В замкнутых экосистемах любые отходы жизнедеятельности одного биологического вида должны быть утилизированы как минимум одним другим видом. Следовательно, если преследуются цель поддержания жизни человека, то все отходы жизнедеятельности человека должны быть в конечном итоге преобразованы в кислород , пищу и воду.

Замкнутая экосистема обязана иметь в своём составе как минимум один аутотрофный организм . Несмотря на то, что использование хемитотрофов также имеет потенциал, на данный момент практически все замкнутые экосистемы основаны на фототрофах, таких как зелёные водоросли .

Примеры

Крупный масштаб

Средний масштаб

Малый масштаб

См. также

Напишите отзыв о статье "Замкнутая экосистема"

Примечания

Ссылки

• Статья в журнале Make Magazine

Отрывок, характеризующий Замкнутая экосистема

– Господин адъютант, – прокричал он, – прикажите, чтобы не толпились. – Адъютант, исполнив приказание, подходил к князю Андрею. С другой стороны подъехал верхом командир батальона.
– Берегись! – послышался испуганный крик солдата, и, как свистящая на быстром полете, приседающая на землю птичка, в двух шагах от князя Андрея, подле лошади батальонного командира, негромко шлепнулась граната. Лошадь первая, не спрашивая того, хорошо или дурно было высказывать страх, фыркнула, взвилась, чуть не сронив майора, и отскакала в сторону. Ужас лошади сообщился людям.
– Ложись! – крикнул голос адъютанта, прилегшего к земле. Князь Андрей стоял в нерешительности. Граната, как волчок, дымясь, вертелась между ним и лежащим адъютантом, на краю пашни и луга, подле куста полыни.
«Неужели это смерть? – думал князь Андрей, совершенно новым, завистливым взглядом глядя на траву, на полынь и на струйку дыма, вьющуюся от вертящегося черного мячика. – Я не могу, я не хочу умереть, я люблю жизнь, люблю эту траву, землю, воздух… – Он думал это и вместе с тем помнил о том, что на него смотрят.
– Стыдно, господин офицер! – сказал он адъютанту. – Какой… – он не договорил. В одно и то же время послышался взрыв, свист осколков как бы разбитой рамы, душный запах пороха – и князь Андрей рванулся в сторону и, подняв кверху руку, упал на грудь.
Несколько офицеров подбежало к нему. С правой стороны живота расходилось по траве большое пятно крови.
Вызванные ополченцы с носилками остановились позади офицеров. Князь Андрей лежал на груди, опустившись лицом до травы, и, тяжело, всхрапывая, дышал.
– Ну что стали, подходи!
Мужики подошли и взяли его за плечи и ноги, но он жалобно застонал, и мужики, переглянувшись, опять отпустили его.
– Берись, клади, всё одно! – крикнул чей то голос. Его другой раз взяли за плечи и положили на носилки.

Опыты по созданию замкнутых экологических систем с целью жизнеобеспечения человека (для работы в космосе или в экстремальных климатических условиях на Земле, или, скажем, спасения в случае резкого ухудшения условий жизни на планете) велись и ведутся в разных странах, в том числе и у нас. Самый, наверное, эффектный и наглядный из них проводился в 1991-94 годах в Аризоне и был первой масштабной попыткой моделирования процессов, происходящих в естественных экосистемах Земли. На площади в полтора гектара был построен герметичный комплекс из нескольких зданий и оранжерей, внутри которого, помимо жилых и технических помещений, были упрощенно смоделированы 5 биомов: тропический лес, океанский риф, пустыня, саванна и мангровый эстуарий, а также агроценоз для выращивания продуктов питания и скота. Всё это вместе должно было работать как полностью замкнутая экосистема (снаружи обеспечивался только приток энергии, но он и для земных экосистем идет извне - от Солнца), обеспечивающая автономное существование 8 человек на протяжении нескольких лет.

2)

Фотографии со строительства "Биосферы-2" неиллюзорно напоминают кадры создания планеты из фильма "Автостопом по Галактике"

В общей сложности в гигантскую теплицу было заключено около 3000 видов животных и растений, видовой состав которых был подобран так, чтобы наилучшим образом имитировать биосферный круговорот веществ, включающий продуцирование и разложение органики, в том числе и естественное разложение отходов жизнедеятельности людей.

Для компенсации перепадов давления в комплексе при изменениях суточной температуры в отдельном куполе был установлен прибор, получивший прозвание "легких" - огромный поднимающийся и опускающийся алюминиевый диск, соединенный со стенами гибкой резиновой мембраной. Компенсатор не столько предотвращал разрушение конструкций при критической разницы в давлении, сколько минимизировал газообмен "Биосферы-2" с атмосферой Земли через микротрещины в конструкции - идеально герметизировать столь огромное помещение практически невозможно, и потери (или приток) возрастают при увеличении градиента давления между внешней и внутренней средой. Общий объём атмосферы комплекса составлял около 204 000 кубометров, обмен с земной атмосферой в единицу времени был – специально замеряли – в 30 раз меньше, чем утечка воздуха из "Спейс Шаттла", находящегося в космосе.

26 сентября 1991 года добровольцы-исследователи - четыре мужчины и четыре женщины - закрыли за собой герметические двери и эксперимент начался. Связь с внешним миром обеспечивалась только через интернет и по телефону, ну и взглядами через стеклянные стены.

16)

Последний кадр - современный, поэтому мониторы с ЭЛТ перемежаются жидкокристаллическими. Но сделан в том самом куполе, что виден на КДПВ.

Первые же недели эксперимента показали, что воссоздание природного равновесия - не такое уж простое дело. Уровень кислорода начал падать примерно на 0,5% каждый месяц. И дело оказалось не в том, что экспериментаторы неправильно рассчитали количество "колонистов", перенаселив станцию, а в непредвиденном размножении микроорганизмов - те буквально заполонили посевы, саванну и лес, истребляя всходы и меняя экосистему под себя, не считаясь с планами человека. Кстати, с проблемой микробов в космосе человечество столкнулось уже сейчас, например на МКС, где активно размножающиеся в труднодоступных закоулках маленькие поганцы вредят даже механизмам, повреждая полимеры и органику, способствуя коррозии металлов, формированию биопленок и "тромбов" в трубопроводах и системах регенерации воды.

Второй проблемой стали макроорганизмы. Из-за того, что пищевые цепи искусственных экосистем "Биосферы-2" оказались неполными, урезанными, насекомые и другие беспозвоночные тоже стали вести себя не как было запланировано, а как им вздумается. Почему-то начали вымирать опылители, а численность других созданий в отсутствие естественных врагов стала неконтролируемо расти, превращая их из помощников во вредителей. При этом обнаружились неожиданные побочные эффекты - тараканы, к примеру, взяли на себя роль опылителей, но делу это не сильно помогало: произведенный с их помощью урожай они же и старались пожрать, еще и потребляя в процессе драгоценный кислород.

Положение осложнялось тем, что в эксперименте нельзя было использовать пестициды - не по этическим соображениям, а потому что процессы самоочищения в таких небольших, да еще и замкнутых экосистемах проходят очень медленно, а это значит, что отравление химикатами всех обитателей, в том числе и людей, было бы неизбежным.

21)

Для очистки воды использовались в том числе водяные гиацинты (на переднем плане)

В результате "колонисты" (хотя через пару недель после начала эксперимента их стало уже 7 - одна из участниц покинула проект из-за травмы) столкнулись не только с нехваткой воздуха, но и пищи. Пришлось увеличить плотность засева зерновых, а в тропическом лесу дополнительно высадить манго и папайю. На страх вредителям из внешнего мира были доставлены 40 гекконов и 50 жаб.

Подселение манго и жаб в принципе не противоречило условиям эксперимента - это была, так сказать, коррекция первоначальных расчетов. Но когда содержание кислорода снизилось с 21% до 15% - как на высоте в 4 км - организаторы эксперимента в тайне от общественности пошли на прямое "читерство": начали закачивать в комплекс кислород. Гекконы тоже не спасли положение: каждый день приходилось тратить массу времени на ручной сбор вредителей, но и он не помог справиться с продовольственным кризисом, и тогда к кислороду "с большой земли" добавились продукты (эти факты скрывались и были разоблачены впоследствии).

В ходе проведения эксперимента обнаружились и другие непредвиденные обстоятельства. Некоторые просто интересные: так, по утрам в оранжереях шел дождь: влага конденсировалась на стеклянной крыше и к утру падала вниз, в результате спустя некоторое время после начала эксперимента "пустыня" стала второй "саванной".

Из неожиданных проблем стоит отметить отсутствие ветра: оказывается, для нормального развития деревьям нужно регулярное раскачивание, без него механические ткани древесины оказываются недостаточно развитыми - деревьям тоже нужна тренировка! Без ветра же стволы и ветви деревьев "Биосферы-2" становились хрупкими и ломались под тяжестью собственного веса.

В отличие от ветра, фактор волн для полноценного функционирования "океана" и "эстуария" создатели предусмотрели - специальный механизм создавал движение воды. Кораллы за время эксперимента дали 85 дочерних колоний. Впрочем, многие другие обитатели "океана" и других биомов вымерли или уменьшились в числе.

Довольно быстро в полный рост встала проблема психологической совместимости. В итоге команда постоянно запертых в компании друг друга в закрытом помещении людей распалась на две противоборствующие группы. Подробности не разглашаются, но, пишут, бывшие участники эксперимента избегают встреч с членами "противоположного лагеря" и по сей день. Фактор известный, на нем построено множество реалити-шоу, но проведению эксперимента, посвященного совсем другой тематике, это сильно мешало. И это всё происходило в условиях постоянной связи с внешним миром, возможности помощи психолога и т.п. - а какие формы может принимать неожиданно возникающий антагонизм в небольшом коллективе в полностью автономной колонии, большинство из нас может только догадываться.

В итоге 26 сентября 1993 года эксперимент пришлось прервать. В 1994 году была предпринята вторая попытка, в результате которой спонсоры отказались от проекта, признавая, что эксперимент не принес ожидаемых результатов, и передали комплекс Колумбийскому университету. В 1996 году и там решили прекратить эксперимент и удалить из сооружения людей, поскольку так и не смогли решить проблему питания и сохранения неизменного состава воздуха. Исследования искусственной биосферы продолжались, но уже без подопытных людей и без строгого автономного режима. Некоторые биомы стали доступны для экскурсантов, и на фотографиях с таких экскурсий можно наблюдать сегодняшнее печальное положение искусственной биосферы:

В 2005 году "Биосфера-2" была выставлена на продажу, и насколько я понял, продается по сей день.

Эксперимент этот можно назвать провалившимся, но не безрезультатным. Безусловно, в ходе его проведения и при последующей работе было получено множество данных, которые пригодятся (и уже пригождаются) в дальнейших исследованиях такого рода. В целом же можно сказать, что путь до создания полностью автономных и успешно регулирующихся экосистем, способных обеспечить существование, скажем, колонистов на другой планете, предстоит еще неблизкий. Впрочем, черт с ними, с колонистами - "Биосфера-2" это один из ярких примеров, когда вложения в исследования космических технологий в конечном счете помогают улучшению жизни здесь, на Земле.

И второй, "обратный" вывод из этой увлекательной истории: мы не сможем покорить космос, пока не научимся сохранять, восстанавливать и регулировать среду обитания на Земле. Мы пока не можем основать долгосрочные автономные поселения на орбите и других планетах, и дело отнюдь не в финансировании и мощности двигателей: у нас пока нет необходимых знаний и опыта для создания среды жизнеобеспечения. А уж "спасение в космосе от экологической катастрофы" – вообще оксюморон, вроде круглого квадрата.

Вот уже более 40 лет в большой бутыли, заткнутой пробкой, живет растение. Без поступления извне воздуха и воды.

Этот смелый эксперимент в свое время поставил Дэвид Латимер, 80-летний садовник из городка Кранлей, Великобритания. Свой первый «сад в бутылке» он запустил в 1960 году. А в 1972 году закупорил бутыль пробкой навсегда. Таким образом растение на фото ниже вот уже 52 года живет в сосуде, причем 41 год из них — совершенно самостоятельно.

Растение живет и не умирает благодаря тому, что оно собирает солнечную энергию, необходимую ему для фотосинтеза, с водой еще проще — в бутыли просто круговорот воды. Она испаряется и конденсируется на стенках бутыли, это и есть осадки. Питательные вещества растение получает из компоста, в который превращаются опавшие листья. Таким образом это растение сможет жить теоретически вечно, если не повлияют какие-то факторы извне. Примечательно, что первоначально садовник посадил в бутыль сразу четыре разных растения, однако выжило только сильнейшее.

Сделать подобную замкнутую экосистему в бутылке не так сложно:

1. Сначала надо найти подходящий стеклянный сосуд с достаточно широким горлышком для более удобного доступа.


2. Нужен хороший грунт и компост.


3. И конечно же, само растение. В качестве растений рекомендуют Adiantum (Папортоник) , некоторые виды Tradescantia (Традесканция) и маленькие ростки Chlorophytum (Хлорофитум).


4. Поливать надо всего 1-2 раза до запечатывания.

Прекрасная замкнутая экосистема , которая сможет существовать до тех пор, пока есть солнечный свет. Даже если вся жизнь на планете вымрет.

А вот и видео с героем, где он рассказывает о том, как все это получилось и показывает свою экосистему.

Число растений, которые можно выращивать в закрытых террариумах, достаточно ограниченно. Нельзя высаживать быстро растущие растения и растения, запасающие в своих тканях воду.

Первый террариум был изобретен в 1842 году в Великобритании. Во времена королевы Виктории этот тренд быстро распространился. Террариум - это ёмкость, в которой созданы благоприятные условия для содержания животных и растений. Эти предметы изготавливается из стекла, имеют металлический, пластмассовый или древесный каркас. Террариумы могут быть открытые и закрытые. В закрытом террариуме создаётся уникальная среда для обитания некоторых растений и насекомых. Прозрачные стены способствуют проникновение внутрь тепла и света. В закрытом контейнере образуется благоприятный микроклимат. Водяные испарения циркулируют внутри террариума и создают идеальные условия для растений, предотвращая их высыхание.

Террариум может стать отличным дополнением к домашнему декору, а для некоторых людей служит своего рода хобби. Безусловно, оно напоминает увлечение комнатными растениями, однако это не совсем так. В первую очередь, террариум рассматривается как автономная экосистема, в которой все растения друг с другом взаимодействуют. Ее не надо поливать, удобрять или следить за уровнем влажности.

Обычно для закрытого террариума используют сорта растений, произрастающих в условиях тропиков. Внутрь него ставят маленькую ёмкость с водой, частично зарытую в грунт. Террариум раз в неделю открывают, чтобы выпустить лишнюю влагу из воздуха и его стенок. В закрытом террариуме находится специальная почва, необходимая для роста растений и сведения к минимуму потерь от разных микробов. Стеклянные закрытые террариумы могут иметь форму шара, колокола, куба, опрокинутой усеченной пирамиды или параллелепипеда. В таком террариуме нет сквозняков. Это позволяет выращивать самые нежные и капризные растения.

Число растений, которые можно выращивать в закрытых террариумах, достаточно ограниченно. Нельзя высаживать быстро растущие растения и растения, запасающие в своих тканях воду. Цветущие растения можно высаживать, но в будущем придется удалять увядшие цветки. Если их оставить, они начнут разлагаться и будут источником болезней, которыми страдают растения. Опытные ботаники рекомендуют садить в закрытые террариумы те растения, у которых корневая система мала или отсутствует. К ним относятся: аир злаковый, бегония королевская, хамедорея изящная, криптантус бромелиевидный, драцена Сандера, папоротники, плющ обыкновенный, селагинелла Крауза и т.д.

Открытые террариумы бывают так же различных форм, и в них высаживают любые растениями. Здесь приживутся и любители влаги, и любители жить в сухом климате. В открытый террариум подходят растения, которым необходим прямой солнечный свет.

Замкнутая экосистема - система, не связанная с окружающим миром и не нуждающаяся для своего выживания в любой подпитке извне в течение очень долгого времени. Создание экосистемы в бутылке - научный эксперимент, помогающий изучить всю деликатность природного баланса и понять, как та или иная экосистема выживает или рушится. Вы сможете изолировать маленький кусочек природы у себя на столе и наблюдать, что в нем происходит. Экосистемы в бутылке также называют террариумами, но из-за этого их легко спутать с террариумами декоративными. Проекты в бутылках выживают в течение многих лет. В них помещают растения, землю и влагу - базовые элементы для развития и выживания при замкнутом цикле.

Вам потребуются :
- 2-х литровая бутылка;
- ножницы;
- свежая земля для комнатных растений, универсальная;
- семена;
- любая липкая лента.

1. Возьмите крупную прозрачную бутылку из-под любой жидкости, кроме бытовых химикатов и проч. Полностью удалите любые наклейки с ее поверхности, самым тщательным образом вымойте бутылку изнутри и выполоскайте после водой без добавок. Срежьте с бутылки верхушку прямо перед кругом, где бутылка начинает сужаться по направлению к крышечке. Сохраните и верх бутылки, и саму завинчивающуюся крышку.

2. В бутылку на дно заложите 7,5-10 см почвы. Легонько похлопайте по поверхности бутылки, чтобы земля «уселась», но ни в коем случае не утрамбовывайте почву с силой сверху.

3. Посадите в землю семена: 4-6 семян бобов на глубину в 2,5 см и близко к бокам бутылки. Или выберите другой вид семян и сажайте их на глубину, указанную на коммерческой упаковке. Бобы - выносливые семена, которые легко прорастают, а также они довольно стойкие в вопросе выживания.

Поверх почвы более-менее равномерно посыпьте пару щепоток семян травы и буквально чуть-чуть прикройте их дополнительной землей.

4. Опрыскайте почву водой: последняя должна увлажнить всю землю полностью до самого дна бутылки, но не вымочить почву, тем более до состояния болота. Поэтому лейте по чуть-чуть равномерно по всей поверхности и ждите минут 5: если вода не дойдет до низа, только потом лейте еще.

5. Максимально плотно закрутите крышку на ранее срезанном горлышке бутылки. Аккуратнее - не сбейте резьбу. Переверните верхушку-конус вверх ногами и вложите так в бутылку сверху. Не проталкивайте вниз, а липкой лентой надежно и герметично запечатайте и скрепите края бутылки и конуса вровень друг с другом.

6. Поместите вашу экосистему в теплое, частично освещаемое солнцем место. Дополнительного полива ваша экосистема больше не потребует.

Дополнения и предупреждения:

Спустя пару месяцев поместите в свою вторую экосистему улитку или червяка, чтобы посмотреть, какой эффект они окажут на выживание растения;

Вместо пластиковой бутылки можно использовать и стеклянную банку с плотно завинчивающейся крышкой, только учтите, что стекло более хрупкое;

Начинать можно не с семян, а с саженцев;

Если вам действительно интересен процесс, стоит вести ежедневный журнал изменений в вашей замкнутой экосистеме.

Не знаете что почитать? Самые интересные научные новости России на сайте reactor.space . Узнай какое будущее ждет смартфоны и не только. Узнавай первым и поделись со своими друзьями.