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바이오스피어 2

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목차

1. 개요

바이오스피어 2는 사업가 에드 배스와 시스템 생태학자 존 P. 앨런이 시작한 대규모 밀폐형 생태계 실험 프로젝트이다. 1987년부터 1991년까지 건설되었으며, 지구의 다양한 생태계를 모방한 시설을 갖추고, 8명의 과학자가 2년간 자급자족하는 실험을 진행했다. 산소 농도 감소, 이산화탄소 관리, 승무원 간의 갈등 등 여러 문제점이 발생했지만, 지구 온난화 연구 등 과학적 성과를 거두었다. 현재는 애리조나 대학교에서 관리하며, 다양한 연구와 교육 프로그램이 운영되고 있다.

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바이오스피어 2 - [지명]에 관한 문서
기본 정보
Biosphere 2 외부
Biosphere 2 외부
위치애리조나주 오라클, 미국
고도1,164 미터
면적 (건물)12,700 제곱미터
부지 면적16 헥타르
웹사이트http://biosphere2.org
건물 정보
유형연구 시설
완공일1991년
착공일1987년
소유주애리조나 대학교
상세 정보
바닥 면적1.27 헥타르
농업 구역1,900 제곱미터
거주 구역850 제곱미터
폐기물 재활용 시스템450 제곱미터
해양 지역1,300 제곱미터
열대 우림 지역1,400 제곱미터
사바나 지역2,500 제곱미터

2. 역사

바이오스피어 2는 1987년부터 1991년까지 건설되었으며, 원래 지구의 생물권을 대신하여 우주 공간에서 인간의 생활을 지원하고 유지하기 위한 폐쇄 생태계의 실현 가능성을 보여주기 위해 만들어졌다.[114] 다양한 생물학적 생물군계를 통해 생태계 내의 상호 작용을 연구하도록 설계되었다. 내부에는 여러 생물군계와 인간 거주 구역 외에 지구 생태학 연구를 위한 실험실로서 인간, 농업, 기술, 자연과의 상호 작용을 연구하기 위한 농업 지역과 작업 공간이 있었다. 이 시설의 목적은 8명의 인간(「바이오스피리언」)이 2년간 닫힌 환경에서 생활하는 실험이었다.[115] 장기적으로는 우주 이민에서 폐쇄 생물권을 사용하는 데 필요한 지식을 얻기 위한 선행 연구로 여겨졌다.

바이오스피어 2는 다음과 같은 7개의 생물군계 지역으로 구성되었다.


  • 1,900제곱미터의 열대 우림
  • 850제곱미터의 산호초가 있는 바다
  • 450제곱미터의 맹그로브 습지
  • 1,300제곱미터의 사바나 초원
  • 1,400제곱미터의 안개 사막
  • 2,500제곱미터의 농업 시스템 지역
  • 인간 거주 공간, 연구실, 작업실


지하에는 기술 인프라 대부분이 배치되었다. 난방과 냉방을 위한 물은 독립적인 배관 시스템을 통해 순환하고, 시설 대부분을 덮는 유리 스페이스 프레임 패널을 통해 패시브 솔라가 들어왔으며, 전력은 부속된 천연 가스 에너지 센터에서 공급되었다.[112]

바이오스피어 2는 본래 목적인 폐쇄계 실험을 위해 두 번만 사용되었다. 첫 번째는 1991년부터 1993년까지, 두 번째는 1994년 3월부터 9월까지였다. 이 실험들에서는 식량과 산소 부족, 많은 동식물의 죽음, 거주자 간의 갈등, 외부의 정치 투쟁, 프로젝트 관리와 방향성을 둘러싼 권력 투쟁 등이 발생했다. 그럼에도 불구하고, 폐쇄 생태계, 농업 생산, 참가자들의 고영양, 저칼로리 식단에 의한 건강 개선, 복잡한 생물학적 시스템과 대기 역학의 자기 조직화에 관한 통찰에서 세계 기록을 세웠다.[116] 두 번째 실험에서는 식량 자급자족을 달성하고, 산소 주입이 필요 없었다.[117]

1994년 6월, 두 번째 실험 도중에 운영 회사인 Space Biospheres Ventures가 해산되면서 시설 운영에 공백이 생겼다. 1995년에 컬럼비아 대학교가 시설 관리를 인계받아 2003년까지 실험을 진행했다. 그 후, 주택이나 상점 건설을 위해 철거될 위험이 있었지만, 2007년에 애리조나 대학교가 연구를 위해 시설을 인수했다. 애리조나 대학교는 2011년에 시설의 완전한 소유권을 취득했다.

2. 1. 기획 및 건설

바이오스피어 2 프로젝트는 1984년 사업가이자 자선가인 에드 배스(Ed Bass)와 시스템 생태학자인 존 P. 앨런(John P. Allen)에 의해 시작되었다. 배스는 1991년까지 1.5억달러를 지원했다.[7] 배스와 앨런은 1970년대 시너지아 랜치(Synergia Ranch)에서 만났는데, 이곳은 앨런이 이끌던 반문화 공동체였다.[7] 앨런은 버크민스터 풀러(Buckminster Fuller)의 "우주선 지구호" 개념을 옹호하고 핵전쟁과 같은 재앙으로부터의 피난처로서의 생물권 아이디어를 탐구했다.[7] 시너지아 랜치의 다른 전 구성원들도 바이오스피어 2 프로젝트에 합류했다.[7]

건설은 1987년부터 1991년까지 합작 투자 회사인 스페이스 바이오스피어 벤처스(Space Biosphere Ventures)에 의해 수행되었다. 주요 임원은 다음과 같다.

직책이름
발명가이자 회장존 P. 앨런(John P. Allen)
CEO마가렛 어거스틴(Margaret Augustine)
재무 부사장마리 하딩(Marie Harding)
연구 부사장아비가일 얼링(Abigail Alling)
우주 및 환경 응용 담당 이사마크 넬슨(Mark Nelson)
시스템 엔지니어링 이사윌리엄 F. 뎀스터(William F. Dempster)
미션 컨트롤 부사장노베르토 알바레즈-로모(Norberto Alvarez-Romo)



이 프로젝트는 지구 자체("바이오스피어 1") 다음으로 두 번째 완전 자급자족 생물권이 되도록 설계되었기 때문에 "바이오스피어 2"로 명명되었다.

2. 2. 제1차 미션 (1991-1993)

1991년 9월 26일부터 1993년 9월 26일까지 8명의 과학자가 참여한 첫 번째 폐쇄 실험이 진행되었다. 참가자들은 다음과 같다: 의사이자 연구원인 로이 월포드, 제인 포인터, 테이버 맥컬럼, 마크 넬슨, 샐리 실버스톤, 아비가일 올링, 마크 반 틸로, 린다 리.[16]

농업 시스템은 바나나, 파파야, 고구마, 사탕무, 땅콩, 라브라브와 카우피 콩, 쌀, 밀 등을 포함한 총 식단의 83%를 생산했다.[17][18] 첫 해 동안 8명의 거주자는 지속적인 배고픔을 호소했다. 바이오스피어 2의 농장은 세계에서 가장 높은 생산량을 보였으며, "인도네시아, 중국 남부, 방글라데시의 가장 효율적인 농업 공동체의 생산량을 5배 이상 초과했다".[19]

참가자들은 로이 월포드가 연구했던 저칼로리, 고영양 식단을 섭취했다.[20] 2년 동안 참가자들의 건강은 매우 우수했으며, 혈중 콜레스테롤 및 혈압 감소, 면역 체계 강화 등 건강 지표가 개선되었다. 이들은 입주 전 체중의 평균 16%를 감량한 후 안정화되었고, 2년 차에 약간의 체중을 회복했다.[21] 후속 연구에 따르면 바이오스피어인들은 저칼로리, 고영양 식단에 적응하면서 음식에서 영양소를 추출하는 신진대사가 더욱 효율적으로 되었다.[22]

농업 지역에는 아프리카 피그미 염소 암컷 4마리와 수컷 1마리, 닭 35마리와 수탉 3마리 (인도 정글 조류 (''갈루스 갈루스''), 일본 실키 밴텀, 그리고 이들의 혼합), 암퇘지 2마리와 수퇘지 1마리 오사바 드워프 돼지, 그리고 틸라피아 물고기 등이 포함되었다.[23]

thumb와 사막 ''(전경)'' 및 대양 ''(배경)'' 구역 사이의 전환 지대인 가시 덤불에서 본 모습]]

일부 종이 생존하지 못하더라도 먹이 그물과 생태 기능을 유지하기 위해 "종 패킹" 전략이 실행되었다. 안개 사막 지역은 우주 프레임의 응결로 인해 더 채퍼럴 특성을 갖게 되었다. 사바나는 계절적으로 활동적이었고, 그 생물량은 이산화탄소 관리를 위해 승무원에 의해 절단되고 저장되었다. 열대 우림 개척종은 빠르게 성장했지만, 그곳과 사바나의 나무들은 자연 조건에서 바람에 반응하여 생성되는 스트레스 목재 부족으로 인한 생장 부진과 약화를 겪었다. 산호는 해양 지역에서 번식했고, 승무원은 산호에서 조류를 손으로 수확하고, 탄산칼슘과 pH 수준을 조작하여 해양이 너무 산성화되는 것을 방지하며, 과도한 영양분을 제거하기 위해 개선된 단백질 스키머를 설치하여 해양 시스템의 건강을 유지하는 데 도움을 주었다. 맹그로브 지역은 빠르게 발달했지만, 빛의 수준이 감소했기 때문에 전형적인 습지보다 하층 식생이 적었다.[24] 그럼에도 불구하고, 맹그로브와 습지 식물이 수집된 플로리다의 에버글레이즈 지역의 성공적인 아날로그로 판단되었다.[25]

바이오스피어 2는 작은 크기와 완충 장치, 유기 물질과 생명체의 농축으로 인해 지구의 생물권에서 발견되는 것보다 더 큰 변동과 더 빠른 생지화학적 순환을 보였다.[26] 도입된 대부분의 척추동물 종과 거의 모든 꽃가루 매개 곤충이 죽었지만, 식물과 동물은 번식했다.[27] 바퀴벌레와 같은 곤충 해충이 번성했다. 세계적으로 침입적인 종인 개미인 ''파라트레치나 롱기코르니스''는 다른 개미 종을 지배하게 되었다.[28] 열대 우림의 계획된 생태적 천이와 거친 햇빛과 해양에서 유래한 염분 에어로졸로부터 지역을 보호하기 위한 전략이 잘 작동했고, 원래 생물 다양성의 놀라운 양이 유지되었다.[29] 바이오스피어 2는 초기 생태적 발달 단계에서 섬 생태와 유사했다.[30]

2. 3. 제2차 미션 (1994)

1994년 3월 6일, 새로운 연구진이 참여한 두 번째 폐쇄 실험이 시작되었으나, 경영권 분쟁으로 인해 같은 해 9월 6일에 조기 종료되었다.[117] 이 실험에서는 식량 자급자족을 달성하고, 산소 주입이 필요 없었다.[117]

두 번째 실험 도중인 1994년 6월, 운영 회사인 Space Biospheres Ventures가 해산되면서 시설 운영에 공백이 생겼다.

2. 4. 컬럼비아 대학교 관리 (1995-2003)

1995년 12월, 바이오스피어 2의 소유주들은 관리를 뉴욕시의 컬럼비아 대학교로 이전했다.[87] 컬럼비아 대학교는 2003년까지 바이오스피어 2를 연구 시설이자 캠퍼스로 운영했다.[88]

1996년, 컬럼비아 대학교는 폐쇄 시스템 연구를 위해 설계된 거의 밀폐된 물질적으로 닫힌 구조를 "관류(flow-through)" 시스템으로 변경하고, 폐쇄 시스템 연구를 중단했다. 지구 온난화 연구를 위해 이산화탄소(CO2) 수준을 조작하고, 필요한 양의 이산화탄소를 주입했으며, 필요에 따라 배출했다.[89] 컬럼비아 대학교 재임 기간 동안, 컬럼비아 대학교 및 다른 대학의 학생들이 종종 한 학기를 이 시설에서 보냈다.[90]

컬럼비아 대학교 재임 기간 동안의 연구는 대기 중 이산화탄소(CO2) 증가와 지속적인 지구 기후 변화로 인한 산성화가 산호초에 미치는 파괴적인 영향을 보여주었다.[91] 미국 국립 과학 아카데미의 전 회장인 프랭크 프레스(Frank Press)는 바이오스피어 2의 고도로 제어 가능한 해양 중간 세계를 활용하여 대기와 해양 간의 이러한 상호 작용을 "지구에 대한 인간의 영향에 대한 최초의 명확한 실험적 확인"이라고 묘사했다.[92]

바이오스피어 2의 육상 생물군계 연구는 더 이상 흡수할 수 없는 수준을 넘어선 이산화탄소(CO2) 증가에 대한 포화점에 도달했음을 보여주었다. 연구 저자들은 바이오스피어 2 열대 우림과 사막 생물군계의 전체 시스템 반응의 현저한 차이점이 "복잡한 지구 변화 문제 연구에서 대규모 실험 연구의 중요성을 보여준다"고 언급했다.[93]

2. 5. 애리조나 대학교 인수 (2007-현재)

2015년 애리조나 대학교에서 관리하는 바이오스피어 2 내부


2007년 6월 26일, 애리조나 대학교는 바이오스피어 2의 연구를 인수할 것이라고 발표하여 구조물 철거 우려를 종식시켰다.[96] 대학교 관계자들은 사적 기부와 보조금으로 3년간 연구 및 운영 비용을 충당하고, 최대 10년까지 자금 지원을 연장할 수 있다고 밝혔다.[96] 이후 연구는 10년 동안 연장되었으며, 육상 수문 순환과 생태, 대기 과학, 토양 지구화학 및 기후 변화의 관련성에 대한 연구 프로젝트를 포함했다. 2009년 기부금 중 하나는 부지에 470개의 태양광 패널을 추가하는 데 사용되었다.[97] 2011년 6월, 대학교는 7월 1일부터 바이오스피어 2의 완전한 소유권을 인수한다고 발표했다.[98]

CDO 랜칭 & 개발은 토지, 바이오스피어 건물 및 기타 지원, 행정 건물을 기증했다. 2011년, 필생태 재단(Ed Bass 설립 비영리 연구 재단)은 지속적인 과학 및 운영을 위해 2000만달러를 약속했다.[98] 2017년, Ed Bass는 바이오스피어 2 지원을 위해 애리조나 대학교에 3000만달러를 추가 기증하여 두 개의 학술직을 신설하고 "필생태 바이오스피어 연구 기금"을 설립했다.[99]

바이오스피어 2 부지에서는 과학 캠프도 열린다. 대학 학부생을 위한 일주일간의 '우주 캠프'와 학교 학생들을 위한 야영 캠프가 포함된다.[100][101] 2011년 기준, 연평균 10만 명의 방문객이 바이오스피어 2 캠퍼스를 방문하는 것으로 보고되었다.[102]

3. 시설

바이오스피어 2는 현재의 지구와 최대한 비슷한 환경을 갖추도록 만들어졌다. 열대 우림, 바다, 사막 등 5가지 생태계가 조성되어, 8명의 사람이 외부와의 물질 교환 없이 자급자족할 수 있도록 설계되었다. 천장은 유리로 만들어 태양 광선을 받아들였다.

전체 규모는 약 1.25ha(4000평 정도)이며, 철골, 유리, 콘크리트 구조물로 이루어져 외부와 완전히 격리되었다.

내부에는 약 3,000종의 생물이 있었고, 우림에는 아마존에서 가져온 300종의 식물이 심어졌다. 바다에는 카리브해에서 가져온 산호초와 다양한 척추동물이 넣어졌다.

이 시설은 애리조나주 오라클의 산타 카탈리나 산맥 기슭, 투손에서 북쪽으로 약 50분 거리에 있으며, 해발 약 1,200m이다.[119]

3. 1. 구조 및 특징

바이오스피어 2의 지상 구조물은 강철 튜브, 고성능 유리 및 강철 프레임으로 만들어졌다. 프레임과 유약 재료는 버크민스터 풀러의 전 동료인 피터 존 피어스(Pearce Structures, Inc.)가 설계 및 제작했다.[9][10] 창문 밀봉 및 구조는 거의 완벽하게 밀폐되도록 설계되어 공기 교환이 매우 낮아 시간이 지남에 따라 미묘한 변화를 추적할 수 있었다. 피어스와 윌리엄 뎀스터가 개발한 특허받은 기밀 밀봉 방법은 연간 누출률 10% 미만을 달성했다.[11][12][13]

낮에는 태양열로 인해 내부 공기가 팽창하고 밤에는 냉각 및 수축했다. 일정한 부피를 유지하는 데 필요한 엄청난 힘을 처리할 필요가 없도록 하기 위해 이 구조에는 "폐" 또는 가변 부피 구조라고 하는 돔에 보관된 큰 격막이 있었다.[14]

창문을 여는 것이 불가능했기 때문에 이 구조에는 다양한 생물군계 영역에 따라 달라지는 원하는 매개변수 내에서 온도를 조절하는 정교한 시스템도 필요했다. 냉각이 가장 큰 에너지 요구 사항이었지만, 겨울에는 난방을 공급해야 했고, 폐쇄 루프 파이프와 공조 장치는 에너지 시스템의 핵심 부분이었다. 현장의 에너지 센터는 천연 가스와 백업 발전기, 암모니아 흡수 냉동기, 냉각탑을 사용하여 전기와 온수 및 냉수를 공급했다.[15]

내부에는 열대 우림, 바다, 사막, 사바나, 습지 등 지구의 다양한 생태계를 모방한 구역이 조성되어 있다.

3. 2. 생태계 구성

바이오스피어 2는 지구와 최대한 비슷한 환경을 갖추도록 설계되었다. 열대 우림, 바다(산호초 포함), 습지, 사바나, 사막 등 5가지 자연 생태계가 조성되었다.[24] 농업 시스템 구역에서는 식량 생산이 이루어졌고, 인간 거주 공간에는 연구실, 작업실 등이 있었다.

내부에는 약 3,000종의 생물이 있었으며, 우림에는 아마존에서 가져온 300종의 식물이 심어졌다. 바다에는 카리브해에서 가져온 산호초와 다양한 척추동물이 넣어졌다.[24]

첫 번째 임무 기간 동안 농업 지역에서는 전체 식단의 83%를 생산했다. 여기에는 바나나, 파파야, 고구마, 사탕무, 땅콩, 라브라브와 카우피 콩, 쌀, 밀 등이 포함되었다.[17][18] 농업 지역에는 아프리카 피그미 염소, 닭 (인도 정글 조류(''갈루스 갈루스''), 일본 실키 밴텀, 그리고 이들의 혼합), 오사바 드워프 돼지, 틸라피아 물고기 등이 사육되었다.[23]

"종 패킹" 전략을 통해 일부 종이 생존하지 못하더라도 먹이 그물과 생태 기능이 유지되도록 했다. 안개 사막은 채퍼럴 특성을 갖게 되었고, 사바나는 계절적으로 활동하며 그 생물량은 이산화탄소 관리를 위해 절단 및 저장되었다. 열대 우림 개척종은 빠르게 성장했지만, 나무들은 스트레스 목재 부족으로 생장 부진과 약화를 겪었다. 산호는 해양 지역에서 번식했고, 승무원은 해양 시스템의 건강을 유지하기 위해 노력했다. 맹그로브 지역은 빠르게 발달했지만, 하층 식생은 적었다.[24]

바이오스피어 2는 지구의 생물권보다 더 큰 변동과 빠른 생지화학적 순환을 보였다.[26] 대부분의 척추동물과 꽃가루 매개 곤충이 죽었지만, 식물과 동물은 번식했다.[27] 바퀴와 같은 곤충 해충이 번성했고, 개미 ''파라트레치나 롱기코르니스''가 다른 개미 종을 지배하게 되었다.[28]

3. 3. 기술적 특징

바이오스피어 2의 지상 구조물은 강철 튜브와 고성능 유리 및 강철 프레임으로 만들어졌다. 프레임과 유약 재료는 버크민스터 풀러의 전 동료인 피터 존 피어스(Pearce Structures, Inc.)가 운영하는 회사에서 설계 및 제작했다.[9][10] 창문 밀봉 및 구조는 거의 완벽하게 밀폐되도록 설계되어 공기 교환율이 매우 낮아, 시간이 지남에 따라 미묘한 변화를 추적할 수 있었다. 피어스와 윌리엄 뎀스터가 개발한 특허받은 기밀 밀봉 방법은 연간 누출률 10% 미만을 달성했다.[11][12][13]

낮에는 태양열로 인해 내부 공기가 팽창하고 밤에는 냉각 및 수축했다. 일정한 부피를 유지하는 데 필요한 엄청난 힘을 처리할 필요가 없도록, 이 구조에는 "폐" 또는 가변 부피 구조라고 하는 돔에 보관된 큰 격막이 있었다.[14]

창문을 여는 것이 불가능했기 때문에, 이 구조에는 다양한 생물군계 영역에 따라 달라지는 원하는 매개변수 내에서 온도를 조절하는 정교한 시스템도 필요했다. 냉각이 가장 큰 에너지 요구 사항이었지만, 겨울에는 난방을 공급해야 했고, 폐쇄 루프 파이프와 공기 조절기는 에너지 시스템의 핵심 부분이었다. 현장의 에너지 센터는 천연 가스와 백업 발전기, 암모니아 냉각기 및 수냉각 타워를 사용하여 전기와 온수 및 냉수를 공급했다.[15]

4. 연구 및 실험

바이오스피어 2는 폐쇄 생태계로 설계되어 다양한 과학적 실험을 진행했다. 1991년부터 1993년까지 진행된 제1차 미션에서는 인간, 농업, 자연 생태계 간의 상호작용을 연구했다. 이 실험을 통해 식량 생산, 영양학적 변화, 대기 조성 변화 등 다양한 결과가 나타났다.[16] 특히, 바이오스피어 2 내부의 산소 농도가 점차 감소하고 이산화탄소 농도가 예상과 다르게 변화하는 현상이 관찰되었는데, 이는 콘크리트 구조물이 이산화탄소를 흡수하여 탄산 칼슘을 형성하는 과정 때문으로 밝혀졌다.[58]

이후 컬럼비아 대학교는 바이오스피어 2를 지구 온난화 연구를 위한 시설로 활용, 이산화탄소 농도를 조절하며 생태계에 미치는 영향을 연구했다.[52] 2007년부터 애리조나 대학교가 바이오스피어 2의 연구를 담당, 기후 변화, 토양 생태, 수문 순환 등 다양한 연구 프로젝트를 진행했다.[97]

애리조나 대학교는 풍경 진화 관측소(LEO) 프로젝트를 통해 토양 발달 과정을 연구하고 있으며,[103] 달 온실 프로젝트를 통해 우주 환경에서의 식량 생산 가능성을 탐색하고 있다.[104][105] 또한, 수직 농업 프로젝트를 통해 미래 식량 생산 기술 개발에도 기여하고 있다.[106][107]

4. 1. 제1차 미션의 과학적 성과



1991년 9월 26일부터 1993년 9월 26일까지 첫 번째 폐쇄 임무가 진행되었다. 승무원은 로이 월포드(의사이자 연구원), 제인 포인터, 테이버 맥컬럼, 마크 넬슨, 샐리 실버스톤, 아비가일 올링, 마크 반 틸로, 린다 리였다.[16]

농업 시스템은 바나나, 파파야, 고구마, 사탕무, 땅콩, 라브라브와 카우피 콩, 쌀, 밀 등 총 식단의 83%를 생산했다.[17][18] 특히 첫 해 동안 8명의 거주자는 지속적인 배고픔을 호소했다. 바이오스피어 2의 농장은 세계에서 가장 높은 생산량을 보였으며 "인도네시아, 중국 남부, 방글라데시의 가장 효율적인 농업 공동체의 생산량을 5배 이상 초과했다"는 계산도 있다.[19]

thumb와 사막 ''(전경)'' 및 대양 ''(배경)'' 구역 사이의 전환 지대인 가시 덤불에서 본 바이오스피어 2]]

승무원들은 로이 월포드가 연구했던 저칼로리, 고영양 식단을 섭취했다.[20] 2년 동안 승무원의 건강은 매우 양호했으며, 혈중 콜레스테롤 감소, 혈압 감소, 면역 체계 강화와 같은 건강 지표 개선이 나타났다. 이들은 입국 전 체중의 평균 16%를 감량한 후 안정화되었고, 2년 차에 약간의 체중을 회복했다.[21] 후속 연구에 따르면 바이오스피어인들은 저칼로리, 고영양 식단에 적응하면서 음식에서 영양소를 추출하는 신진대사가 더욱 효율적으로 변화했다.[22]

바이오스피어 2는 작은 크기와 완충 장치, 유기 물질과 생명체의 농축으로 인해 지구 생물권보다 더 큰 변동과 더 빠른 생지화학적 순환을 보였다.[26] 도입된 대부분의 척추동물 종과 거의 모든 꽃가루 매개 곤충이 죽었지만, 식물과 동물은 번식했다.[27]

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시설 내부의 산소 농도는 20.9%에서 시작하여 꾸준히 감소했으며 16개월 후에는 14.5%까지 떨어졌다. 이는 4080m 고도의 산소 가용성과 같다.[52] 일부 승무원이 저산소증 증상인 수면 무호흡증 및 피로를 겪기 시작했기 때문에, 월포드와 의료진은 1993년 1월과 8월에 주사를 통해 산소를 보충하기로 결정했다. 산소 감소와 승무원의 미미한 반응은 기압의 변화가 인간의 적응 반응을 유발한다는 것을 보여주며, 이는 생의학 연구 프로그램을 강화했다.[53]

사우스 렁으로의 터널 접근


이산화 탄소 수준 관리는 특히 어려운 과제였다. 광합성에 의한 일광 시간 동안의 강한 감소로 인해 이산화 탄소 역학의 일일 변동은 일반적으로 600ppm이었으며, 시스템 호흡이 지배하는 야간에 유사한 증가가 뒤따랐다. 이산화 탄소 수준에는 강한 계절적 특징이 있었으며, 겨울철 수준은 4,000~4,500ppm으로 높고 여름철 수준은 약 1,000ppm이었다.

호흡 속도는 광합성보다 빨라 산소의 느린 감소를 초래했다. 하지만 이산화 탄소 증가는 나타나지 않았다. 이는 컬럼비아 대학교 라몬트-도허티 지구관측소의 제프 세버링하우스와 월리스 스미스 브로커가 동위원소 분석을 통해 이산화 탄소가 바이오스피어 2 내부의 노출된 콘크리트와 반응하여 탄산 칼슘을 형성, 탄산화라는 과정으로 탄소와 산소를 모두 격리한다는 사실을 밝혀내기 전까지 그 근본적인 과정을 숨겼다.[58]

4. 2. 이후의 연구

컬럼비아 대학교는 바이오스피어 2를 단순한 폐쇄 생태계가 아닌, 이산화탄소(CO2) 농도를 조절할 수 있는 "유통" 시스템으로 변경하여 지구 온난화 관련 연구를 진행했다.[52] 이를 통해 이산화탄소 농도 변화가 생태계에 미치는 영향을 보다 정밀하게 연구할 수 있었다.

2007년 6월 26일, 애리조나 대학교는 바이오스피어 2의 연구를 인수한다고 발표했다.[96] 대학교는 사적 기부와 보조금을 통해 연구 및 운영 비용을 충당했으며, 육상 수문 순환과 생태, 대기 과학, 토양 지구화학, 기후 변화의 관련성을 연구하는 프로젝트를 진행했다.[97] 2011년 6월, 대학교는 바이오스피어 2의 완전한 소유권을 인수한다고 발표했다.[98]

바이오스피어 2에서는 다음과 같은 대규모 연구 프로젝트가 진행되고 있다.

  • '''풍경 진화 관측소(LEO)''': 1,800개의 센서를 사용하여 수백만 파운드의 무생물 화산암을 모니터링하여, 무생물 토양이 미생물과 관다발식물 생명을 지원하는 비옥한 토양으로 발달하는 과정을 추적한다. 세계 최대의 계량 리시미터로, 기존 돔 내부에 3개의 대형 강철 프레임 "언덕"을 건설하여 진행된다.[103]
  • '''달 온실''': 통제 환경 농업 센터의 프로토타입으로, 식물 증산을 통해 물을 재활용하고 정화하는 생물 재생 생명 유지 시스템을 개발하여 달이나 화성에서 채소 재배 방법을 연구한다.[104][105]
  • '''수직 농업''' 프로젝트: 사기업 시빅 팜스(Civic Farms)와 협력하여 바이오스피어 2 서쪽 폐에 건설될 예정이며,[106] 물 효율성을 높이고, 농업 오염 유출을 제로화하며, 해충이나 살충제를 사용하지 않고, 외부 기상 조건의 영향을 받지 않도록 설계된 LED 램프를 사용하여 실내 식물 성장 주기를 개발하는 것을 목표로 한다.[107]

5. 논란과 비판

바이오스피어 2는 초기부터 과학적 엄밀성 부족, 상업적 이용, 뉴에이지 사상과의 연관성 등으로 비판을 받았다.[73] 특히 첫 번째 임무가 절반도 지나기 전에 그룹이 두 파벌로 갈라져 심각한 불화를 겪었다는 사실은 프로젝트의 과학적 신뢰성에 의문을 제기했다.[35]

''타임'' 잡지는 "조작하기 쉬운 데이터, 비밀 식량 은닉처 및 밀수품에 대한 의혹으로 이미 손상된 신뢰성의 외관이 깨졌다"고 비판하며, 2년간의 실험이 과학보다는 1억 5천만 달러짜리 스턴트처럼 보인다고 지적했다.[39]

프로젝트 팀은 외부 물품 반입이 비닐 봉투뿐이라고 주장했지만, 음식 및 기타 물품 반입 혐의가 제기되었다.[49] 1993년 1월에는 시스템 균형 실패로 산소량이 꾸준히 감소하여 산소를 주입했다는 사실이 알려지면서 비판이 더욱 거세졌다.[49] 일부 비평가들은 바이오스피어 2가 모든 것을 예측하는 시연이 아니라 복잡한 생태계의 상호작용에 대한 지식을 더하는 실험이라는 점을 무시한다고 주장했다.[50] H. T. 오덤은 데이터로 이론을 개발하고 시뮬레이션으로 테스트하며 수정 조치를 적용하는 관리 과정이 과학적 전통에 부합한다고 옹호했다.[51]

내부의 산소 농도 감소와 관련하여, 연구진은 산소 감소와 승무원의 반응이 기압 변화에 따른 인간의 적응 반응을 보여준다는 점을 들어 생의학 연구 프로그램을 강화했다.[53]

이산화 탄소(CO2) 농도 관리의 어려움과 관련하여, ''The Village Voice''는 승무원이 비밀리에 CO2 스크러버 장치를 설치했다고 주장하며, 이는 모든 물질을 자연적으로 재활용한다는 목표를 위반한 것이라고 비판했다.[55] 그러나 다른 사람들은 이 장치가 비밀이 아니며 생태 과정을 보강하는 기술 시스템이라고 지적했다.[54]

프로젝트 참가자들의 자격에 대한 논란도 있었다. 마크 쿠퍼는 바이오스피어 프로젝트를 주도한 집단이 과학자가 아니라 권위주의적이고 비과학적인 성격 숭배에서 진화한 극단 배우들의 무리라고 주장했다.[80] 왕립 식물원의 길리언 프랜스는 초기에는 프로젝트의 과학적 진정성에 의문을 제기했지만, 나중에는 실험의 독창성을 인정하고 컨설턴트로 활동하며 성공에 기여했다.[83]

프로젝트를 비판하는 측에서는 자격 없는 과학자들이 참여했기 때문에 그 결과가 무효라고 주장했지만, 제인 포인터는 회고록에서 최고의 과학자와 엔지니어를 고용하여 일의 질로 판단받는다고 반박했다.[84] H.T. 오덤은 이단아와 외부인이 종종 과학 발전에 기여한다고 언급하며, 바이오스피어 2 경영진이 과학 학위는 부족했지만 10년간의 준비 연구 프로그램을 수행했다고 옹호했다.[85]

1992년 스미소니언 협회의 톰 러브조이가 의장을 맡은 과학 자문 위원회는 바이오스피어 2의 구상과 건설이 비전과 용기의 행위였다고 평가하며, 생지화학 순환, 폐쇄 생태계 생태, 복원 생태학 분야에서 중요한 과학적 기여를 할 것이라고 보고했다.[86]

6. 대중 문화에 미친 영향


  • 1996년에 개봉한 코미디 영화 ''바이오 돔''은 바이오스피어 2를 소재로 했다.[108] [225]
  • 2020년 다큐멘터리 영화 ''스페이스쉽 어스''는 바이오스피어 2를 다루고 있다.[109] [226]
  • 치어스 (시즌 11) "The Girl in The Plastic Bubble" 에피소드에서 등장인물 릴리스 크레인이 지하 "에코 포드"에 살기 위해 떠나는 장면은 바이오스피어 2 프로젝트를 패러디한 것이다.[227]

7. 한국과의 관련성

교토 대학은 문부과학성의 지원을 받아 애리조나 대학교와 협력하여 바이오스피어 2에서 "Space Camp at Biosphere 2 (SCB2)"를 매년 개최하고 있다. 이 프로그램은 차세대 유인 우주 개발을 담당할 인재 육성을 위한 현장 실습으로, 일본 대학생 및 대학원생이 지원할 수 있다. 참가 학생들은 일본 내 시설에서 지구 환경에 대해 학습한 후, 바이오스피어 2에서 6일간 체류하며 여러 나라 학생들과 함께 다양한 프로그램에 참여한다.[1]

일본의 재단법인환경과학기술연구소는 아오모리현로쿠노헤에서 바이오스피어 2와 유사한 폐쇄 공간 장기간 체류 실험을 진행하고 있다.[1]

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