名称: “生物圈”２号构想

主题词或关键词: 宇宙科学

简介

１９９１年９月２７日，来自美、英、德和比利时等国的４男４女进入“生物圈”２号，进行两年的全封闭研究。这８位志愿者在两年中除依靠外界３.７兆瓦发电厂供电外，其余一切都要按“生态系统”的“循环”准则，实行完全的自给自足。两年中，除伯恩特被脱粒机划伤手指暂离治病外，无一人离开过这玻璃城堡一步。这项计划的第二批研究人员已经进入。

生物圈二号位于美国亚利桑那州图森市南部，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。

建筑概况

·占地1.28公顷的生物圈2号的地上部分为涂有粉剂的立体钢架构型,配有双层玻璃 窗板;地面部分为焊接不锈钢板,并用钢垫密封.总体积约为180000m3.其内部主要由7种 生态群落区和两个大气扩张室(也称作“肺”)组成.此外,还设有能量中心和冷却塔等设施 . 为了减轻立体结构的负荷,生物圈2号的内部压力略高于周围大气压.为了解决这一矛盾,为该圈装配了两个称为" 肺"的体积可变室,以使大气在恒压下胀缩.两"肺"就如同巨大活塞通过密封膜连接在气 缸上一样,活塞重量产生相对于周围大气压力的内部正压.不论什么地方有泄漏,内部大气就会向外扩散从而保证排除外界污染.

除上述设施外,其内部还包括分析,医疗,兽医,监控,维修,锻炼,影视等室,分布在不同部位.

生态群落

·生物圈2号有5个野生生物群落(热带雨林,热带草原,海洋,沼泽,沙漠)和两个 人工生物群落(集约农业区和居住区).它们以地球北回归线和南回归线间的生态系统为样板 ,分别由美英生物和生态学家设计而成.

圈内共有约4000个物种,其中动物(包括浮游,软体,节肢,昆虫,鱼类,两栖,爬行,鸟类 ,哺乳等),植物(包括浮游,苔藓,蕨类,裸子和被子等)约3000种,微生物(包括细菌,粘菌,真菌,微藻等)约1000种,它们分别来自澳大利亚,非洲,南美,北美等地.

·该系统既有高大的树木(如红树),也有矮小的灌木草丛植物,错落有致,憩静秀美.各个野生生物群落中的生境并不一致,如海洋有海滩,浅咸水湖, 珊瑚礁和海水等4种类型.生物群落间均有相对独立的生态区将它们互相隔开,例如,热带草 原和沙漠间有一簇灌木丛而相对隔离.为了保护各个群落不受环境胁迫,在其周围种植了耐性强的植物,例如,热带雨林的三周围是浓密的姜科植物,从而保护内部树种免遭侧面强光照 射,而与海洋的界面间种有竹子来抵御盐分渗入.

· 为了尽量贴近自然环境,该圈中的土壤,草皮,海水,淡水均取自外界的不同地理区间,通过 一定的人工处理再利用.例如,实验用的海水是将运进来的海水和淡水按照适当比例配制而成的.

生物圈2号中选择植物的标准主要考虑动物消费者的生命保障,分类多样性,物理参数,植物的可利用程度和美学价值.为了适应达尔文的自然选择过程,植物种类开始时比系统能支撑的要多一些,这样可以补偿物种的遗失或灭绝,并最终促进系统的持续稳定.

前期试验

整个计划中共有两次任务；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，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，不得不从外界泵入纯氧。

·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。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。然而，由于后来又重新补充了氧气和其他的一些支持，该计划失掉了一些可信度。

研究范围与主要结果

·首批8名科学家在21个月的密闭人工生态环境中按照各自的研究范围进行了广泛,细致,深 入的观察,记录,分析,研究项目包括生物地球化学,土壤,水,海洋,"全球"生物量, 农 业,遗传,生理,营养,医学,心理以及技术和工程学等内容.

走出乌托邦

1991年9月26日,生物圈2号迎来第一批志愿者,4男4女开始了为期两年,与世隔绝的生活.尽管这些居民事先花去几年时间接受了工程,农业等方面的良好培训(其中一位甚至接受了牙科训练),拥有每年耗资百万美元的技术支持,各种各样的灾难仍然接踵而来:各种动植物大量死亡,蟑螂和蚂蚁却儿孙满堂;更为糟糕的是,到了1993年1月,生物圈2号内的氧气含量从21%下降到14%,不得不从外界补充氧气,自给自足的幻想彻底破灭.

·实验失败了.经过短暂的休整,生物圈2号又迎来了第二批居民.5男2女住了个半月后,由于笑气(N2O)积累过多,在1994年9月17日被迫离开,实验再度以失败告终.打那以后,再也没人在生物圈2号中过日子了.

·当然,生物圈2号也使人们更加明白一个看似浅显的道理:"目前地球仍然是人类的惟一家园."

总结

从现实看，“生物圈”计划的构想，与大型航天器的密闭生态型生命保障系统有不谋而合之处。所以美国政府对“生物圈”２号极为关注，并进行了严格的督察。

专家普遍认为，在太空中，生物圈肯定要比冷冰冰的全金属轨道站要舒适得多，而且最大的优越性是不需或极少需要物资补给。

美国加州大学病学家沃尔福特教授，是进入“生物圈”２号第一批研究者之一，他说：“我们需要进行这样的研究，这是为以后某个时候地球上无居住地而作准备。现在开始并不为期过早。”

遗憾的是，由于种种原因“生物圈”二号未能完成科学家们设想的试验计划，并在１９９６年宣布提前结束了实验。看来，人造生命环境的尝试，要想取得成功，还要十分漫长的道路需要探索。