바이오스피어 2

Biosphere 2 바이오스피어2

1. 개요2. 실험 과정

2.1. 실험 목표2.2. 실험 결과

3. 실패 원인4. 성과와 교훈5. 그 뒤의 바이오스피어6. 매체에서의 등장

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1. 개요

1991년 미국 애리조나 사막, 정확히는 투싼 근처에서 행해진 프로젝트. 외부와 단절된 독립적인 생태계를 만들기 위한 프로젝트이다.

이름만 보면 바이오스피어라는 프로젝트의 2번째 버전이라고 오해할 수도 없는데 그런 건 아니다. 바이오스피어 1이 아니라 2가 된 이유는 바이오스피어 1은 우리가 사는 지구의 생태계 그 자체를 의미하고, 바이오스피어 2는 지구의 생태계와는 독립된 '제2의 생태계'를 의미해서 지어진 이름이기 때문이다.

2. 실험 과정

2.1. 실험 목표

실험의 주체는 버키볼로 잘 알려진 버크민스터 풀러의 말 한 마디 "만약 바이오스피어를 자네들이 세우지 않는다면 누가 세우겠나?" 에 자발적으로 모여들어 실험해보기로 결심한 바이오스피어 연구집단이다.

실험 목표는 첫째, 지구와 떨어져 있으나 지구와 똑같은 생태계에서 궁극적으로 생명유지장치의 모든 면에서 100% 재활용이 가능하며, 지구에서 떨어져 그 안에 거주하는 대원들에게 물질적으로 모든 면에서 자급자족을 할 수 있게 해주는 것이었다.

두 번째 목표는 생태학 연구를 위한 실험실, 즉 시험관 속에 있는 세계를 제공해주는 것이었다.

이를 위해 기술자, 생태학자, 건설 노동자, 건축가, 설계사, 의사, 전기 기술자, 배관공, 용접공, 등산가, 식물학자, 농학자, 식물 병리학자, 회계사, 사진 촬영 기사 등 400명이 넘는 전문가들이 참여했다고 한다.

콘크리트와 유리 등으로 외부와 차단하여 완벽하게 밀폐된 공간의 내부는 7개의 서로 다른 환경 구역으로 나눠졌고, 각각의 구역은 지구의 여러 생태계를 미니어처화해 구현했다. 그에 따라 아마조니아 등 각종 지방에 있는 식물과, 300종에 이르는 동물을 배치한 그야말로 생태계의 축소판이었다.

파일:external/www.skyatnightmagazine.com/OffWorld_biosphere2.png

그리고 이런 상태에서 100년간, 내부 인원을 2년 주기로 교대하여 생활하는 것을 목표로 한 야심찬 프로젝트를 시작했다.

2.2. 실험 결과

인공 지구 개발의 토대가 되는 중요한 기초 실험이였던 만큼, 과학자들과 실험자들도 호기롭게 도전했지만 실험은 시작부터 삐걱대기 시작했다.

우선 밀폐하자마자 토양에 섞여 있던 호기성 미생물이 막대한 양의 산소를 소비하기 시작했다. 원래 계산대로라면 비옥한 토양 덕에 식물이 번성하여 공기 중의 이산화탄소를 산소로 바꾸어 생태계와 같은 순환을 이루어야 했지만 문제가 발생했으니, 이유를 알 수 없는 이산화탄소 고갈 현상이 나타났다는 것이다.

순환체계에서 한 고리가 완전히 빠져버린 것이라, 모든 생태계 균형이 서서히 무너졌다. 식물이 산소를 만들어내기 위해서는 이산화탄소가 필요한데 이산화탄소가 사라지니 산소가 만들어지지 못했고, 산소가 부족하니 동물은 이산화탄소를 만들어낼 수 없어서 식물이 만들어내는 산소가 더 줄어드는 악순환에 빠지게 된다.

바이오스피어 2 연구진들은 이산화탄소가 점점 사라지는 상황에서 원인을 파악하지 못하고 어찌할 바를 몰랐다. 수확해둔 식물을 구워서 이산화탄소를 만드는 궁여지책도 세웠지만 일시적인 효과밖에 볼 수 없었고, 결국 이산화탄소 농도뿐만 아니라 산소 농도도 같이 곤두박질치는 현상으로 이어졌다.[1] 한마디로 그냥 산소가 희박해져서 모두 고산병에 걸렸다. 이러한 생태계 붕괴로 식물들까지 죽어나가자 광합성 할 식물들이 줄어들고 산소 농도는 회복이 안 되니 밤에는 역으로 이산화탄소 농도가 2~3배 되어 연구자들이 호흡하기도 힘들어지고 가축들도 죽어나가기 시작했으며[2] 바다를 묘사한 해양생물관에서는 과다한 이산화탄소가 바닷물에 녹으면서, 급격한 산성화가 진행되어 산호들까지 죽어나갔다.

이산화탄소가 사라지는 문제는 실험이 끝나기 얼마 전에야 겨우 원인을 알아냈다. 바이오스피어 안에는 콘크리트 산을 조성해 두었는데, 거대한 콘크리트 덩어리 속 석회 성분이 이산화탄소를 계속 흡수하던 것이었다.

Ca(OH)₂+CO₂ → CaCO3+H₂O

알고 보면 너무나 간단한 문제인데 1년이 지나도록 여기에는 생각이 미치지 않았던 것. 결국 콘크리트를 삶아서 이산화탄소를 빼내고, 재흡수를 막기 위해서 콘크리트 위를 페인트로 칠해서 겨우 이 문제를 해결했다. 하지만 이미 최악으로 떨어진 돔 안의 상황을 어느 정도 타개하고자 외부의 공기를 돔으로 넣는 작업을 한 차례 한 뒤라 실험의 의의가 퇴색했다.

거기다 유리 돔은 햇빛을 반사시켜 절반 정도만 통과시켰고, 식물은 성장이 느려졌다. 일조량이 풍부한 애리조나의 사막인데도 불구하고 상당히 문제가 컸다. 특히 겨울과 엘니뇨 때 일조량 문제가 심각했다고 한다.

또한 곰팡이가 창궐하여 완두콩 밭 전체가 죽어가거나 응애 때문에 감자들을 잃어버리기도 했다. 감자 문제는 응애의 천적인 칠레이리응애[3]와 집게벌레 등을 방사하여 해결했지만, 이 탓에 섭취 음식의 절반 이상을 고구마로 때워야 했다. 고구마에 함유된 베타-카로틴 성분 때문에 대원들의 피부가 노랗게 변하기도 했다. 더군다나 응애 뿐만이 아니라 바퀴벌레 등 해충까지 창궐하는 일까지 벌어지며 실험자들에게 고난의 행군을 강요하였다.

물론 염소, 닭, 돼지들을 키워서 식량을 보충하기도 했으며 갈라고, 헬리코니우스나비, 푸른혀도마뱀, 두꺼비, 틸라피아, 생쥐 등 야생동물들도 살고 있었다. 너무나 좁았던 경작지의 면적에 비해서 성과 자체는 훌륭했다. 폐회로, 생물 재생, 무공해성, 자급자족의 집약 농업 시스템으로써 NASA의 수경 재배 시스템에 맞먹는 높은 생산성을 올렸다고 한다.

그러나 실험자들은 노동량은 과도한데 음식은 충분히 먹지 못해 만성적인 영양 부족, 특히 지방 부족에 시달렸고 공기 중에 산소는 부족하고 이산화탄소는 많아서 우울증을 겪거나 성격이 공격적으로 변하였다. 극심한 스트레스 속에서 실험자들은 반반으로 파벌이 나뉘어 실험이 끝나갈 때 쯤에는 서로 말 한마디 섞지 않을 정도로 사이가 나빠졌다. 실험자 중 한 명은 실험 과정에서 병을 얻어 몇 년 지나지 않아 사망하고 말았다.

일단 그래도 어찌저찌 첫 실험은 2년을 채우고 종료, 이후 문제가 된 콘크리트 부위를 추가로 코팅하는 등의 개선을 취한 후 2차 실험대까지 2년을 목표로 들어갔으나 실험대 교체 과정에서의 불만으로 1차 실험대의 일부 인원들이 시설에 사보타주 [4]를 벌이고, 외부 관리자 팀의 교체에 얽혀 실험대가 반발하는 등 총체적인 개판이 벌어졌고 결국 10개월을 못 채우고 2차 실험 중단 후 실험대 전원 퇴소로 끝나면서 이 원대한 실험은 완전히 동력을 잃어버렸다.

결국 장장 100년을 계획했던 이 계획은 첫 실험자들이 실험을 끝낸 2년 + 2차 실험대가 진행한 10개월 정도로 끝장났고 지어놓은 이 거대한 시설은 애리조나 대학교의 실험시설 + 기념성 관광지로 남게 되었다.

3. 실패 원인

목표를 제대로 설정하지 않았기에 여기저기 쓸데없이 욕심만 너무 많이 부렸다. 결국 최대목표인 폐쇄 생태계의 완성은 완벽하게 실패. 다만 '연구'라는 관점에서는 절반의 성공이라고 할 수 있다. 폐쇄 생태계를 만들기가 불가능하지는 않다고 실증하였다. 또한 온갖 '예상치도 못한 문제점'들이 속속 드러나면서 다음에 다시 폐쇄생태계를 만들 시도를 하려는 이들은 바이오스피어 2에서 생긴 여러 문제점들을 예상범주에 포함할 수 있게 되었다.

실험자들은 바이오스피어 2를 건설하면서 제2의 지구를 그대로 복제하는 것에 집착하여, 그 시스템을 갖추는데 과도한 공간과 노동이 소요되었다. 우림, 맹그로브 습지, 안개 사막, 사바나 초원, 산호초를 갖춘 해양 생태계를 모두 돔 안에 재현하려 했다. 생태환경이 다양하면 좋지만, 바이오스피어 2는 이 로망에 집착해서 불필요할 정도로 광범위한 생태계와 생물군을 갖췄다. 물론 내부 전체가 초원이라면 심심하기 짝이 없긴 하겠지만, 한정된 면적과 2년 동안 완전폐쇄 후 자급자족이라는 목표를 생각하면 열대우림이나 사막 같은 식생까지 굳이 다 재현할 필요가 있었는지는 의문이다. 또한 제2의 지구를 복제한다면서 바다의 면적과 깊이는 지구와 비교할 수 없을 정도로 작아서 완벽하게 복제하지도 못했다. 바이오스피어2 실험 후반부에 그동안 고갈된 이산화탄소가 역으로 폭주할때 지구와 유사한 환경이라면 70% 이상이 깊은 물이라 과다한 이산화탄소정도는 물에 녹으면서 안정화 되었을텐데, 바이오스피어2에서는 바다에 해당하는 부분이 훨씬 작고 앝아서 이산화탄소를 저장할만한 용량이 안되었다. 결국 실험 후반부에 폭주하는 이산화탄소를 감당하지 못했고 산성화되면서 생태계가 망가젔다.

실험 초기에 실험자 한 명이 손에 자상을 입어 외부 병원으로 나가서 수술을 받고 돌아왔다는 이유로 이 실험이 실패라고 주장하는 사람들도 있다. 그렇지만 치료할 수 있는 사람을 실험을 위해서 방치함은 연구윤리에도 어긋나고, 에어락을 이용해 기체 교환도 최소화하였으니 이를 실험 실패라 보긴 어렵다.

외부로부터 맥주나 초콜릿 같은 기호품을 몰래 들여갔다고 한다. '꼭 술을 먹어야 되겠냐! 이 술꾼들아!'라고 할수도 있겠지만, 소수의 인원이 장시간 폐쇄된 환경에서 지내야 하는 실험 특성상 술이나 담배, 간식등 스트레스를 경감하기 위한 기호품에 대해서도 고려해 두는 것이 당연한 일이며, '2년간 완전히 폐쇄환경을 유지한다.'는 목표에 지나치게 집착하지 않았다면 '바이오스피어 2 내부에서 자족하기 힘든 일부 물자는 외부에서 공급받는다.'는 식으로 접근할 수도 있었다는 것. 물론 외부 물자를 반입하면 폐쇄 생태계에서 자급자족하는 실험이라는 의미가 퇴색하지 않느냐고도 할 수 있겠지만. 처음부터 외부(바이오스피어 1, 즉 지구)의 자원을 이용했고, 예를들어 먼 훗날 화성 거주지를 개척하게 되더라도 아마 완전히 정착하기까지 상당기간은 자급자족하기 힘든 일부 물자는 지구에서 보급받아야 할 가능성이 높다. 실험 시작 6개월째에 실험자들은 바이오스피어 2 내에서 나온 재료만으로 피자 만들기에 성공했다. 일상에서는 전화 한 번이면 바로 얻을 수 있는 피자를 온전히 만들어내는 데에 6개월이나 걸렸다는 데에서 당장의 생존이면 모를까 기호품 자체 생산은 얼마나 요원한 이야기인지 알 수 있다.

바이오스피어 계획을 100년간 진행할 예정이었음을 생각한다면 내부에서 사용하는 기계 부품이나 각종 공산품 등은 어차피 실험 진행 도중 외부에서 공급 받을 수 밖에 없고, 1991년 이후 사반세기동안 진행된 컴퓨터 및 정보통신, 로봇공학기술등의 엄청난 발전까지 생각한다면 폐쇄 생태계 실험에 엄청난 도움이 될 각종 컴퓨터나 드론도 도입하는 것이 바람직했다. 결국 실험 시작부터 '2년간 외부와의 교류가 완전히 차단된 상황에서 생존해보자!'고 지나치게 높은 목표를 잡기보다는 '식량, 공기, 물 정도만 폐쇄된 생태계에서 자급자족. 긴급한 환자나 내부에서 자급할 수 없는 물자 등은 외부에 의존'같이 좀 더 현실적인 목표를 세우고, 실험 참여자들 역시 무조건 2년 후 교대가 아니라 수 개월 단위로 팀을 교대하는 등 좀 더 실험의 효율을 높이는 방법도 있었다. 그리고 실험이 계속 성공적으로 진행된다면 술이나 담배등 농작물에서 얻을 수 있는 기호품은 내부에서 자급하기 시작한다거나, 2010년대 이후 본격적으로 보급된 3D 프린터 기술등을 도입하여 간단한 공산품은 내부에서 직접 생산→소재를 재활용하는 등 실험의 진행에 따라 자급율을 계속 높여가며 최종적으로 폐쇄 생태계의 완성을 지향할수도 있었을 것이다. 요컨데, 실험 설계자들의 야심이 과도하고 목표도 통일되지 않은 상태에서 로망만 앞세워 단번에 폐쇄계를 장기간(2년) 운영하려고 든 것은 무리수였다. 그리고 이 무리수는 결국 2차 실험대에서 한꺼번에 폭발해 제대로 개판이 나버려 계획을 끝장내는 데 지대한 영향을 미쳤다.

이후 아래에서도 언급할 NASA의 폐쇄환경 실험은 폐쇄 공간이란 점은 같지만 화성 탐사 등 장기적인 유인 우주 탐사 환경을 시뮬레이션한다는 명확한 목표로 바이오스피어보다 훨씬 작은 생활 공간에서 진행되었고 개판이 난 바이오스피어 2보다 훨씬 순조롭고 성공적으로 실험이 진행되었다.

4. 성과와 교훈

상당한 어려움은 있었지만, 아무튼 이렇게 폐쇄적인 극소규모 생태계도 만들기에 따라서는 유지될 수 있다는 것을 알 수 있었다. 공학적인 측면과 구현적인 측면에서 다소 문제가 있었지만, 이러한 것들은 충분히 해결될 수 있는 문제이고 앞으로 우주에 생태 식민지가 건설된다면 바이오스피어 2 실험은 훌륭한 전례로 남게 될 것이다. 폐쇄 순환 생태계를 유지하기 위한 기술적인 노하우를 많이 얻을 수 있었다.

이러한 폐쇄 환경에서 인간에게 일어날 수 있는 정신적 영향에 대해서 상당한 연구가 이루어졌다.

폐쇄된 환경에서는 콘크리트를 대량으로 사용하면 안 된다는 사실을 알게 되었다.

인간이 생태계를 모방하고 창조하는 것은 어려우므로 깨끗한 환경과 지구를 보전해야 한다는 것을 알게 되었다. 상기된 바와 같이 비용과 노력을 들여 시행착오와 개선 과정을 거치면 폐쇄적인 생태계의 모방과 창조도 가능하기는 할 것으로 보이지만, 하다못해 '콘크리트가 이산화탄소를 쳐묵쳐묵 한다'는 것과 같이 알고보면 아무것도 아닌 문제조차 미리 예견하기는 쉽지 않고, 해결책을 찾지 못하는 동안 폐쇄 생태계의 구축 자체를 위협할 수도 있다. 따라서 인공적인 생태계의 구성이 설령 가능하더라도 그 구축과 완성에 이르는 과정이 결코 쉽지는 않으며 연구와 개선, 실패와 시행착오를 거쳐야 비로소 완성에 이를 수 있을 것임을 예견할 수 있는 것이다. 결국 과학기술의 발전이 장기적으로 환경 문제에 대한 대책이 될 수 있다고 생각하는 기술적 낙관주의자들에게도 그 대책까지 이르는 길이 결코 쉽지만은 않을 수 있음을 알려주는 효과가 있었다는 것.

5. 그 뒤의 바이오스피어

바이오스피어 연구회는 엄청난 분쟁을 겪었으며, 90년대 초반 기준 2억 달러를 소모한 뒤에 포기되었다.[5] 그 뒤 실험 시설은 여러 대학 연구실의 소유를 거쳤고 나름 실험이나 관광지로 사용되었다. 애리조나 대학교가 소유하고 있으며 관광용으로 사용중이다.

2009년부터는 외부와의 차단 실험은 중지된 상태이며, 대신 공기를 제외한 독립 생태계는 어느 정도 구현되어 있다. 사막 한가운데 열대 우림이 떡하니 들어서 있는 걸 보면 기술력과 자금력 위력을 체감할 수 있다. 방문하면 투어도 가능하며, 지금은 사용하지 않는 '폐'에도 들어가 볼 수 있다. 피닉스나 투싼을 방문하게 된다면 한 번은 들러볼 만한 장소.

바이오스피어 2에서 직접 생활한 사람의 이야기를 들어보고 싶다면 여기로. 발표자 제인 포인터(Jane Poynter)가 쓴 책도 있다. 2008년 "인간 실험 : 바이오스피어2, 2년 20분"이란 제목으로 번역출판되었다.

인근에 인류 최초의 아르콜로지인 '아르코산티'가 있다.

NASA는 하와이에서 비슷한 실험을 하고 있다. 프로젝트명은 참으로 NASA답게 HI-SEAS라는 명칭. 다만 폐쇄된 공간 내에서 새로운 생태계를 창조한다는 바이오스피어 2 프로그램과 달리 화성에서의 유인 우주 탐사를 시뮬레이션해 같은 환경에서의 장기적인 생존을 연구한다는 취지로 바이오스피어보다 훨씬 더 구체적인 미션이 진행했는데, 2015년 8월 투입된 4기 팀이 365일에 달하는 일정을 마무리하고 2016년 7월 말에 일정을 끝내고 8월 말에는 성공적으로 완료했다. # 사실 이 실험은 외부와 차단되었다는 점 외에는 생태계 순환과는 전혀 관계없다. 영화 마션을 떠올리면 차라리 더 정확하다.

6. 매체에서의 등장

보통 화성 등 외계 행성에 이주하는 내용의 SF의 경우 대부분 바이오스피어 2를 참고해 만들어진 듯한 인공생태계형 돔에 거주하는 것으로 나온다.

바이오돔 - 이 실험을 소재로 한 영화. 간단히 말해 이 실험과 유사한 '바이오돔'이라는 실험이 시작되려는 순간 두 얼간이 사고뭉치가 얼떨결에 들어와버리고, 이미 카운트다운을 시작했기에 어쩔 수 없이 과학자들이 이 둘과 생활하기 시작한다는 내용이다. 하지만 평은 매우, 매우 나쁘다. 당연히 한국에는 개봉도 안되었고. 무슨 영화인지 궁금하면 Nostalgia Critic의 리뷰가 있으니 참고하자.

이터널시티2 - 바이오스피어: 이름부터가 바이오스피어. 이쪽은 좀비 사태로 인류가 멸망의 위기에 처하자 과학자들이 중심이 되어 미국 동부의 한 섬에 바이오스피어 2에서의 경험을 살려 완전 자급자족 가능한 도시를 건설하고 인류 문명을 보존해낸다는 배경 설정을 가지고 있다. 바이오스피어 지역 자체는 업데이트되지 않았는데, 이터널시티3로 인력이 쏠리면서 사실상 중단되었다.

~~문명 6 - 바이오스페어~~ : 이쪽은 바이오스피어2가 아니라 몬트리올의 바이오스피어가 원본이다.

[1] 산소 농도가 원래 21%(과학 시간에 배우는, 공기에서 산소의 농도와 같다.)였는데 이 때는 14%였다고 한다. [2] 앞서술에는 이산화탄소 부족을 썼다가 뒤에서는 연구원들이 높은 이산화탄소로 인해 건강과 심리적으로 안좋아젔다는 상반된 서술이 나오는 게 이 때문이다. [3] Phytoseiulus persimilis. 다른 응애 종들을 포식하는 종으로 알려져 있다. [4] 유리창을 깨부수고 에어락까지 열어버렸다. [5] 바이오스피어2는 처음부터 영리 목적의 사업이 아니었기에 투자자들이 쪽박을 찼다는 루머는 순전히 낭설이다.