生物圈二号

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生物圈二号

生物圈二号英语Biosphere 2)位于美国亚利桑那州图森市北部的Oracle地区,是爱德华·P·巴斯及其他人员主持建造的人造封闭生态系统。占地1.3万平方米,大约有8层楼高,为圆顶形密封钢架结构玻璃建筑物。“生物圈二号”建造于1987年到1989年之间,它被用于测试人类是否能在以及如何在一个封闭的生物圈中生活和工作,也探索了在未来的太空殖民中封闭生态系统可能的用途。“生物圈二号”使得人们能在不伤害地球的前提下,对生物圈进行研究与控制。“生物圈二号”的名字来源于它的原始模型“生物圈一号”,即地球。

目前该项目已由资建者艾德·巴斯捐赠给亚利桑那大学[1]

历史[编辑]

起源[编辑]

生物圈二号的想法最初来自于协作者组织,一个有些偏激的环保团体,由约翰·P·艾伦领导,生物圈二号计划成形于1982年的一场在法国乡村召开的会议,出席者包括一些世界顶尖的科学家。之后不久,协作者组织开始起草关于封闭结构的计划,这个封闭结构可以作为火星殖民的实验基地、潜在核大战后的庇护所,也可以用作居住型实验室,对整个生态系统进行大尺度研究。[2]

1987年《发现》杂志上的一篇文章称生物圈二号是“继肯尼迪总统启动登月计划后美国最激动人心的科学工程”。参与生物圈二号计划的人,和宇航员一般被视作英雄。[2]

建设[编辑]

在美国得克萨斯州的亿万富翁艾德·巴斯的资助下,这一工程开始成形,这个富有野心的计划需要建造前所未有的巨大封闭环境,大到能容纳热带雨林、红树林沼泽、热带草原、沙漠,甚至还有一片可容纳珊瑚礁、能掀起阵阵海浪的“海洋”。封闭环境中还有大量空间用来种植食物,配备有完善的农业设备,包括一台打谷机[2]

前期试验[编辑]

在生物圈闭合前,在测试模块(一个更小的封闭系统)内完成了三个小型任务。这些测试的目标相当有限,主要是对废物循环系统进行测试。

任务一[编辑]

生物圈二号

整个计划总共有两次任务;第一次任务计划从1991年9月26日起至1993年9月26日结束,第二次任务在1994年进行了6个月。

在第一次任务中,其農業系統生產了近83%全數組員的飲食,包括不同種類的穀物與水果。然而,由於缺乏經驗,第一年試驗期間八名的組員均處於長期的飢餓狀態,體重大量減輕。此狀態一直到第二年才有所改善,在食物生產量成長之後,八名組員的體重皆有所回升。

除食物問題之外,生物圈2號亦遭遇氧氣與二氧化碳濃度變化的問題。在實驗期間,其內部氧气浓度以每月0.5%的稳定速率不断下降,一直持续到内部大气成分与海拔超过1200m的地区相似。最终,氧气浓度降低到了危险水平,部分實驗員的生理產生不良反應。因此,外界管理團隊不得不於1993年1月,與1993年8月从外界泵入纯氧。氧气浓度下降的元凶被怀疑是土壤中生存的微生物农业区、热带草原区和雨林区都在任务前引入了微生物以支持植物生长。直到后来才发现这些微生物消耗了太多的氧气。

这个推测存在的一个问题是:既然微生物大量地消耗了氧气,那同时也应该产生大量的二氧化碳,但在大气成分分析中并未发现二氧化碳成分有明显的增加。进一步的调查显示,位于基部的混凝土在硬化过程中吸收了这些二氧化碳。这个过程有效地吸收掉了微生物产生的大部分二氧化碳,从而间接导致了整个环境中氧气的衰竭。然而,由于后来又重新补充了氧气和其他的一些所需物質,该计划失掉了一些可信度。

與此同時,生物圈2號內部的生態亦發生許多改變。大量的授粉昆蟲滅絕,同時一種熱帶螞蟻,與蟑螂大量孳生,成為優勢物種,並負起一部分授粉的責任。同時間,由於二氧化碳濃度升高,部分熱帶雨林區的先驅物種快速成長,導致其枝幹支撐力薄弱,變的容易坍塌。

任务二[编辑]

在任務一結束,任務二尚未開始之前,生物圈2號針對任務一時所發現的種種問題進行了大規模的改善工程與研究。由於混凝土是吸附二氧化碳的元凶,因此所有混凝土的表面都加以塗封,以防止其吸收二氧化碳。

第二次的任務自1994年3月6日開始,預期持續執行10個月。不同於第一次任務時八名組員一開始無法生產足夠的食物,任務二的組員已有能力達成足量食物生產的目標。1994年4月5日。任務2遭遇十分嚴重的外界干擾,被迫打開艙門並違反原訂的完全隔離。事件發生之後,生物圈2號第二次任務歷經兩次組員更動,並由於管理公司的財務困難,於1994年9月6日結束。這也是生物圈2號所進行的最後一次封閉環境住人試驗。

哥伦比亚大学[编辑]

1995年,“生物圈二号”的拥有者向哥伦比亚大学转让了管理权。从1996年起,上百名大学生在“生物圈二号”的中心场地至少实习了一个学期(至2003年为止)。场馆内自建有宾馆和会议中心。在这段时间内,哥伦比亚大学取消了“生物圈二号”所有与生物圈相关的任务。

出售[编辑]

在2005年1月10日,“生物圈二号”的拥有者Decisions投资公司宣布“生物圈二号”场地将予以出售。他们希望将这座综合建筑用于研究用途,但也不拒绝其他目的的买主,例如大学、教堂、休假中心、疗养中心等。在出售的这段时间内仍然允许游客参观,参观者会被带领着穿过职员厨房,在玻璃圆顶下参观各种不同的生境,并向下穿过走廊进入“肺部”——用于为封闭的建筑按温度高低调节气压的装置。

2006年2月,费尔菲尔德之家同意购买“生物圈二号”,并打算用它1,600英亩的土地来建造一处已完成计划的社区。[3]

捐赠亚利桑那大学[编辑]

自然科学和工程学[编辑]

“生物圈二号”内部场景。可看到热带草原区(前景)和海洋区(背景)。
“生物圈二号”的海岸浓雾沙漠区,摄于2005年8月。

阿波罗计划”、“生物圈二号”在工程学上的成就远大于自然科学。“生物圈二号”的地面建筑采用了钢管、高效玻璃和钢架结构。结构和玻璃材料由巴克敏斯特·富勒彼得·皮尔斯(皮尔斯和他的同事)曾经的一名学生设计并进行强度测验以确定其牢固程度。

由B·D·V·马利诺与霍华德·T·奥德姆于1999年编辑的一期特别版《生态工程》杂志收录了最全面的有关“生物圈二号”的论文与发现。论文从对系统代谢、水文平衡、温度与湿度进行描述的标准模型,论述及在富二氧化碳环境中雨林、红树林、海洋及农业生态系统的发展的内容。

相關作品[编辑]

  • 1996年拍摄的电影《抓狂双宝》(Bio-Dome)的场景被设置于一个类似生物圈二号的封闭环境中。

引用[编辑]

參見[编辑]

外部連結[编辑]

参考书目[编辑]

坐标32°34′43.60″N 110°51′02.14″W / 32.5787778°N 110.8505944°W / 32.5787778; -110.8505944