"Biosphere 2" Im Glashaus

Es war ein wahnwitziges Experiment: In der Wüste Arizonas ließen sich Freiwillige in einer riesigen Kunstwelt einschließen - bis das Projekt "Biosphere 2" spektakulär floppte. Nun wird dort wieder Wissenschaft betrieben. Ein Besuch.

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Aus Oracle, Arizona, berichtet


1. Eine andere Welt ist möglich

Auf den ersten Blick ist es nur ein schlicht aussehender Abhang, bedeckt von fein gemahlenem Gestein. Für John Adams hingegen ist es das größte erdwissenschaftliche Laborexperiment des Planeten. "Was Sie hier sehen, hat Forscher drei bis vier Jahre Entwicklungszeit gekostet", sagt Adams.

Wir stehen in einem Glashaus. Vor uns erstreckt sich eine schiefe Ebene auf Stelzen, rund 30 Meter lang und gut zehn Meter breit. Gefüllt ist sie mit grauem Basaltgestein aus einem Vulkankrater im Norden von Arizona. Die ganze Installation wiegt, so sagt es Adams, fast 1000 Tonnen. Und dies hier ist nur eins von drei identischen Exemplaren des Versuchsaufbaus, die anderen beiden stehen nebenan. Zusammen ergeben sie das Landscape Evolution Observatory, kurz "Leo".

"Beim Fortschreiten des Klimawandels wird Wasser die am stärksten betroffene Ressource sein", erklärt Adams den Hintergrund des Experiments. Man wisse aber immer noch sehr wenig darüber, wie sich das kostbare Nass im Boden verhalte. Da soll "Leo" helfen. Im künstlichen Hügel sind 1800 Sensoren verbaut, mit denen sich quasi auf den Zentimeter genau der Weg des Wassers im Untergrund nachvollziehen lässt.

Der Klimawandel, der Wasserkreislauf - es ist nicht das erste Mal, dass es hier draußen in der Wüste Arizonas um Elementares geht. An diesem Ort, etwa 50 Kilometer nördlich von Tucson, wurden schon einmal die großen Themen des Planeten, gar der menschlichen Zivilisation verhandelt. Nur dass das damals nicht ganz so gut lief.

Dabei hatte alles so verheißungsvoll angefangen. Man werde sie wohl in zwei Jahren "hier mit Gewalt rausschleifen müssen", hatte Jane Poynter am 26. September 1991 noch erklärt. An diesem Tag war die Welt - besser gesagt: waren die Welten - noch in Ordnung. Eine von beiden war die Welt, wie wir sie kennen. Heimat von damals 5,3 Milliarden Menschen und ungefähr 8,7 Millionen Tier- und Pflanzenarten. Gewissermaßen die "Biosphere 1". Ein lebenswerter Planet, der allerdings zunehmend von Umweltschäden und Artenschwund geplagt wurde.

Von der anderen Welt sprach Poynter: Es war die "Biosphere 2". Ein gigantisches Glashaus mitten in der Wüste. John Adams ist heute Vizechef dieses Glashauses. Als "Bionaut" sollte Poynter 1991 zusammen mit sieben anderen Freiwilligen sowie 3800 anderen Tier- und Pflanzenarten ein in sich geschlossenes System bewohnen, zwei Jahre ganz auf sich allein gestellt. Von außen sollte dem Komplex nur Energie zugeführt werden - sonst nichts.

In dem futuristisch anmutenden, luftdicht versiegelten Gebäudeensemble mit 6500 Glasscheiben sollten die "Bionauten" ihren eigenen Sauerstoff erzeugen und ihre eigene Nahrung auch. Sie sollten außerdem Müll und Abwasser so managen, dass ihre Lebensumwelt nicht verdreckt. Und wenn dabei neben wissenschaftlichen Erkenntnissen zum Schutz der Erde auch Technik zur Kolonisation des Weltalls herauskommen sollte - umso besser. Denn damit wollte das Unternehmen hinter dem Projekt, die Firma Space Biosphere Ventures des texanischen Ölmilliardärs Edward Bass, eines Tages Geld verdienen.

Einstiges Wohnquartier: Die zweigeschossigen Räume der "Bionauten" dürfen nicht betreten werden, sie sind aber immerhin durch eine Glasscheibe zu sehen. Die Bewohner suchten während der Experimente in Hobbys wie dem schreiben oder Malen Ausgleich von den teils anstrengenden Bedingungen ihres Aufenthalts.
Christoph Seidler/ SPIEGEL ONLINE

Einstiges Wohnquartier: Die zweigeschossigen Räume der "Bionauten" dürfen nicht betreten werden, sie sind aber immerhin durch eine Glasscheibe zu sehen. Die Bewohner suchten während der Experimente in Hobbys wie dem schreiben oder Malen Ausgleich von den teils anstrengenden Bedingungen ihres Aufenthalts.


Die Erkenntnisse der "Bionauten" hätten im Idealfall den Grundstein für eine Besiedlung des Kosmos legen können, für Habitate auf Mond und Mars. Die gedankliche Grundlage des Projekts hat ihren Ursprung in der Sowjetunion. Der St. Petersburger Geochemiker Wladimir Wernadski hatte in den Dreißigerjahren des vergangenen Jahrhunderts die Idee einer vom Menschen gesteuerten Biosphäre erstmals vorgestellt.

Raumfahrtforscher haben seitdem an kleinen, in sich geschlossenen Ökosystemen gearbeitet. Wissenschaftler im sibirischen Krasnojarsk betrieben in den Sechziger- bis Achtzigerjahren die "Bios"-Experimente, bei denen sie wochenlang in Kammern lebten, in denen Algen die Atemluft säuberten. In den meisten Fällen allerdings hatten die Experimente gerade einmal die Größe von Goldfischgläsern, in denen zum Beispiel Grünalgen, Bakterien und kleine Garnelen Kreisläufe für die Produktion und den Abbau von Sauerstoff und Kohlenstoff formten.

Dann wurde die "Biosphere 2" erschaffen. 150 Millionen Dollar teuer, 17.000 Quadratmeter Fläche, mit einem kleinen Ozean, Wüste, Mangroven und dem tropischen Regenwald, in dessen mehr als 20 Meter hohen Tropenbäumen kleine Primaten, sogenannte Buschbabys, herumturnten. Für die Menschen gab es zweistöckige Wohnquartiere, Labors, eine voll ausgestattete Küche und - in einem weit sichtbaren Turm - sogar eine Bibliothek.

2. Ein Raumschiff, das nicht fliegt

Es war das wohl wahnwitzigste Experiment der Wissenschaftsgeschichte. Ein Terrarium für Menschen. Ein futuristisches Raumschiff, das nicht flog. Und es war oft genug eine Hölle für die "Bionauten".

Bei Poynter dauerte es nicht lange, bis sie die Anlage das erste Mal wieder verlassen durfte. Sie schnitt sich schon kurz nach dem Start des Experiments an einer Dreschmaschine die Fingerkuppe ab, sodass sie für ein paar Stunden außerhalb des Komplexes behandelt werden musste.

Sie kehrte zurück, musste aber wie ihre Kollegen mit immer widrigeren Umständen klarkommen: Nach und nach wurde der Sauerstoff knapp, die Nahrungsmittel auch. Im Schnitt kamen die Bewohner auf 2200 Kliokalorien am Tag, bei oft harter körperlicher Arbeit. Arten wie Kolibris und Bienen starben, stattdessen breiteten sich Fadenwürmer und Kakerlaken aus. Im Team der gestressten "Bionauten" gab es massive Streitigkeiten. Das Team spaltete sich in zwei Lager, am Ende sprachen die zwei Gruppen kaum mehr miteinander.

Luftschleuse: Die "Biosphere 2" war während der Isolationsexperimente in den Neunzigern luftdicht abgeschlossen. Sie habe damals weniger Luft an die Umgebung verloren als heute die Internationale Raumstation, sagt Vizedirektor John Adams. Heute stehen die Türen neben Forschern auch zahlenden Gästen offen.
Christoph Seidler/ SPIEGEL ONLINE

Luftschleuse: Die "Biosphere 2" war während der Isolationsexperimente in den Neunzigern luftdicht abgeschlossen. Sie habe damals weniger Luft an die Umgebung verloren als heute die Internationale Raumstation, sagt Vizedirektor John Adams. Heute stehen die Türen neben Forschern auch zahlenden Gästen offen.


Technisch sei "Biosphere 2" ein Meisterwerk gewesen, betont Adams. Wir stehen draußen an einem Aussichtspunkt, Panoramablick über das Gelände. Die "Biosphere 2" habe damals weniger Atemgas an die Umgebung verloren als es die Internationale Raumstation tue, sagt Adams stolz.

Doch die biologischen Zusammenhänge waren zu komplex. Die Mikroben in den Böden des simulierten Tropenwaldes sowie in den Gewächshäusern waren viel aktiver als vorher angenommen. Sie hätten große Mengen CO2 abgegeben und im Gegenzug Sauerstoff aufgenommen, sagt Adams. Wissenschaftliche Untersuchungen belegen das.

Gleichzeitig, so Adams, seien die Pflanzen in dem riesigen Glashaus noch nicht alt und leistungsfähig genug gewesen, um den Kohlendioxidüberschuss in der Atmosphäre abbauen zu können. "Das CO2 ist angestiegen, der Sauerstoff ist gesunken. Irgendwann musste Sauerstoff von außen zugeführt werden."

Faszinierende Haustechnik: Durch die Temperaturunterschiede im Laufe eines Tages, ändern sich auch die Druckverhältnisse in der "Biosphere 2". Zum Ausgleich konstruierten die beteiligten Techniker zwei sogenannte Lungen. Hier ist der Zugangstunnel zu einer der beiden Anlagen zu sehen.
Christoph Seidler/ SPIEGEL ONLINE

Faszinierende Haustechnik: Durch die Temperaturunterschiede im Laufe eines Tages, ändern sich auch die Druckverhältnisse in der "Biosphere 2". Zum Ausgleich konstruierten die beteiligten Techniker zwei sogenannte Lungen. Hier ist der Zugangstunnel zu einer der beiden Anlagen zu sehen.

Tatsächlich war der Sauerstoffanteil der Atemluft zu diesem Zeitpunkt von 21 auf 14 Prozent abgerutscht - obwohl die Betreiber der "Biosphere 2" heimlich vor dem Start des Projekts einen CO2-Absorber installiert hatten. Diese kommen zum Beispiel in U-Booten zum Einsatz und filtern mithilfe spezieller Chemikalien CO2 aus der Luft. Das Experiment aber war damit eigentlich sinnlos, weil der ungestörte Kreislauf, wie er untersucht werden sollte, von Anfang an durchbrochen war.

Doch noch nicht einmal das wissenschaftliche No-Go half: Die kognitiven Leistungen der Bewohner in der dünnen Luft waren katastrophal. Mit den körperlichen Werten sah es auch nicht besser aus. Poynter und ihre Kollegen hielten dank der Frischluftspritze - und angeblich auch wegen verdeckter Versorgungslieferungen von außen - am Ende immerhin zwei Jahre durch. Im März 1994 folgte ein zweites Team, das dieses Mal auch nur sechs Monate in der Anlage blieb, das Experiment endete im Chaos.

Auch die wissenschaftliche Bilanz der "Biosphere 2" war desaströs, trotz allen Aufwands, trotz aller Entbehrungen. Technik für die Kolonisation fremder Welten? Hatte man nicht entwickelt. Strategien, um der Verschmutzung der irdischen Ökosysteme entgegenzuwirken? Ebenso nicht. Es bleibe der Menschheit also gar nichts anderes übrig, als die Lebensfähigkeit der Erde zu erhalten, folgerten Wissenschaftler 1996 im Fachmagazin "Science".

Besonders bitter: Viele der damals gesammelten Daten wurden nicht richtig archiviert und sind längst verschollen. Auch rückblickend ist es nicht mehr möglich, zumindest noch zu bestimmten Teilaspekten des Projekts naturwissenschaftliche Forschungsarbeiten zu veröffentlichen.

Logbuch der "Bionauten": Viele der bei den Versuchen in den Neunzigern gesammelten Daten gelten heute als verschollen. Vorhanden ist aber zumindest ein Teil der Aufzeichnungen der Bewohner. In diesen Tagebucheinträgen aus dem Januar 1992 wird zum Beispiel von mehreren Lecks in Leitungssystemen berichtet.
Christoph Seidler/ SPIEGEL ONLINE

Logbuch der "Bionauten": Viele der bei den Versuchen in den Neunzigern gesammelten Daten gelten heute als verschollen. Vorhanden ist aber zumindest ein Teil der Aufzeichnungen der Bewohner. In diesen Tagebucheinträgen aus dem Januar 1992 wird zum Beispiel von mehreren Lecks in Leitungssystemen berichtet.

3. Weniger Show, mehr Substanz

Adams wertet das Projekt trotzdem nicht als Fehlschlag. "Es gibt keine echten Fehler bei wissenschaftlichen Experimenten." Trotzdem hat die "Biosphere 2" in ihrem zweiten Leben als Labor eine deutlich bessere Ausbeute vorzuweisen. 1996 übernahm zunächst die Columbia University die Verantwortung für den Komplex. Chefwissenschaftler war der in diesem Jahr verstorbene "Großvater der Klimaforschung", Wallace "Wally" Broecker.

Forscher führten in dieser Zeit zum Beispiel im 2650 Kubikmeter fassenden Wasserbecken eine bahnbrechende Studie zum Zusammenhang von Ozeanversauerung durch CO2 und dem Schicksal von Korallenriffen durch. Erst deutlich später wurden solche Schäden auch im freien Ozean nachgewiesen.

Im Jahr 2003 verabschiedete sich Columbia jedoch aus Kostengründen, seit 2011 kümmert sich nun die University of Arizona um die Anlage, unterstützt von Ursprungsförderer Bass. Zusammen mit Partnern erforscht man den Einfluss des Klimawandels auf das Erdsystem. Weil der Komplex dafür aber nicht mehr hermetisch abgeschlossen sein muss, ziehen nun zahlreiche Touristen durch das Glashaus.

Parallel wird nach Kräften im Namen der Wissenschaft gearbeitet. Die University of Saskatchewan in Kanada etwa nutzt den künstlichen Regenwald, um die Reaktion von Pflanzen auf Niederschlagsänderungen zu erforschen. Und die University of Hawaii lässt gerade den Ozeanbereich für weitere Versauerungsexperimente umbauen.

In den ehemaligen Gewächshäusern der "Bionauten" wiederum steht heute das "Leo"-Experiment. Es soll helfen, den Wasserkreislauf so genau wie noch nie nachzustellen. Was passiert mit einem Tropfen, der im Gebirge abregnet, auf dem Weg durchs Gestein? Welche Stoffe löst er aus dem Untergrund? Welche Mikroben wachsen dank dieser Nährstoffe? In einem zweiten Schritt werde man im kommenden Jahr Pflanzen auf die Hänge setzen und sehen, wie sich das auf das Gesamtsystem auswirke, sagt Adams.

"Landscape Evolution Observatory" im ehemaligen Gewächshaus: Auf insgesamt drei solcher riesigen geneigten Tische haben Forscher hier fein gemahlenes Basaltgestein aus dem Norden Arizonas verteilt. Sie wollen die Frage untersuchen, was mit Wasser beim Weg durch das Gestein passiert. Welche Minerale werden herausgelöst? Welchen Bakterien dienen sie als Nahrung? Im kommenden Jahr soll der Versuch auch um Pflanzen ergänzt werden.
Christoph Seidler/ SPIEGEL ONLINE

"Landscape Evolution Observatory" im ehemaligen Gewächshaus: Auf insgesamt drei solcher riesigen geneigten Tische haben Forscher hier fein gemahlenes Basaltgestein aus dem Norden Arizonas verteilt. Sie wollen die Frage untersuchen, was mit Wasser beim Weg durch das Gestein passiert. Welche Minerale werden herausgelöst? Welchen Bakterien dienen sie als Nahrung? Im kommenden Jahr soll der Versuch auch um Pflanzen ergänzt werden.

Unterdessen geht das Experiment der Menschheit mit der "Biosphere 1" weiter. Auf der Erde leben inzwischen 7,5 Milliarden Menschen. Und als Poynter, MacCallum und die anderen sich einschließen ließen, da lag die CO2-Konzentration in der Atmosphäre im Jahresschnitt bei 355 Teilchen CO2 pro eine Million Luftteilchen (ppm). In diesem Jahr dürfte der Wert nun im Mittel 410 ppm erreichen.

Wie die Welt sich dadurch verändert, das wird auch in der "Biosphere 2" erforscht. Nicht mehr mit einem so gigantomanischen Ansatz wie einst. Aber womöglich mit belastbareren wissenschaftlichen Ergebnissen. Erste Veröffentlichungen der "Leo"-Forscher gibt es jedenfalls bereits.



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