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生物圈二號到底為什麽會失敗?

2021-07-10知識

生物圈二號未能達到設計目的之原因,是 相關人員太年輕太單純 ,做的各種設計太過想當然,而且缺乏資金投入。

人工生物圈、人造生物圈,或曰人造封閉生態系,可以幫我們加深對地球生物的了解,其研究成果能套用於航海(尤其是潛艇)、航天、環境保護、民防工程等領域,有必要發展,但並無特別迫切的需求。這方面最大的障礙是 缺少資金 。「生物圈二號」這樣的大規模專案,在自然科學上取得的成果還不如 工程學 上來得多:它揭露了 我們過去對生物和身邊的建築材料的嚴重無知

生物圈二號(Biosphere 2)位於美國亞利桑那州,是艾德·巴斯等人在 1987~1989 年主持建造的人造封閉生態系,占地 1.3 萬平方米,約有 8 層樓高,為圓頂形密封鋼架結構的玻璃建築物。

生物圈二號的設計目的是探索基於各種生物群系的、具有不同區域結構的生命系統內的相互作用網絡,證明人造封閉生態系能在太空或其它天體上自我維持並支持人類居住。建築內有數個生物群落和生活區、農業區、工作空間。

由於當時人們對從蟑螂到混凝土的各種東西的認識都很天真,生物圈二號的設計步子邁得太大,在裏面設定了不完整的小塊熱帶雨林、小塊海水、小塊濕地等對維持封閉環境並無好處的東西。

by Colin Marquardt

生物圈二號規劃了兩次長期科研任務:讓八個人在只有陽光輸入的狀態下生活兩年。第一次任務從 1991 年 9 月 26 日至 1993 年 9 月 26 日,第二次任務從 1994 年 3 月 6 日開始,在 1994 年 9 月 6 日由於 資金問題 而提前結束。

在第一次任務中,八位組員靠農業系統生產了 83% 的飲食。在第一年試驗期間,由於缺乏經驗,八人十分有效地減了肥,在第二年食物生產量提高之後體重才回升。他們還遇到氧氣與二氧化碳濃度變化的問題:實驗期間,封閉空間裏的氧濃度徐徐下降,直到一些實驗者感到不適。外界管理團隊在 1993 年 1 月與 1993 年 8 月從外部朝生物圈二號泵入純氧來解決。

  • 生物圈二號的農業區、熱帶草原區、雨林區在任務前設定了支持植物生長的微生物,事後調查發現這些微生物消耗了超出預期的氧氣,而建築物基部的混凝土在硬化過程中吸收了微生物排出的大部份二氧化碳,從而讓整個環境中的氧氣徐徐減少。
  • 在將受傷的實驗者送出建築等操作中,新聞界有人懷疑他們從外界輸入了食物等物品,讓實驗的可信度下降。

    實驗過程中,人們想當然地引入的大量的授粉昆蟲很快滅絕,一種熱帶螞蟻和蟑螂大量繁殖、成為優勢物種 [1] ,並負起了一部份授粉的責任——對,下次有人和你吹噓說蜜蜂滅絕後人類OO個月雲雲的時候,你可以用這事實去啐 ta——後期因二氧化碳濃度升高,熱帶雨林區的一些植物快速生長,枝幹的支撐力下降,造成安全隱患。總之就是十分混亂,顯示了地球生物的特性。

  • 螞蟻:年輕人,扯到蛋了吧,讓爺爺來救你吧。
  • 在第一次任務結束後,人們針對上述種種問題進行了大規模的改善工程與研究,用塗料封閉了所有的混凝土表面來防止其吸收二氧化碳。

    在第二次任務中,八位實驗者達成了食物生產自給自足的目標。但是,1994 年 4 月 5 日,兩名前專案成員從外部破壞生物圈二號,將一扇雙門氣閘和三個單門緊急出口開啟了約十五分鐘、損傷了 5 塊玻璃。生物圈二號在一小時內重新密封,但已經有約 10% 的空氣與外界發生交換。那之後又發生了兩次組員變動,實驗的意義下降了很多。

    1994 年 9 月 6 日,由於管理公司的財務困難,生物圈2號提前結束了封閉任務。那之後哥倫比亞大學、亞利桑那大學先後使用它進行了科研專案。

    要看成功的專案的話,可以看蘇聯的 BIOS-3,美國的 CELSS,日本的 CEEF,中國的「綠航星際」與「月宮一號」。但我更建議讀者看看火星-500,思考一下你要套用人造封閉生態系的領域是否真的需要在封閉狀態持續迴圈。

    過去幾十年裏,許多先驅討論過在空間站、月球、火星上建立人造生物圈的可行性。現在有不少解決方案,其中一些方法在現有技術水平下是可以實作的,但沒有足夠的資金投入。

    在封閉生態系中,至少要有一種自營生物來生產有機物,每一種生物新陳代謝產生的廢棄物必須能被至少一種生物所利用,上述過程可以有機器輔助,但現有的機器還不能完全包辦。如果該系統的目的是讓人在裏面維持至少一段時間的生存,人呼吸釋放的二氧化碳、日常排泄的糞便和尿液等必須被其他生物和機器轉化為氧氣、食物和水。在現有的實踐中,很難期待靠化能自營生物維持人的生活所需,絕大多數封閉生態系實驗設施建立在光能自營生物的基礎上,小球藻之類單細胞光合生物是熱門選擇。

    參考

    1. ^ 更諷刺的是,這螞蟻不是人類放進去的,是自己從土裏鉆進去的