah sabana dan hutan bakau. Kredit: Alami

Kandang tidak mengeluarkan lendir. Tetapi setelah satu tahun, oksigen telah menyusut ke tingkat yang sangat rendah, pertanian tidak menghasilkan panen yang cukup—dan para kru tercekik dan kelaparan. Untuk mengatasi masalah tersebut, beberapa anggota tim manajemen Space Biosphere Ventures memompa oksigen ke dalam gedung dan menggunakan CO2 “scrubber” tanpa mengungkapkan tindakan mereka secara terbuka. Ketika kebenaran muncul, misi kehilangan kredibilitas dengan para ilmuwan dan disorot oleh pers. Beberapa masih menganggap ini tidak adil. “Tidak masuk akal bahwa media menggambarkannya sebagai kegagalan, karena itu benar-benar kehilangan titik bahwa itu adalah eksperimen,” kata Poynter, menambahkan bahwa tujuannya adalah untuk menemukan masalah apa yang muncul di biosfer buatan manusia dan untuk belajar darinya. dilema. Kegagalannya, kata beberapa staf Biosphere 2 saat ini, terletak pada kurangnya transparansi—bukan kekurangan oksigen.

Para ilmuwan, pada kenyataannya, belajar sesuatu yang penting dari apa yang salah: tanah terlalu kaya bahan organik, dan bakteri yang berkembang melahap terlalu banyak oksigen. Pada awalnya, para peneliti tidak dapat melacak kelebihan karbon dioksida yang seharusnya dilepaskan mikroba sebagai produk sampingan dari konsumsi oksigen tersebut. Akhirnya mereka menemukan itu telah terikat secara kimia dengan beton di gedung. “Itu adalah momen bola lampu,” kata John Adams, wakil direktur Biosphere 2 saat ini. “Mereka bisa melacak, molekul demi molekul, di mana— [carbon] pergi dan di mana itu disimpan dengan cara yang tidak bisa mereka lakukan di luar” di dunia nyata.

Ketika Universitas Columbia mengambil alih Biosphere 2 dari tahun 1996 hingga 2003, para peneliti menyadari bahwa, di dalam dunia mini yang dikendalikan ini, mereka dapat mengubah CO2, panas dan curah hujan untuk memprediksi tingkat masa depan dan dapat mengukur efek pada beragam bioma. “Cukup banyak orang berpikir bahwa ini adalah alat yang sangat bagus karena Anda memiliki sistem rumit yang dapat Anda tutup sepenuhnya dan berisiko merusak dan mempelajari bagaimana sistem yang tertekan berperilaku,” kata Klaus Lackner, direktur Pusat Emisi Karbon Negatif di Arizona State University. , yang tidak berafiliasi dengan Biosphere 2. “Tantangannya adalah: Anda harus memastikan itu benar-benar mencerminkan sistem yang nyata. Saya pikir seseorang bisa berjalan di jalan itu, dan beberapa di antaranya [research] sedang dilakukan sekarang.”

Memahami Masa Depan

Christiane Werner, ahli fisiologi ekosistem di Universitas Freiburg Jerman, menggunakan fasilitas hutan hujan untuk menyelidiki bagaimana tanaman tropis dan tanah berbagi nutrisi untuk melindungi satu sama lain dari perubahan iklim—dan apa yang terjadi ketika sistem pendukung tersebut gagal. Beberapa penelitian terbaru menunjukkan bahwa deforestasi dan kematian pohon terkait iklim adalah mengubah hutan hujan seperti Amazon dari ruang penyimpanan karbon menjadi penghasil gas rumah kaca yang besar. Tujuan Werner adalah untuk menemukan apa yang menyebabkan titik kritis ini. Melakukan hal itu dapat membantu para peneliti membuat prediksi iklim yang lebih baik dan mengembangkan teknik reboisasi yang lebih efektif.

Tim Werner melepaskan bentuk-bentuk karbon dan hidrogen yang dapat dilacak ke dalam hutan hujan berkubah kaca, kemudian mematikan alat penyiram untuk memicu “kekeringan” 9,5 minggu dan melacak ke mana elemen-elemen tersebut berpindah. “Itu belum pernah dilakukan sebelumnya,” katanya, “dan Biosphere 2 adalah satu-satunya tempat di Bumi di mana Anda dapat melakukan eksperimen semacam itu karena Anda memiliki hutan yang sepenuhnya tumbuh yang dapat Anda manipulasi.” Di Amazon, tentu saja tidak mungkin membayangkan musim kering selama dua bulan, dan pelacak kimia bisa lolos ke mana saja, catatnya.

Hasil yang akan segera dipublikasikan masih dirahasiakan, tetapi Werner mengatakan bahwa kesimpulan utama adalah beragam cara berbagai spesies tanaman mengatasi stres. “Karena mereka memiliki respons fungsional yang berbeda, ini menyangga seluruh hutan,” jelasnya, seraya menambahkan bahwa keanekaragaman hayati adalah kunci untuk menjaga hutan tetap stabil di masa iklim yang bergejolak.

Hasil eksperimen lain dari hutan hujan Biosphere 2 sangat menggembirakan. Di dalam studi 2020 diterbitkan di Tanaman Alam, Ahli ekologi Universitas Negeri Michigan, Marielle Smith dan rekan-rekannya menghitung suhu dan menemukan bahwa flora tropis adalah lebih tahan terhadap panas tinggi daripada yang telah diantisipasi banyak orang.

Di fasilitas laut mini, para peneliti bermitra dengan perusahaan ilmu mikroba Seed Health untuk dosis karang dengan probiotik untuk melihat apakah ini dapat mencegah pemutihan (yang terjadi ketika karang yang mengalami stres panas mengeluarkan alga simbiosis yang membantu memberi makan mereka). Para ilmuwan juga mengembangkan program untuk bereksperimen dengan “karang super” yang direkayasa secara hayati agar tahan terhadap panas dan keasaman. “Jika Anda berada di Miami atau Hawaii, Anda tidak bisa mendapatkan izin untuk melakukan penelitian itu karena ada ketakutan bahwa karang yang dimodifikasi secara genetik akan masuk ke alam,” kata Chris Langdon, ahli biologi kelautan Universitas Miami yang mempelajari ilmu Biosphere 2. komite penasihat. “Dengan Biosphere 2 berada di tengah gurun, sama sekali tidak ada risiko jika ada yang lolos.”

Langdon tidak asing dengan lautan Biosphere 2. Pada 1990-an ia melakukan penelitian di sana, mengungkapkan untuk pertama kalinya bahwa pengasaman laut menyebabkan karang larut karena kekurangan kalsium. Dia mengatakan tangki raksasa juga akan menjadi tempat yang baik untuk menguji ide utama untuk mencapai emisi karbon negatif: meningkatkan pH laut dengan menambahkan batuan terlarut, memberikan air kapasitas yang lebih besar untuk menarik karbon dioksida keluar dari atmosfer.

Tidak semua proyek Biosphere 2 berfokus pada iklim. Yang disebut Ruang Analog untuk Bulan dan Mars (SAM), yang saat ini sedang dibangun, “sangat banyak, pada tingkat ilmiah dan bahkan tingkat filosofis, mirip dengan Biosfer asli,” kata direktur SAM Kai Staats. Tidak seperti analog ruang angkasa lainnya di seluruh dunia, SAM akan menjadi habitat yang tertutup rapat. Tujuan utamanya adalah untuk menemukan bagaimana transisi dari metode mekanis menghasilkan udara bernapas ke sistem mandiri di mana tanaman, jamur dan manusia menghasilkan keseimbangan yang tepat dari oksigen dan karbon dioksida.

Peneliti yang berkunjung akan menanam buah dan sayuran secara hidroponik di rumah kaca SAM, yang dicat dan diwarnai untuk menghalangi matahari dan meniru siang hari yang lebih redup di Mars. Mereka juga akan bereksperimen dengan mengubah regolith (batu pecah yang menyerupai basal Mars yang tak bernyawa) menjadi tanah yang subur. Ini bisa berimplikasi untuk menghidupkan kembali beberapa medan yang rusak di Bumi.

Dan mengingat status genting iklim bumi, Staats berharap para ilmuwan yang tinggal di SAM akan mengalami jenis pencerahan yang dia katakan telah dijelaskan kepadanya oleh Linda Leigh, salah satu ahli biologi asli. “Dia mengatakan bahwa, dalam lingkungan tertutup seperti itu, Anda tidak bisa tidak menyadari setiap napas yang Anda ambil, setiap minuman air yang Anda konsumsi dan setiap potongan makanan yang Anda makan karena tidak pergi ke suatu tempat di mana Anda tidak pernah melihatnya. lagi,” katanya. “Itu akan segera kembali padamu.”

Leave A Reply

Your email address will not be published.