“生物圈 2 号”.doc

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1、“生物圈2号”图1-1-1“生物圈2号”生态循环示意图“生物圈2号”（Biosphere 2）建造在美国亚利桑那州的沙漠中，其命名是把地球视为“生物圈1号”而言的。“生物圈2号”是一个人工建造的模拟地球生态环境的全封闭的实验场，也有人把它称为“微型地球”，或“火星殖民地原型”。这个占地1.3万平方米，8层楼高的圆顶形密封钢架结构玻璃建筑物，是人们花费了近2亿美元和9年时间建造起来的，实验的目的是为了考察人类离开了地球“生物圈1号”是否能生存。在这个微型世界中，有海洋、平原、沼泽、雨林、沙漠、农业区和人类居住区，是个自成体系的小生态系统。“生物圈2号”虽然与外界隔绝，但可以通过电力传输、电信与计

2、算机与外部取得联系。工作人员在“生物圈2号”内可以看电视，可以通过无线电通讯与亲友联系。图1-1-2“生物圈2号”实验室全貌示意图1991年1月，8位科学家进入“生物圈2号”。科学家们原计划让工作人员在“生物圈2号”中生活两年，为今后人类登陆其他星球建立居住基地进行探索。然而，一年多以后，“生物圈2号”的生态状况急转直下，氧气（O2）含量从21%迅速下降到14%，而二氧化碳（CO2）和二氧化氮（NO2）的含量却直线上升，大气和海水变酸，很多物种死去，而用来吸收CO2的牵牛花却疯长。大部分脊椎动物死亡，所有的传粉昆虫的死亡造成靠花粉传播繁殖的植物也全部死亡。由于降雨失控，人造沙漠变成了丛林和草地

3、。“生物圈2号”内空气的恶化直接危及了居民们的健康，科学家们被迫提前撤出这个“伊甸园”。“生物圈2号”的实验以失败告终。多年来，人类梦寐以求地憧憬着冲出地球，向宇宙进军。随着地球环境的恶化，这种愿望里似乎又加进了欲逃离的色彩，人们上下求索，加快了寻找“诺亚方舟”的步伐。也许“生物圈2号”的失败有技术上的失误或设备上的欠缺，也许人们今后还会向“生物圈3号”、“生物圈4号”挑战。然而从“生物圈2号”失败的深层反映出来的信息远比其本身更冷酷无情。它向人们证明：大像无形，大音息声。地球环境是在经历了几十亿年的风风雨雨后形成的，对这种异常可靠的结构，人们渴望窥其脉络，望其项背，但却决不是简单地人工模仿再

4、造能够完成的。“生物圈2号”的失败告诫我们：人类在茫茫宇宙中只有地球这一处家园，逃离和束手待毙都是与事无补的。地球不是实验室，我们输不起，只有善待和保护它才是我们真正的出路。无独有偶，日本在位于北部沿海的青森县六所村建造了类似的“迷你地球”，面积只有4700m2，是3个由不锈钢走廊连接的体育馆式建筑。整套设施耗资6500美元，于2000年建成，眼下研究人员已经开始进行前期试验。试验正式开始后将有两名科学家进入有动植物和空气的全封闭建筑内居住，起初一个星期，而后逐渐延长到5个月。试验目的是模拟封闭空间内氧气和二氧化碳在植物、人类和动物之间的循环。摘引自：彭俐俐主笔，20世纪环境警示录，北京：华夏

5、出版社，2001，6：p107；方修琦，孟哲虹，王燕津编著，环境教育资源库，北京：华夏出版社。现在世界上正在试验研究人为控制生物圈的技术，称为“封闭生物圈生命维持系统”（Closed ecological life support system，J简称CELSS）。目前已经或正在建立的CELSS试验设施有3处：即美国亚利桑那州的“生物圈II”、俄罗斯的“BIOS-3”，以及日本的“生物圈J”。英国也正建造人工生物圈，一个被称为“Eotron”的受控环境圈。建造人工生物圈的目的和企图是以人工的方式让地球生物圈重现，通过在试验室中进行模拟试验，即人为的方式改变生物圈，以了解对地球环境的影响，甚至可

6、以获得未来在宇宙基地或月球基地的自行供应食物与空气所需的技术。也就是说，它对我们保护地球的生物圈，同时向宇宙扩大人类的生命圈，将具有重要贡献。正在建造的日本地球试验室“生物圈J”的模拟试验内容最为多样，包含最接近月球基地设施、封闭式植物试验设施、重现地球生物圈的陆圈与水圈试验设施等。最后，将后两者结合成一个封闭的生物圈。届时，并可模拟包含人类在内的地表环境。英国“Eotron”受控环境圈的重点是研究模拟气候变化对整个生态系统的影响。美国“生物圈II”（定名为2号，是因为它的创建者视地球为生物圈1号），原本设计用来研究可能在火星上建立自给的生态系统。它建立在美国中西部的索诺拉沙漠地区，耗资2亿美

7、元。建成之后，4 男4女和4000种动植物被封在这个庞大的“饲养场”中生活了2年。1993年试验以失败而告结束。圈内的大气和海水变酸，农作物种植失败，很多物种死去。生物圈居民的体重从200磅（说明：1磅相当于0.456kg）降到了150磅。大气中氧气含量从21%直线下降到14%，几乎不足以维持生物圈居民的生存，而且二氧化碳和一氧化氮的含量直线上升到对人的大脑造成损害的程度。二氧化碳含量为57110-6，而圈外二氧化碳含量则为36010-6。沙漠生态学家说：“圈内二氧化碳每天发生的变化比圈外1万年来二氧化碳的变化还大”。圈内31种的圆叶牵牛花生长迅速，由于没有动物吃它们，已经蔓延到整个圈中，并盖

8、住了包括粮食作物在内的其他植物。昆虫除纺织娘、蟑螂和疯蚁外，大多数都死亡了。科学家正在研究总结这个不幸事件发生的细节。有的专家说，这个计划的“乌托邦”被意想不到的问题和令人惊讶的事情搞垮了。现正在进行改造生物圈规划工作，由“生物圈II”的失败，从负面反映了地球生物圈生态系统的复杂性，人们不断认识和揭示地球生物圈生态系统中，生物与环境，生物与生物之间的复杂关系，从而达到人工控制和调节。向宇宙扩大人类的生命圈，刚刚在开始，还有漫长的路要走。同时，它也使我们看到目前人类保护地球生物圈的特别重要性和刻不容缓性。以避免人类用自己无知的双手破坏了人类赖以生存的地球生态系统地球生物圈。摘引自：霍立林，李天杰

9、，杨居荣编著，让地球永葆青春，北京师范大学出版社，1997，11：p41生物圈2号的生态省思与学习汪静明一、前言人是怎么演化来的？人类又是怎么进步发展的呢？这话题在学术界与宗教界，仍是议论纷纷而各自表述的永续课题。人是一种栖息在地球上特殊的生物，这种生物总是自命不凡地自我界定是全球动物界中进化最高的智人。近世纪以来，人类族群在地球上的大量繁生，营造了人类文明世界，却也加速对地球不当的开发与侵害，造成了层出不穷的地球环境问题。例如，工业化及对热带雨林的破坏，导致了全球性的温室效应，严重地影响了地球原有之气候型态，改变了原有生态系统之正常运作。人类大量使用氟氯碳化物，造成了臭氧层破洞；地球开了天窗

10、，许多生物的栖地及族群遭受到迫害，而面临了生存的危机。人类在地球表层的伐林，山坡地集水区滥垦滥建的炒地皮，造成土石流灾害、水源地缩减与许多地区的沙漠化问题；而人类在许多地区的抽取地下水，更进一步造成地层下陷。此外，人类在生产事业中，所引入的化学物质与热能及其转化物质或废弃物的排放，也常污染了地球原有的环境（大气、水、土壤、人类生活圈）。同时，人类在地表的钢筋水泥工程，导致生物栖地碎裂、生态廊道的阻绝，造成了生物多样性的丧失，以及景观视觉的障碍。眼睁睁地面对恶化的地球环境，人类似乎有了初步的觉醒。许多人投入了拯救地球的环保工作，也有许多人想要移民到地球中环境尚好的地区去渡生，更有一些人想要飞越地

11、球，寻求外太空的生机。人类为了证明自己人定胜天的超自然能力，可以不受宇宙地球运行的约束，并主宰大自然与宇宙万物。近世纪以来，人们组成了许多科技团队，想要飞离地球，探索第二个可能有生命迹象的星球，寻找第二个可能适合人类生活的星球或温室。在这种思维下，二十世纪末叶，世界瞩目的生物圈2号计划进行了。它起始人类创造许多生存空间的憧憬，而后也终结了人类许多虚拟实境的幻想。公元1999年8月15日至22日期间，行政院国科会责成台湾大学地理系王鑫教授、台湾师大生物系吕光洋教授及笔者，赴美国哥伦比亚大学第二生物圈中心考察，并研商我国学校教师今后进行国外研习的可行性与相关课程内容（参王鑫等，2000）。许多人会

12、认为生物圈2号计划实验失败了，为什么美国哥伦比亚大学及我国行政院国科会、教育部还要大费周章地劳师动众想要参与第二生物圈中心的事务？这是笔者访美行前与考察后，许多学校教师及环境教育者所关切的问题，这也是笔者省思与学习的新课题。二、生物圈2号计划概况公元1986年，美国富豪爱德华巴斯（Edward Bass）为了扩展人类新的生存空间，出资二亿美元于在美国亚利桑那州的沙漠区动工兴建了世界知名与瞩目的生物圈2号（Biosphere 2，又译称第二生物圈）。公元1991年9月26日，来自世界各地的八位志愿者（所谓生物圈人），参与了生物圈2号的实验计划。生物圈2号计划，是设计用来进行物质密闭的生态与环境研

13、究，计划目的是帮助人类了解地球是如何运作，并研究在模拟地球生态环境的条件下，人类是否适合生存的问题。生物圈2号，是世界上最大型的温室结构的生态工程，也是模拟地球生态环境的实验室。生物圈2号的计划，是在美国西部亚利桑那州（Arizona）土桑市（Tucson）南部 Oracle城执行的。计划基地面积约1.27公顷，体积容量达203,760立方公尺。其主要是由玻璃帷幕和钢架所构筑的模拟生态群系(biomes)，包括了热带雨林（rain- forest）、稀树草原（savannah ）、沼泽地（marsh）、海洋（ocean，含珊瑚礁岸）、沙漠（desert）等五类荒野生物群带（wilderness

14、 biomes)，以及人类的集约农地(intensive agricultural area)、微城市(micro city)、及技术圈(technosphere)等三种人造地区。生物圈2号为一个密闭系统，其中大约涵纳了大气(170,000立方公尺)、淡水(1,500立方公尺)、咸水(3,800立方公尺)、土壤(17,000立方公尺)、生物(3,8004,000种)，以及人类（四男、四女）等重要组成。在生物圈2号中的微城市的内部设计中，配置了：实验室、医疗设备、厨房、寝室、餐厅、健身房、盥洗设施，以及图书室及观察室等。这种温室型的实验室，其运转所需的能源，主要是靠太阳能(sun- light)

15、及人类供输的电力(electricity)。其中并设置二个肺(lungs)，以提供密闭生态实验室中空气热涨或冷缩的调节功能。生物圈2号，是目前在地球上唯一提供探究地球的生物、地质及化学交互作用的大规模实验系统及设施，也是全世界最大的玻璃密闭式的生态实验室。对于地球环境而言，生物圈2号是一种人类模拟地球环境的中型生态系实验室(mesocosms)。最初生物圈2号实验的思考与想法，是研究人类，以及约四千种生物(植物和动物)，在密封且与外界隔绝的人造系统中，是否可以经由系统内的空气、水、营养物的循环与重复使用下而能够健康、快乐的生存下来。生物圈2号在1991至1993年的实验中，由于研究人员发现许多

16、问题和意外的结果，例如生物圈2号的氧气与二氧化碳之大气组成比例，无法自行达到平衡；生物圈2号内的水泥建物影响到正常的碳循环；多数动植物无法正常生长或生殖，其灭绝的速度比预期的还要快。诸如此类的问题，经由广泛与深度的讨论，以及委员会的多年检讨，总结性的指出生物圈2号的实验失败，未达到原先设计者的预定目标，这证明了在已知的科学技术条件下，人类离开了地球将难以永续生存。同时揭露出：地球仍是人类唯一能依赖与信赖的维生系统。公元1996年元月，出资人爱德华巴斯（Edward Bass）正式将生物圈2号交由美国哥伦比亚大学(Columbia University)管理与规划未来的走向，做为生态学、环境变迁研究及教学的基地。哥伦比亚大学乃开始将生物圈2号既存的生态系统模拟实验及新的研究计划整合于第二生物圈中心(Biosphere 2 Center，简称B2C)。第二生物圈中心并对外界开放，作为研究及学习中心，以探索我们人类生活与环境生态