“生物圈”2號構想

基本信息

名稱: “生物圈”2號構想

主題詞或關鍵字: 宇宙科學

介紹

1991年9月27日，來自美、英、德和比利時等國的4男4女進入“生物圈”2號，進行兩年的全封閉研究。這8位志願者在兩年中除依靠外界3.7兆瓦發電廠供電外，其餘一切都要按“生態系統”的“循環”準則，實行完全的自給自足。兩年中，除伯恩特被脫粒機劃傷手指暫離治病外，無一人離開過這玻璃城堡一步。這項計畫的第二批研究人員已經進入。

生物圈二號位於美國亞利桑那州圖森市南部，是愛德華·P·巴斯及其他人員主持建造的人造封閉生態系統。占地1.3萬平方米，大約有8層樓高，為圓頂形密封鋼架結構玻璃建築物。“生物圈二號”建造於1987年到1989年之間，它被用於測試人類是否能在以及如何在一個封閉的生物圈中生活和工作，也探索了在未來的太空殖民中封閉生態系統可能的用途。“生物圈二號”使得人們能在不傷害地球的前提下，對生物圈進行研究與控制。“生物圈二號”的名字來源於它的原始模型“生物圈一號”，即地球。

建築概況

·占地1.28公頃的生物圈2號的地上部分為塗有粉劑的立體鋼架構型,配有雙層玻璃 窗板;地面部分為焊接不鏽鋼板,並用鋼墊密封.總體積約為180000m3.其內部主要由7種 生態群落區和兩個大氣擴張室(也稱作“肺”)組成.此外,還設有能量中心和冷卻塔等設施 . 為了減輕立體結構的負荷,生物圈2號的內部壓力略高於周圍大氣壓.為了解決這一矛盾,為該圈裝配了兩個稱為" 肺"的體積可變室,以使大氣在恆壓下脹縮.兩"肺"就如同巨大活塞通過密封膜連線在氣 缸上一樣,活塞重量產生相對於周圍大氣壓力的內部正壓.不論什麼地方有泄漏,內部大氣就會向外擴散從而保證排除外界污染.

除上述設施外,其內部還包括分析,醫療,獸醫,監控,維修,鍛鍊,影視等室,分布在不同部位.

生態群落

·生物圈2號有5個野生生物群落(熱帶雨林,熱帶草原,海洋,沼澤,沙漠)和兩個 人工生物群落(集約農業區和居住區).它們以地球北回歸線和南回歸線間的生態系統為樣板 ,分別由美英生物和生態學家設計而成.

圈內共有約4000個物種,其中動物(包括浮游,軟體,節肢,昆蟲,魚類,兩棲,爬行,鳥類 ,哺乳等),植物(包括浮游,苔蘚,蕨類,裸子和被子等)約3000種,微生物(包括細菌,粘菌,真菌,微藻等)約1000種,它們分別來自澳大利亞,非洲,南美,北美等地.

·該系統既有高大的樹木(如紅樹),也有矮小的灌木草叢植物,錯落有致,憩靜秀美.各個野生生物群落中的生境並不一致,如海洋有海灘,淺鹹水湖, 珊瑚礁和海水等4種類型.生物群落間均有相對獨立的生態區將它們互相隔開,例如,熱帶草 原和沙漠間有一簇灌木叢而相對隔離.為了保護各個群落不受環境脅迫,在其周圍種植了耐性強的植物,例如,熱帶雨林的三周圍是濃密的姜科植物,從而保護內部樹種免遭側面強光照 射,而與海洋的界面間種有竹子來抵禦鹽分滲入.

· 為了儘量貼近自然環境,該圈中的土壤,草皮,海水,淡水均取自外界的不同地理區間,通過 一定的人工處理再利用.例如,實驗用的海水是將運進來的海水和淡水按照適當比例配製而成的.

生物圈2號中選擇植物的標準主要考慮動物消費者的生命保障,分類多樣性,物理參數,植物的可利用程度和美學價值.為了適應達爾文的自然選擇過程,植物種類開始時比系統能支撐的要多一些,這樣可以補償物種的遺失或滅絕,並最終促進系統的持續穩定.

前期試驗

整個計畫中共有兩次任務；第一次任務計畫從1991年9月26日起至1993年9月26日結束，第二次任務在1994年進行了6個月。在第一次任務中，氧氣濃度以每月0.5%的穩定速率不斷下降，一直持續到內部大氣成分與海拔超過1200m的地區相似。最終，氧氣濃度降低到了危險水平，不得不從外界泵入純氧。

·氧氣濃度下降的元兇被懷疑是土壤中生存的微生物。農業區、熱帶草原區和雨林區都在任務前引入了微生物以支持植物生長。直到後來才發現這些微生物消耗了太多的氧氣。

·這個推測存在的一個問題是：既然微生物大量地消耗了氧氣，那同時也應該產生大量的二氧化碳，但在大氣成分分析中並未發現二氧化碳成分有明顯的增加。調查顯示，位於基部的混凝土在硬化過程中吸收了這些二氧化碳。然而，由於後來又重新補充了氧氣和其他的一些支持，該計畫失掉了一些可信度。

研究範圍

·首批8名科學家在21個月的密閉人工生態環境中按照各自的研究範圍進行了廣泛,細緻,深 入的觀察,記錄,分析,研究項目包括生物地球化學,土壤,水,海洋,"全球"生物量, 農 業,遺傳,生理,營養,醫學,心理以及技術和工程學等內容.

走出2號

1991年9月26日,生物圈2號迎來第一批志願者,4男4女開始了為期兩年,與世隔絕的生活.儘管這些居民事先花去幾年時間接受了工程,農業等方面的良好培訓(其中一位甚至接受了牙科訓練),擁有每年耗資百萬美元的技術支持,各種各樣的災難仍然接踵而來:各種動植物大量死亡,蟑螂和螞蟻卻兒孫滿堂;更為糟糕的是,到了1993年1月,生物圈2號內的氧氣含量從21%下降到14%,不得不從外界補充氧氣,自給自足的幻想徹底破滅.

·實驗失敗了.經過短暫的休整,生物圈2號又迎來了第二批居民.5男2女住了個半月後,由於笑氣(N2O)積累過多,在1994年9月17日被迫離開,實驗再度以失敗告終.打那以後,再也沒人在生物圈2號中過日子了.

·當然,生物圈2號也使人們更加明白一個看似淺顯的道理:"目前地球仍然是人類的惟一家園."

總結

從現實看，“生物圈”計畫的構想，與大型太空飛行器的密閉生態型生命保障系統有不謀而合之處。所以美國政府對“生物圈”2號極為關注，並進行了嚴格的督察。

專家普遍認為，在太空中，生物圈肯定要比冷冰凍的全金屬軌道站要舒適得多，而且最大的優越性是不需或極少需要物資補給。

美國加州大學病學家沃爾福特教授，是進入“生物圈”2號第一批研究者之一，他說：“我們需要進行這樣的研究，這是為以後某個時候地球上無居住地而作準備。現在開始並不為期過早。”

遺憾的是，由於種種原因“生物圈”二號未能完成科學家們構想的試驗計畫，並在1996年宣布提前結束了實驗。看來，人造生命環境的嘗試，要想取得成功，還要十分漫長的道路需要探索。