El problema del oxígeno de la Biosfera 2 es fácil de recordar como un fracaso: ocho personas encerradas bajo un vidrio, el aire escaseando a su alrededor y el sueño de una vida autónoma se topa de repente con una química que no había tenido en cuenta en su totalidad.
Eso es demasiado simple.
En septiembre de 1991, cuatro hombres y cuatro mujeres entraron en la Biosfera 2, una instalación de investigación de 3,14 acres en Oracle, Arizona, construida como un sistema ecológico materialmente cerrado. La Universidad de Arizona, que ahora es propietaria de la instalación, describe el recinto de vidrio original como un lugar donde dos misiones entre 1991 y 1994 sellaron a personas en su interior para medir la capacidad de supervivencia.
Estos son informes científicos históricos, no consejos médicos. El experimento implicó la exposición humana al oxígeno, pero el punto aquí es lo que el sistema cerrado reveló sobre ecología, ingeniería y atmósfera.
El primer cierre duró dos años, del 26 de septiembre de 1991 al 26 de septiembre de 1993. En su interior había una selva tropical, un océano, humedales de manglares, praderas de sabana, un desierto de niebla, una zona agrícola y viviendas. El objetivo no era simplemente poner a la gente en un invernadero. Fue para probar si un mundo cerrado podría mantener el aire, el agua, los alimentos y los desechos en ciclos lo suficientemente bien como para sustentar a los humanos.
Este es un experimento de cierre, no un modelo claro para cada hábitat cerrado. Pero sigue siendo una de las demostraciones más vívidas de lo difícil que es construir un sistema vivo cuya química invisible se mantenga equilibrada.
El mundo de cristal estaba lo suficientemente sellado como para exponer el problema.
Biosfera 2 no era hermética en el sentido imposible. Ningún edificio grande lo es. Pero estaba lo suficientemente sellado como para que los lentos cambios atmosféricos se hicieran mensurables. La instalación incluía un revestimiento de acero inoxidable soldado debajo de la estructura y una enorme envoltura de vidrio sellada encima. Su propia descripción oficial enumera 7,2 millones de pies cúbicos bajo vidrio sellado y 6.500 ventanas.
Esa rigidez importaba. Si el recinto hubiera tenido fugas libremente, la pérdida de oxígeno podría haber sido enmascarada por el aire exterior normal. Más bien, el experimento se convirtió en una especie de enorme balance atmosférico. La fotosíntesis, la respiración, los microbios del suelo, la respiración humana, el crecimiento de los cultivos, la química del hormigón y la luz solar diaria tenían que sumar.
No lo hicieron.
En un artículo de 1994 en Eos, Transactions American Geophysical Union, Jeffrey P. Severinghaus, Wallace S. Broecker y sus colegas describieron lo sucedido en términos crudos. El oxígeno dentro de la Biosfera 2 cayó durante los primeros 16 meses desde una concentración atmosférica aproximadamente normal, alrededor del 21 por ciento, a alrededor del 14 por ciento.
Esa no fue una pequeña fluctuación de laboratorio. Un catorce por ciento de oxígeno es comparable a respirar a gran altura. El periódico dijo que la caída fue suficiente para causar problemas de salud a las personas que estaban dentro. Otros relatos de la misión describen fatiga, poca energía y la eventual decisión de agregar oxígeno desde el exterior.
Por qué la explicación obvia estaba incompleta
A primera vista, la desaparición del oxígeno parece sencilla. Las personas y los animales lo respiran. Los microbios lo consumen. Las plantas lo liberan durante la fotosíntesis. Si el oxígeno disminuye, tal vez las plantas no estén produciendo lo suficiente o algo más esté consumiendo demasiado.
Eso era en parte cierto. Los suelos de la Biosfera 2 habían sido cargados de materia orgánica para sustentar cultivos y otros ecosistemas. Los microbios del suelo respiraron ese material, consumiendo oxígeno y liberando dióxido de carbono. El artículo de Eos de 1994 identificó la respiración microbiana de la materia orgánica en los suelos como el principal factor de pérdida de oxígeno.
Pero hubo un segundo enigma. Si se consumía oxígeno y se producía dióxido de carbono, ¿dónde estaba todo el dióxido de carbono?
Los niveles de dióxido de carbono dentro de la Biosfera 2 aumentaron y disminuyeron drásticamente. Cambiaban a lo largo del día a medida que las plantas hacían la fotosíntesis a la luz del sol y los organismos respiraban por la noche. También tenían patrones estacionales. Pero la falta de oxígeno no fue acompañada por una simple y permanente acumulación de dióxido de carbono en el aire.
Ese desajuste señaló la parte del edificio que no parecía viva en absoluto: el hormigón.
El hormigón pasó a formar parte de la atmósfera.
Severinghaus, Broecker y sus colegas argumentaron que el dióxido de carbono producido por la respiración del suelo estaba reaccionando con el hormigón expuesto dentro de la Biosfera 2 para formar carbonato de calcio. En términos sencillos, parte del carbono estaba quedando atrapado en el material de construcción.
Eso es importante porque el oxígeno todavía se consumía durante la respiración. El dióxido de carbono que normalmente revelaría el uso de oxígeno estaba siendo eliminado en parte del aire por la propia estructura. El hormigón no era sólo un escenario. Estaba participando en el ciclo del carbono.
Esta es la parte de la historia que hace que Biosphere 2 sea más interesante que la versión común del “experimento sellado que salió mal”. El problema no fue que los diseñadores olvidaran que los humanos necesitan oxígeno. Era que un sistema ecológico cerrado convierte materiales ordinarios en actores químicos activos. El suelo, el hormigón, el vidrio, la luz, el agua y los cultivos pasan a formar parte del mismo sistema contable.
En un edificio abierto, el hormigón que reacciona lentamente con el dióxido de carbono es una cuestión química de fondo. En un mundo sellado, se convierte en química de soporte vital.
El rescate fue el oxígeno, pero la lección fue la contabilidad
A medida que el oxígeno siguió cayendo, la misión no continuó simplemente sin cambios. En 1993 se añadió oxígeno exterior para mantener segura a la tripulación. Esa decisión generó críticas porque Biosphere 2 había sido presentada públicamente como un experimento de sistema cerrado. Pero la intervención también dejó claro qué tipo de experimento era realmente.
Una demostración intenta demostrar que un diseño ya funciona. Un experimento pone a prueba lo que sucede cuando se permite que la realidad responda.
La adición de oxígeno significó que Biosphere 2 no cumpliera con la versión más romántica de su promesa pública original. No funcionó como una Tierra en miniatura perfectamente autosuficiente. Pero como objeto científico, reveló un modo de falla específico e importante: un sistema cerrado de soporte vital puede perder oxígeno respirable porque la respiración biológica y la química de los materiales de construcción interactúan de maneras inesperadas.
Joel Cohen y David Tilman plantearon un punto relacionado en un artículo de Science de 1996 sobre la Biosfera 2 y la biodiversidad. Describieron el experimento como una fuente de lecciones sobre la interrelación de plantas y animales en los sistemas ecológicos. La disminución del oxígeno fue una de esas lecciones, porque demostró que la estabilidad atmosférica depende de algo más que mantener vivos a los organismos en el mismo recinto.
Por qué la Tierra hace que el problema parezca más fácil de lo que es
La Tierra también tiene microbios, suelos, reacciones minerales similares al hormigón, plantas y animales. La diferencia es la escala.
La atmósfera de nuestro planeta es enorme. Sus océanos, rocas, suelos y sistemas vivos intercambian carbono y oxígeno a través de enormes reservorios y en largas escalas de tiempo. Los desequilibrios locales pueden absorberse, diluirse o amortiguarse. Un recinto de vidrio de 3,14 acres no tiene ese margen. Un proceso que es pequeño según los estándares planetarios puede volverse decisivo cuando el suministro de aire es limitado.
Biosphere 2 hizo visible ese problema de escala. La tripulación no podía tratar “el medio ambiente” como un trasfondo. El aire era un recurso compartido con un presupuesto mensurable. El suelo no era simplemente el lugar donde crecían las plantas. El edificio no estaba inerte. La supervivencia humana dependía de que la química de todo el sistema se mantuviera dentro de límites estrechos.
Es por eso que la historia del oxígeno sigue siendo importante para los vuelos espaciales y la habitación planetaria. Cualquier hábitat de larga duración en la Luna, Marte o una nave espacial tendría que gestionar la atmósfera con aún menos indulgencia. Las máquinas pueden eliminar el dióxido de carbono y generar oxígeno, pero los conceptos de soporte biológico de la vida son atractivos porque las plantas pueden reciclar desechos, producir alimentos y ayudar a sustentar el aire. Biosphere 2 mostró tanto el atractivo como la trampa: la biología no se comporta como una simple máquina.
El experimento no terminó tan bien como el mito.
Biosphere 2 se convirtió en un espectáculo mediático. Suscitó críticas sobre la gestión, el diseño científico, el suministro de alimentos y las intervenciones externas. Esas críticas son parte de la historia y algunas fueron serias.
Pero la disminución del oxígeno no debe descartarse como una simple vergüenza. Fue una medida. El sistema permaneció cerrado el tiempo suficiente para que un proceso atmosférico oculto se hiciera visible. La gente que estaba dentro sintió las consecuencias antes de que se entendiera completamente la química.
Hoy en día, Biosphere 2 ya no intenta funcionar como una Tierra en miniatura sellada con una tripulación residente. Depende de la Universidad de Arizona y funciona como una gran instalación de investigación del sistema terrestre. Su trabajo actual es diferente, pero el experimento original sigue siendo útil porque puso un límite estricto alrededor de un mundo vivo y observó lo que hacía el límite.
El oxígeno no desapareció sin causa. Fue arrastrado a través del metabolismo, la química del suelo y el hormigón hasta una forma que la tripulación ya no podía respirar. Ésa es la lección que se esconde tras las famosas paredes de cristal: cuando cierras un mundo, ya nada es sólo un fondo.
Fuentes
Producido con asistencia de IA. Revisado por el equipo editorial de ScienceBlog.com antes de su publicación.