向地球挑戰(zhàn)生物圈二號(hào)

作為自人類誕生以來的第一個(gè)生存環(huán)境，科學(xué)家們將地球稱為生物圈一號(hào)。但將數(shù)十億人的身家性命寄托在唯一的生存環(huán)境下似乎是一種非常不明智的行為，特別是在這個(gè)生存環(huán)境變得越來越脆弱的時(shí)候。因此，科學(xué)家們想到了通過建立一個(gè)封閉的實(shí)驗(yàn)性生態(tài)系統(tǒng)，來研究人類是否有可能建立一個(gè)模仿地球的獨(dú)立生態(tài)系統(tǒng)，并生存在其中的問題。歷史上，這樣的研究以不同的形式進(jìn)行過多次，其中建于美國(guó)的生物圈二號(hào)是規(guī)模較大，也較具有代表性的一個(gè)項(xiàng)目。

建筑：

生物圈二號(hào)建在美國(guó)亞利桑那州的沙漠中，是一個(gè)占地13，000平方米的鋼架結(jié)構(gòu)玻璃建筑。為了隔絕外界物質(zhì)進(jìn)入這個(gè)封閉的系統(tǒng)，整個(gè)建筑進(jìn)行了很好的密封。建筑的外部裝配了雙層玻璃板，地面部分則整個(gè)用不銹鋼板焊接起來，并加上了鋼墊。為了達(dá)到良好的氣密效果，建筑內(nèi)部的氣壓略高于外界。為了維持這個(gè)壓力差的變化，工程人員在建筑內(nèi)設(shè)計(jì)了兩個(gè)類似“肺”的可變體積空間。利用體積的變化平衡導(dǎo)致溫度變化而引起的內(nèi)外氣壓差的變化，達(dá)到維持壓力并保護(hù)建筑結(jié)構(gòu)的目的。建成后的生物圈二號(hào)，在正常狀態(tài)下與外界基本隔絕，唯一能夠從外界獲取的能量就是從玻璃窗透入的自然光，以及維持試驗(yàn)和監(jiān)控設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)所需要的電力。當(dāng)然，實(shí)驗(yàn)人員可以通過電話、電視和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與外界交流信息。

環(huán)境：

耗資1.5億美元的生物圈二號(hào)中建立了熱帶雨林、熱帶草原、海洋、沼澤、沙漠這五個(gè)野生生物群落和集約農(nóng)業(yè)區(qū)、居住區(qū)兩個(gè)人工生物群落。科學(xué)家們?cè)谶@些群落中安排了四千多種動(dòng)物、植物和微生物。為了讓生物圈二號(hào)和生物圈一號(hào)更加接近，這些生物中也包括了老鼠、蚊子等有害物種以及部分致病細(xì)菌。為了盡量貼近自然環(huán)境，生物圈二號(hào)中的土壤、草皮、海水、淡水均取自真實(shí)的自然環(huán)境中，通過一定的人工處理再利用。考慮到初期進(jìn)入新的環(huán)境，部分物種會(huì)因?yàn)闊o法適應(yīng)而死亡，因此初期引入的物種數(shù)量比系統(tǒng)能夠承載的數(shù)量稍多。事實(shí)上，在后來的實(shí)驗(yàn)中，物種消失的速度比預(yù)計(jì)的還要快。

實(shí)驗(yàn)：

為了對(duì)封閉環(huán)境中的變化進(jìn)行檢測(cè)，生物圈二號(hào)中安裝了大量的傳感器，用于監(jiān)控溫度、濕度、光強(qiáng)、水流量、pH值、二氧化碳濃度、土壤濕度、儀器運(yùn)作狀態(tài)等，并形成記錄數(shù)據(jù)。當(dāng)每一個(gè)數(shù)值發(fā)生異常變化時(shí)，系統(tǒng)能夠自動(dòng)進(jìn)行報(bào)警，保證內(nèi)部成員的安全。

到目前為止，生物圈二號(hào)共進(jìn)行了兩次試驗(yàn)，第一次實(shí)驗(yàn)從1991年9月26日開始，有4男4女共8名科研人員參加了此次試驗(yàn)，研究?jī)?nèi)容包括地球化學(xué)、土壤、水、海 洋、農(nóng)業(yè)、遺傳、生理、營(yíng)養(yǎng)、醫(yī)學(xué)、心理以及技術(shù)和工程學(xué)等。原本的計(jì)劃是讓這些科學(xué)家們?cè)谏锶Χ?hào)中生活兩年，但由于異常狀況而在1993年6月26日終止，歷時(shí)21個(gè)月。第二次實(shí)驗(yàn)是1994年3月6日開始的，7名科學(xué)家在生物圈二號(hào)中居住了10個(gè)月，于1995年1月結(jié)束。從理論上講，兩次試驗(yàn)均沒有完全完成設(shè)計(jì)目的，但生物圈二號(hào)作為目前唯一的系統(tǒng)模擬整體生態(tài)環(huán)境的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，為環(huán)境保護(hù)、宇宙載人飛行和未來在地外星球定居提供了非常有價(jià)值的參考資料。

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與健康：

在生物圈二號(hào)中居住的人員主要通過農(nóng)業(yè)種植和養(yǎng)殖獲得所需的食物。除了在實(shí)驗(yàn)的初期由于動(dòng)植物的成長(zhǎng)期不足而需要食用儲(chǔ)備的糧食外，其他時(shí)候的糧食都能自給自足，但沒有多少剩余。由于化學(xué)物質(zhì)無法從外界補(bǔ)充，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中不使用化學(xué)肥料和殺蟲劑。不過，考慮到生產(chǎn)效率，人員的主要食物是谷類、豆類和蔬菜，偶爾有蛋和奶類，肉類很少。由于建筑的玻璃結(jié)構(gòu)阻擋了部分紫外線，人員需要持續(xù)補(bǔ)充維生素B12和維生素D。在這樣的飲食結(jié)構(gòu)下，實(shí)驗(yàn)人員的體重在初期有所下降，最高降低20%，但10個(gè)月后，所有人的體重都沒有再下降，有些人甚至胖了一點(diǎn)。對(duì)實(shí)驗(yàn)人員的體檢表明，這種低脂肪、低熱量、富營(yíng)養(yǎng)的食物可以顯著降低膽固醇、血壓、白細(xì)胞數(shù)量和血糖含量。

大氣環(huán)境變化：

生物圈二號(hào)的第一次實(shí)驗(yàn)過程中，氧氣含量的下降是導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)提前終止的主要原因。在實(shí)驗(yàn)過程中，氧濃度從20.51%下降到16.95%，到1993年1月中旬時(shí)則為14.5%，幾乎相當(dāng)于地球上海拔1200m的地區(qū)的氧濃度水平。基于醫(yī)學(xué)上的考慮，1992年6月開始向圈內(nèi)不斷輸入純氧，使氧濃度回到19%。但這個(gè)行為被反對(duì)派用來攻擊生物圈二號(hào)計(jì)劃缺乏科學(xué)性。大氣監(jiān)測(cè)的結(jié)果表明，氧濃度的下降并未導(dǎo)致二氧化碳濃度的增加，科學(xué)家們懷疑是建筑基部的混凝土在硬化過程中吸收了這些二氧化碳，從而間接導(dǎo)致了整個(gè)環(huán)境中氧氣的衰竭。

整體而言，生物圈2號(hào)計(jì)劃實(shí)驗(yàn)并沒有能夠完成當(dāng)初制定的建立一個(gè)完全獨(dú)立的生態(tài)系統(tǒng)的目標(biāo)，但仍然給這個(gè)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)提供了大量的參考資料。通過這個(gè)實(shí)驗(yàn)我們知道，自然中各種事物之間的聯(lián)系，遠(yuǎn)比我們知道的更加復(fù)雜，想要人工構(gòu)建出一個(gè)完整的生態(tài)系統(tǒng)，現(xiàn)在看來還無法實(shí)現(xiàn)。但在我們Geek看來，只要人們能夠通過這個(gè)實(shí)驗(yàn)明白，以目前的技術(shù)，人類還不能離開地球生活，這1.5億美元就花得不冤。