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生物圈二号

2018-11-29 23:34:50     所属分类:生态学
Biosphere 2
Biosphere 2 Habitat & Lung 2009-05-10.jpg
生物圈二号的外部
概要
类型 研究设施
地点 美国亚利桑那州的Oracle地区
地址 32540 S Biosphere Rd, Oracle, AZ 85739
坐标 32°34′44″N 110°51′02″W / 32.578777777778°N 110.85059444444°W / 32.578777777778; -110.85059444444
海拔 3,820英尺(1,164米)
起造日 1987年
竣工日 1991年
所有者 亚利桑那大学
技术细节
建筑面积 3.14 acre(12,700 m2
庭园 40 acre(160,000 m2
网站
biosphere2.org

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,是艾德·巴斯等人主持建造的人造封闭生态系统及生态箱,占地1.3万平方米,拥有3.14-英亩(1.27-公顷)[1]的结构,大约有8层楼高,为圆顶形密封钢架结构的玻璃建筑物,是有史以来最大的封闭系统[2]

“生物圈二号”最初是为了证明封闭生态系统在外层空间支持和维持人类生命的可行性[3]。它被设计为旨在探索基于各种生物生物群系的具有不同区域结构的生命系统内的相互作用网络。除了为人们提供的几个生物群落和生活区之外,还有一个农业区和工作空间,用于研究人类,农业,技术和其他自然界之间的相互作用,作为研究全球生态学的新型实验室。它的任务是一个有8人机组人员(“生物圈人 (biospherians)”)的为期两年的封闭实验[4]。长期来看,它被认为是获得关于在太空殖民中使用封闭生物圈的知识的先导。

“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”的名字源于它的原始模型“生物圈一号”,即地球。

1994年9月6日任务结束,生物圈二号临时周转给Decisions投资公司。2005年1月10日,Decisions投资公司宣布欲出售生物圈二号及其周围的土地1600英亩(650公顷)的土地。2007年6月,CDO牧场与发展以5000万美元买下,准备进行建造1500房屋和度假酒店的计划,生物圈二号的主体结构则提供给亚利桑那大学研究和教育使用。2011年7月,亚利桑那大学承担生物圈二号的所有权,作为进行科学研究的用途至今。

目录

  • 1 历史
    • 1.1 起源
    • 1.2 建设
    • 1.3 前期试验
    • 1.4 任务一
    • 1.5 任务二
    • 1.6 哥伦比亚大学
    • 1.7 出售
    • 1.8 亚利桑那大学收购
  • 2 自然科学和工程学
  • 3 相关作品
  • 4 参见
  • 5 引用
  • 6 参考书目
  • 7 外部链接

历史

生物圈二号
生物圈二号

起源

生物圈二号的想法最初来自于“协作者组织”(Synergist),一个有些偏激的环保团体,由约翰·艾伦(John Allen)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。[5]

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。[5]

建设

在美国得克萨斯州的亿万富翁艾德·巴斯(Ed Bass)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。[5]

前期试验

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。整个计划总共有两次长期任务;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3月6日起至1994年9月6日结束。

任务一

“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。
热带雨林生物群系,摄于2017年2月

在第一次任务中,其农业系统生产了近83%全数组员的饮食,包括不同种类的谷物与水果。但因第一年试验期间缺乏经验,八名的组员均处于长期的饥饿状态,体重大量减轻,直到第二年食物生产量成长之后,八名组员的体重才有所回升。

除了食物问题之外,生物圈2号还遭遇氧气与二氧化碳浓度变化的问题;在实验期间,其内部氧气浓度以每月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,部分实验员的生理产生不良反应,因此外界管理团队不得不于1993年1月与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,此外农业区、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。后来由于受伤组员的离开和返回又重新补充了氧气和其他的一些所需物品,该计划失掉了一些可信度,小组澄清他们只带来用于供水的塑料袋,但有指控认为他们带来食物和其他物品。

与此同时,生物圈2号的内部生态发生许多改变。大量的授粉昆虫灭绝,一种热带蚂蚁与蟑螂大量孳生成为优势物种,并负起一部分授粉的责任;又因二氧化碳浓度升高,部分热带雨林区的先驱物种快速成长,导致其枝干支撑力薄弱,变得容易坍塌。

任务二

在任务一结束,任务二尚未开始之前,生物圈2号针对任务一时所发现的种种问题进行了大规模的改善工程与研究。由于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涂封,以防止其吸收二氧化碳;不同于第一次任务时八名组员一开始无法生产足够的食物,任务二的组员已有能力达成足量食物生产的目标。

1994年4月1日,管理团队内出现严重的争端,导致现场管理权被美国法警的临时禁制令推翻,剩下的任务改由加州比佛利山庄的Bannon & Co.团队的管理。

1994年4月5日,两名前生物圈成员涉嫌从外部破坏生物圈2号,将一扇双门气闸和三个单门紧急出口开放大约十五分钟,同时也导致五个均衡气压(如控制人工大气膨胀或收缩与温度变化)的窗格玻璃出现碎裂,其中一位涉案的奥林小姐声称她是基于道德判断要将新情势转告给组员,再由他们决定是要选择离开还是继续实验,而她唯一的办法就是必须透过打破密封的结构。最后小组决定继续实验,生物圈2号也在一小时内重新密封,然而这次事件造成了大约10%的生物圈的空气与外界交换的情况。不久之后,任务二历经两次组员更动。

1994年9月6日,由于管理公司的财务困难,结束了生物圈2号最后一次的封闭环境住人试验,随后临时周转给已签约的金融合作伙伴Decisions投资公司。

哥伦比亚大学

1995年,生物圈二号业主将管理权转让给哥伦比亚大学。

1996年起,哥伦比亚大学用于作为实习跟校园,稻田和甘薯田被铲平,种上了棉白杨树。研究人员把这个巨型温室分隔开,改变每一个区域的环境——因为对原项目的一项批评就是实验没有对照组。他们研究树冠不同高度温度的变化如何影响叶片的呼吸作用,研究潜入的蚂蚁这类入侵物种,检测海洋中珊瑚礁的建造。直到2003年,管理权收归业主。

出售

2005年1月10日,Decisions投资公司宣布生物圈二号及其周围的土地1600英亩(650公顷)的土地将予以出售。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[6]。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。

2007年6月,CDO牧场与发展组织以5000万美元买下,准备进行建造1500房屋和度假酒店的计划,但是生物圈二号的主体结构则提供研究和教育使用[7]

亚利桑那大学收购

生物圈二号, 摄于2015年

2007年6月26日,亚利桑那大学宣布将接管生物圈二号的研究。该公告结束了担心该结构将被拆除的担忧。 大学官员表示,私人礼品和赠款使他们能够支付三年的研究和运营成本,并有可能将资金延长十年[8]。它已经延续了十年,现在正在进行研究项目,包括陆地水循环研究以及它与生态学,大气科学,土壤地球化学和气候变化的关系。 2011年6月,该大学宣布将承担7月1日生效的生物圈二号的全部所有权[9]

CDO牧场和发展组织捐赠了土地,生物圈建筑物和其他一些支持和行政大楼。Philecology基金会(一个由艾德·巴斯创立的非营利研究基金会)承诺拨款2000万美元用于正在进行的科学和行动[9]

自然科学和工程学

“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,这与大自然难以复制到人造环境有关,同样的情况发生在近年才已经成功饲养鱼类的海洋水族馆中,即使用上了最精良的设备,人们依旧只能勉力且谨慎才能与大自然匹敌,更有许多尚未探知的情况是未解之谜。“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·富勒和彼得·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。

相关作品

  • 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。

参见

  • 伊甸园计划
  • 生物再生生命保障系统(BLSS)
  • BIOS-3,俄罗斯西伯利亚克拉斯诺亚尔斯克生物物理研究所的一个封闭生态系统
  • 模拟的火星居住地
    • 火星-500 - 模拟载人飞行到火星的地面实验
    • 火星沙漠研究站英语Mars Desert Research Station
    • HI-SEAS英语HI-SEAS
  • 瓶中花园
  • 生态球

引用

  1. ^ Biosphere 2 - Fast Facts
  2. ^ Bahr, Jeff (2009) p.238
  3. ^ Biosphere II Project facts, information, pictures | Encyclopedia.com articles about Biosphere II Project. www.encyclopedia.com. [2017-02-09] (英语). 
  4. ^ Nelson, Mark; Burgess, T.; 等. Using a closed ecological system to study Earth's biosphere: Initial results from Biosphere 2.. BioScience: 225–236 –通过Elsevier Science Direct. 
  5. ^ 5.0 5.1 5.2 生物圈2号重生. 果壳网. 2013-08-22 [2013-08-24]. (简体中文)
  6. ^ Trembath-Reichert, Elizabeth. Biosphere 2 Now for Sale to Highest Bidder. Columbia Daily Spectator. 2005-02-04 [2016-03-13]. 
  7. ^ Biosphere 2 bubble sold to developers. MSNBC. 2007-06-05. 
  8. ^ Ryman, Anne. UA to take over Biosphere 2 research. The Arizona Republic. 2007-06-26. 
  9. ^ 9.0 9.1 Biosphere 2 to Have a Permanent Home With the UA. Office of University Communications, The University of Arizona. 2011-06-27 [2011-06-27]. 

参考书目

  • B·D·V·马利诺 霍华德·T·奥德姆:《生物圈二号:研究过去与现在》.1999年

外部链接

  • 生物圈二号官方网站
  • 生物圈二号的Facebook专页
  • Website on biospherics and Biosphere 2
  • Patent for "Pressure balancing a closed ecological system". US Patent & Trademark Office. [2005-12-15].  - Patent for the expanding chambers used to equalize pressure in Biosphere 2.
  • 人民网:“生物圈2号”实验失败

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

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