Биосфера Земли - это, по сути, сумма всех различных живых систем и их взаимоотношений друг с другом и с неживыми частями нашего мира, такими как вода, воздух и камни, которые позволяют им функционировать. Это саморегулирующаяся зона жизни, защищенная от ледяного космического вакуума атмосферой, от которой она зависит.

Для первого рукотворного создания биосферы была выбрана местность на юго-западе США, где растут гигантские кактусы сагуаро, так напоминающие классические вестерны. Это замечательная среда. Из горячих цветущих кустарников горы поднимаются на высоту более 2700 метров, где зимой скапливаются снежные поля, питая ручьи и бассейны, и когда они тают летом, природа изобилует.

На горных склонах, где прохладно и влажно, растут густые дубовые леса. Еще выше видны сосны Пондероза. Уникальное сочетание условий поддерживает впечатляющее разнообразие животных и растений. В дубовом лесу обитают певчие птицы с оранжевой короной, широкохвостые колибри и мухоловки-кордильеры. На более высоких уровнях встречаются карликовые поползни и северные вороны.

Хребет Санта-Каталина находится к северу от Тусона, густонаселенного города с населением более полумиллиона человек, с сетками оживленных улиц, разделенных блоками зданий с кондиционерами. Эти два мира - один расположен под прямым углом из асфальта, бетона, стали и стекла, другой представляет собой сложную сеть циклов, структур, петель, обратных связей и потоков - кажутся совершенно разными, но на самом деле очень тесно связаны.

Обе системы - одна из лесов и пустынь, другая - дорог, зданий, домов и магазинов - содержатся в одной биосфере. Все продукты питания, вода, топливо и сырье, необходимые для поддержания динамичной экономики города, происходят из биосферы и взаимодействующих с ней неживых систем.

Биосферный комплекс, называемый Биосферой 2 (Биосфера 1 - Земля), находится примерно в часе езды к северу от Тусона, в тихом и удаленном районе у подножия холмов на противоположной стороне гор. Это похоже на огромную оранжерею, сделанную из стекла и стали, с прямоугольным пространством, прикрепленным к шести полуцилиндрическим зданиям, на площади размером в два с половиной футбольных поля.

Пара больших белых куполообразных сооружений обрамляет главное здание, в то время как несколько высокотехнологичных объектов находятся рядом с исследовательскими приборами, электростанциями и холодильными установками, а также студенческими общежитиями. Это впечатляющее зрелище, вызывающее в воображении лунную базу двадцать первого века с точки зрения режиссера научно-фантастического фильма 1970-х годов.

Созданная между 1987 и 1991 годами, «Биосфера 2» была построена для изучения сложной сети взаимоотношений и взаимодействий, которые поддерживают жизненные системы Земли и в то же время поддерживают восемь человек. Ее главной особенностью было то, что она полностью отрезана от остального мира.

Во время строительства на стальной космический каркас уложили более 6000 стеклянных панелей. Пол был бетонным, но для обеспечения герметичности он был покрыт коррозионно-стойкой нержавеющей сталью. Он был полностью герметичным, гораздо более герметичным, чем помещения для космических тренировок в Космическом центре Кеннеди, и в тридцать раз более герметичным, чем космические шаттлы, которые в то время отправляло НАСА за пределы атмосферы Земли. Она установила рекорды как самая плотно закрытая крупномасштабная система из когда-либо построенных.

Чтобы система могла стабилизировать давление воздуха, были разработаны специальные камеры переменного объема, называемые «легкими». Они были частью замкнутой системы и представляли собой подземные пещерные сооружения, соединенные с большими резиновыми диафрагмами. Воздух перемещался внутрь или из каждой камеры из или в структуру биосферы по мере того, как мембраны расширялись и сжимались, плавно поднимаясь и опускаясь, чтобы поддерживать давление воздуха внутри Биосферы 2 в идеальном равновесии с давлением снаружи. Этот аспект комплекса предотвратит взрыв герметичной конструкции в результате изменений давления, вызванных ежедневным охлаждением и нагревом системы по мере восхода и захода Солнца.

Под землей была проложена техническая инфраструктура труб зимнего отопления и летнего охлаждения. Электроэнергия подавалась от местного генератора природного газа через герметичные кабельные соединения.

Идея создания полностью закрытой биосферы была мечтой Джона Аллена. Его интересовали дальние космические путешествия и возможность сохранения биосферы, которая могла бы поддерживать людей в изоляции в течение многих лет. Он также был мотивирован лучшим пониманием того, как жизненные системы работают здесь, на Земле. Он десятилетиями размышлял о биосферах и о том, как они работают, и к 1984 году завершил концепцию Biosphere 2. Ему было 54 года, и в том же году он основал компанию под названием Space Biospheres Ventures, чтобы приступить к гигантской задаче строительства.

Фокус Аллена несколько отличался от взглядов большинства традиционных ученых. Обычно биологические и экологические исследования посвящены лучшему пониманию отдельных частей систем, будь то гены, виды или даже экосистемы. Аллен хотел знать, как все это работает. Так получило название его относительно новая отрасль науки - изучение биосферы. Она вышла за рамки экологии и перешла на уровень, на котором исследуется функционирование всех экосистем вместе.

Для этого его меньше интересовали материалы и вещи, а больше интересовали отношения - взаимодействия, которые позволяли самоподдерживающейся биосфере функционировать. Дополнительная цель исследования заключалась в том, чтобы взглянуть на биосферу по отношению к другим системам и выяснить, как наилучшим образом достичь гармонии между культурными, технологическими и экологическими системами.

Это был проект с огромными амбициями, но Аллен был вооружен разнообразным кругом интересов и опытом, чтобы сделать его возможным. Путешественник, ветеран Корейской войны и волонтер в горном медицинском центре во время войны во Вьетнаме, он также был актером, писателем и поэтом. Он был бизнесменом и получил степень магистра делового администрирования в Гарварде. Его работа привела его во все части мира, и во время своих путешествий он был вдохновлен разнообразием живых систем - от пустынь до открытого океана и от тропических лесов до полей и ферм Тосканы. Он также был инженером и ученым и хорошо разбирался в технических задачах построения и обслуживания полностью закрытой системы.

На него повлияли многие мыслители, в том числе русский ученый Владимир Вернадский, который в конце девятнадцатого и начале двадцатого века добился больших успехов в понимании биосферы на планетарном уровне. Вернадский намного опередил свое время, о нем почти не слышали на Западе, отчасти потому, что его работы были переведены на английский очень мало. Аллен посетил Россию, чтобы узнать больше и узнать об экспериментах, проводимых там в рамках советской космической программы.

Одно исследование под названием Bios 3 проводилось в 1970-1980-х годах в Институте биофизики в Красноярске в Сибири. По этой программе два или три человека в течение шести месяцев жили в закрытой системе. Они дышали рециркулирующим воздухом, пили рециркулируемую воду и производили около половины своей еды внутри герметичного блока.

У русских сотни врачей изучали огромное количество данных о здоровье космонавтов, принимавших участие в исследовании. Ученые Bios 3, а также сотрудники главного российского космического исследовательского центра в Москве предоставили свои данные и отправили исследователей для работы с командой Biosphere 2. Этот вклад оказался бесценным для Аллена и его команды, продемонстрировав, как можно сохранить здоровье и безопасность восьми ученых внутри его комплекса. Некоторые предсказывали, что бактериальные и грибковые инфекции и скопление газа вскоре нанесут вред благополучию людей, живущих в закрытой системе, но российские данные говорят об обратном.