​生物圈2号

生物圈2号

从1984年起，美国的石油大王爱德华·巴斯Edward Bass投资2.5亿美元（最初的预算为3000万美元，最后成本飙升到惊人的2.5亿美元）建造世界上最大的人工生态系统“生物圈2号”（Biosphere 2）。“生物圈2号”建在亚利桑那州的沙漠里。占地1.3万平方米，大约有8层楼高，为圆顶密封钢架结构玻璃建筑物。里面设有多个独立的生态系统：有一片小型的海洋，几块沼泽地、潟（xì）湖，一片沙质的海滩，一片热带雨林及一片草场。“生物圈2号”与外界完全隔绝，只有太阳光可进入。生物圈2号共包含着5大生态系统：雨林、海洋、荒漠、草原、沼泽。此外，还有面积约达2020平方米的农场土地，种植着各种能提供粮食的农作物。

生物圈2号示意图

1991年9月26日，8名科学家（4男4女）进驻生物圈2号，包括各种科学研究领域，如生物学、海洋学、医学、心理学、工程学等。同时，随他们一起入住的还有一大批生物。整个生物圈2号内，共有4000个物种。其中动物（包括软体、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、裸子和被子植物等）约3000种，微生物（包括细菌、粘菌、真菌、微藻等）约1000种。随着时间的推移，让人焦头烂额的难题是一个接着一个。他们首先面对的，便是极度影响生活质量的粮食减产。这第一批进住的生物圈人可谓汇聚了八方精英，但唯独就缺少了会种地的“农民”。尽管耕作区占了很大的比例，但因缺乏耕作技术他们种出来的麦子、水稻总是不结籽。不过，更让他们发愁的还是虫害。因为这是个完全封闭的系统，那些带有毒性的杀虫剂和除草剂，是万万不能带进去的。所以他们只能用生物防治或比较原始的方法（如喷肥皂水和硫磺、芽孢杆菌）来控制虫害的发生。但这些治理手段的效果都不太理想，大片的天地被害虫侵占。再加上那年的光照量不足，这直接导致了粮食供应成了问题。他们一个星期，只会吃一次肉。而密闭后建立的农业系统，只能提供8人80%的营养需求。为了应对粮食减产，科学家们也自觉节食。每天摄入的能量大大降低，有时低于一千大卡，饿肚子是常有的事。到最后的日子里，他们只能靠食红薯根充饥。这比《火星救援》中只能靠土豆为生的日子还要苦，个个瘦得皮包骨头。即便是已经离开生物圈2号，有些人谈起红薯的都觉得心慌。在两年内，4名男性体重平均下降了18%，4名女性体重则平均下降了10%。其中一名男子进去时还是个200斤的“胖子”，到出来时已经减掉了50斤的肉。

生物圈2号内景

从住进生物圈2号开始，圈内的大气就一直处于不太稳定的状态。除了每日的波动很大之外，生物圈2号内的氧气含量一直在缓慢下降，而二氧化碳量不断上升。从实验开始后的9个月内，生物圈2号氧浓度就从20.51%降至16.95%。再过3个月，到1993年的1月中旬，这个数值更直接降为14.5%。这时，生活在这个迷你地球中的8位志愿者生命，可以用岌岌可危来形容。任何含氧量低于19.5%的环境，都会被职业安全和健康管理局定义为缺氧。而14.5%的含氧量什么水平？这相当于地球上海拔4000米高度的空气含氧量。明明生活在平原，但所有人都高原反应严重。首先，缺氧让所有人都变得昏昏入睡，精神不振。他们已经几个月无法正常睡眠了，经常一闭上眼睛就因窒息而惊醒。然而拖着备受摧残的身体，他们还需寻找原因，“氧气到底都去哪了？”因为按照理论来说，就算圈内生态再不平衡，氧气也不至于跑得那么快。有机物在吸收氧气的同时，会释放大量二氧化碳。可是检测器在测出氧气含量显著降低时，却没有显示二氧化碳含量对应的增加。直到离开，他们都没能找到原因，只能眼睁睁看着氧气一点点流失。后来，研究人员才发现这与混凝土有关。

生物圈2号内景

生物圈2号中那些细菌呼吸会消耗氧气，产生二氧化碳，这些二氧化碳本应通过光合作用，增加氧气。但是它们却被水泥墙吸收了（即：石灰和二氧化碳结合形成碳酸钙和水），导致二氧化碳越来越少，光合作用水平随之降低，最终致使氧气量下降。

爱德华·巴斯还是不死心，在1994年3月继续重启了第二轮实验。这次吸取了教训，开始规避第一次实验中遇到的难题。例如，新增了一位32岁的农学院毕业的大学生。确实，入住后种出来的粮食是多得吃不完了。但结果还是一样的糟糕，依旧无法控制大气的平衡。而且，这次结束来得更快，只坚持了6个月左右实验人员就已人心涣散。其中两名男性成员就以缺氧为由，砸毁了生物圈2号的玻璃，功亏一篑。

两次试验，证明了在已知的科技水平下，人类离开了地球将难以永续生存。

生物圈2号外景

月宫一号总设计师&首席科学家 刘红评论：

设计人员将地球的大部分生态系统类型按照比例各取一块放到一个密闭系统内部，虽然生物物种丰富，系统复杂且体积庞大，但是与地球生物圈相比还是非常的简单，依靠其自身不能实现自平衡。同时，由于其采用的是玻璃日光温室的结构，是直接利用自然光进行植物培养，环境条件（光照、温度）受到外界天气的影响变化较大，系统内部生物过程（例如植物的呼吸、光合）不能实现人工控制，从而影响系统内部气体再生、物质流动。

除此之外，生物圈2号失败的原因还在于空气净化方法和结构材料的选择。从空气净化方面，生物圈2号内部的农田生态系统大量使用了亚利桑那州的土壤，土壤中带有大量微生物，且其中的有机物非常有利于微生物生长，为了净化系统中的空气，设计了将空气用鼓风机鼓风通过土壤层，利用土壤净化空气，土壤中的微生物疯狂消耗空气的O2，造成了内部的气体失衡。在结构材料上，生物圈2号的设施大量使用了混凝土，混凝土吸收了大气中的CO2，从而导致系统CO2损失。