生物圈二號

**生物圈二號**（英語：Biosphere 2）位於美國亞利桑那州圖森市北部奧拉克爾，是艾德・巴斯等人主持建造的人造封閉生態系統及生態箱，占地 1.3 萬平方米，擁有 3.14 - 英畝（1.27 - 公頃）的結構，大約有 8 層樓高，為圓頂形密封鋼架結構的玻璃建築物，是有史以來最大的封閉系統。

「生物圈二號」最初是為了證明封閉生態系統在外太空支持和維持人類生命的可行性。它被設計為旨在探索基於各種生物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。除了為人們提供的幾個生物群落和生活區之外，還有一個農業區和工作空間，用於研究人類，農業，技術和其他自然界之間的相互作用，作為研究全球生態學的新型實驗室。它的任務是一個有 8 人機組人員（「生物圈人 （biospherians）」）的為期兩年的封閉實驗。長期來看，它被認為是獲得關於在太空殖民中使用封閉生物圈的知識的先導。

「生物圈二號」建造於 1987 年到 1989 年之間，它被用於測試人類是否能在以及如何在一個封閉的生物圈中生活和工作，也探索了在未來的太空殖民中封閉生態系統可能的用途。「生物圈二號」使得人們能在不傷害地球的前提下，對生物圈進行研究與控制。「生物圈二號」的名字源於它的原始模型「生物圈一號」，即地球。

1994 年 9 月 6 日任務結束，生物圈二號臨時周轉給 Decisions 投資公司。2005 年 1 月 10 日，Decisions 投資公司宣布欲出售生物圈二號及其周圍的土地 1600 英畝（650 公頃）的土地。2007 年 6 月，CDO 牧場與發展以 5000 萬美元買下，準備進行建造 1500 房屋和度假酒店的計劃，生物圈二號的主體結構則提供給亞利桑那大學研究和教育使用。2011 年 7 月，亞利桑那大學承擔生物圈二號的所有權，作為進行科學研究的用途至今。

## 歷史

### 起源

生物圈二號的想法最初來自於「協作者組織」（Synergist），一個有些激進的環保團體，由約翰・艾倫（John Allen）領導，生物圈二號計劃成形於 1982 年的一場在法國鄉村召開的會議，出席者包括一些世界頂尖的科學家。之後不久，協作者組織開始起草關於封閉結構的計劃，這個封閉結構可以作為火星殖民的實驗基地、潛在核大戰後的庇護所，也可以用作居住型實驗室，對整個生態系統進行大尺度研究。

1987 年《發現》雜誌上的一篇文章稱生物圈二號是「繼甘迺迪總統啟動登月計劃後美國最激動人心的科學工程」。參與生物圈二號計劃的人，和太空人一般被視作英雄。

### 建設

在美國德克薩斯州的億萬富翁艾德・巴斯（Ed Bass）的資助下，這一工程開始成形，這個富有野心的計劃需要建造前所未有的巨大封閉環境，大到能容納熱帶雨林、紅樹林沼澤、熱帶草原、沙漠，甚至還有一片可容納珊瑚礁、能掀起陣陣海浪的「海洋」。封閉環境中還有大量空間用來種植食物，配備有完善的農業設備，包括一台打穀機。

### 前期試驗

在生物圈閉合前，在測試模塊（一個更小的封閉系統）內完成了三個小型任務；這些測試的目標相當有限，主要是對廢物循環系統進行測試。整個計劃總共有兩次長期任務；第一次任務計劃從 1991 年 9 月 26 日起至 1993 年 9 月 26 日結束，第二次任務在 1994 年 3 月 6 日起至 1994 年 9 月 6 日結束。

### 任務一

在第一次任務中，其農業系統生產了近 83% 全數組員的飲食，包括不同種類的穀物與水果。但因第一年試驗期間缺乏經驗，八名的組員均處於長期的飢餓狀態，體重大量減輕，直到第二年食物生產量成長之後，八名組員的體重才有所回升。

除了食物問題之外，生物圈 2 號還遭遇氧氣與二氧化碳濃度變化的問題；在實驗期間，其內部氧氣濃度以每月 0.5% 的穩定速率不斷下降，一直持續到內部大氣成分與海拔超過 1200m 的地區相似，最終氧氣濃度降低到了危險水平，部分實驗員的生理產生不良反應，因此外界管理團隊不得不於 1993 年 1 月與 1993 年 8 月從外界泵入純氧。氧氣濃度下降的元兇被懷疑是土壤中生存的微生物，此外農業區、熱帶草原區和雨林區都在任務前引入了微生物以支持植物生長，直到後來才發現這些微生物消耗了太多的氧氣。

這個推測存在的一個問題是：既然微生物大量地消耗了氧氣，那同時也應該產生大量的二氧化碳，但在大氣成分分析中並未發現二氧化碳成分有明顯的增加；進一步的調查顯示，位於基部的混凝土在硬化過程中吸收了這些二氧化碳，這個過程有效地吸收掉了微生物產生的大部分二氧化碳，從而間接導致了整個環境中氧氣的衰竭。後來由於受傷組員的離開和返回又重新補充了氧氣和其他的一些所需物品，該計劃失掉了一些可信度，小組澄清他們只帶來用於供水的塑膠袋，但有指控認為他們帶來食物和其他物品。

與此同時，生物圈 2 號的內部生態發生許多改變。大量的授粉昆蟲滅絕，一種熱帶螞蟻與蟑螂大量孳生成為優勢物種，並負起一部分授粉的責任；又因二氧化碳濃度升高，部分熱帶雨林區的先驅物種快速成長，導致其枝幹支撐力薄弱，變得容易坍塌。

### 任務二

在任務一結束，任務二尚未開始之前，生物圈 2 號針對任務一時所發現的種種問題進行了大規模的改善工程與研究。由於混凝土是吸附二氧化碳的元兇，因此所有混凝土的表面都加以塗封，以防止其吸收二氧化碳；不同於第一次任務時八名組員一開始無法生產足夠的食物，任務二的組員已有能力達成足量食物生產的目標。

1994 年 4 月 1 日，管理團隊內出現嚴重的爭端，導致現場管理權被美國法警的臨時禁制令推翻，剩下的任務改由加州比佛利山莊的 Bannon & Co. 團隊的管理。

1994 年 4 月 5 日，兩名前生物圈成員涉嫌從外部破壞生物圈 2 號，將一扇雙門氣閘和三個單門緊急出口開放大約十五分鐘，同時也導致五個均衡氣壓（如控制人工大氣膨脹或收縮與溫度變化）的窗格玻璃出現碎裂，其中一位涉案的奧林小姐聲稱她是基於道德判斷要將新情勢轉告給組員，再由他們決定是要選擇離開還是繼續實驗，而她唯一的辦法就是必須透過打破密封的結構。最後小組決定繼續實驗，生物圈 2 號也在一小時內重新密封，然而這次事件造成了大約 10% 的生物圈的空氣與外界交換的情況。不久之後，任務二歷經兩次組員變動。

1994 年 9 月 6 日，由於管理公司的財務困難，結束了生物圈 2 號最後一次的封閉環境住人試驗，隨後臨時周轉給已簽約的金融合作夥伴 Decisions 投資公司。

### 哥倫比亞大學

1995 年，生物圈二號業主將管理權轉讓給哥倫比亞大學。

1996 年起，哥倫比亞大學用於作為實習跟校園，稻田和甘薯田被剷平，種上了棉白楊樹。研究人員把這個巨型溫室分隔開，改變每一個區域的環境 —— 因為對原項目的一項批評就是實驗沒有對照組。他們研究樹冠不同高度溫度的變化如何影響葉片的呼吸作用，研究潛入的螞蟻這類入侵物種，檢測海洋中珊瑚礁的建造。直到 2003 年，管理權收歸業主。

### 出售

2005 年 1 月 10 日，Decisions 投資公司宣布生物圈二號及其周圍的土地 1600 英畝（650 公頃）的土地將予以出售。他們希望將這座綜合建築用於研究用途，但也不拒絕其他目的的買主，例如大學、教堂、休假中心、療養中心等。在出售的這段時間內仍然允許遊客參觀，參觀者會被帶領著穿過職員廚房，在玻璃圓頂下參觀各種不同的生境，並向下穿過走廊進入「肺部」—— 用於為封閉的建築按溫度高低調節氣壓的裝置。

2007 年 6 月，CDO 牧場與發展組織以 5000 萬美元買下，準備進行建造 1500 房屋和度假酒店的計劃，但是生物圈二號的主體結構則提供研究和教育使用。

### 亞利桑那大學收購

2007 年 6 月 26 日，亞利桑那大學宣布將接管生物圈二號的研究。該公告結束了擔心該結構將被拆除的擔憂。大學官員表示，私人禮品和贈款使他們能夠支付三年的研究和運營成本，並有可能將資金延長十年。它已經延續了十年仍在進行研究項目，包括陸地水循環的研究以及它與生態學、大氣科學、土壤地球化學和氣候變化的關係。 2011 年 6 月，該大學宣布將承擔 7 月 1 日生效的生物圈二號的全部所有權。

CDO 牧場和發展組織捐贈了土地、生物圈建築物和其他一些支持和行政大樓。Philecology 基金會（一個由艾德・巴斯創立的非營利研究基金會）承諾撥款 2000 萬美元用於正在進行的科學和行動。

## 自然科學和工程學

「阿波羅計劃」、「生物圈二號」在工程學上的成就遠大於自然科學，這與大自然難以複製到人造環境有關，同樣的情況發生在近年才已經成功飼養魚類的海洋水族館中，即使用上了最精良的設備，人們依舊只能勉力且謹慎才能與大自然匹敵，更有許多尚未探知的情況是未解之謎。「生物圈二號」的地面建築採用了鋼管、高效玻璃和鋼架結構。結構和玻璃材料由巴克敏斯特・富勒和彼得・皮爾斯（皮爾斯和他的同事）曾經的一名學生設計並進行強度測驗以確定其牢固程度。

由 B・D・V・馬利諾與霍華德・T・奧德姆於 1999 年編輯的一期特別版《生態工程》雜誌收錄了最全面的有關「生物圈二號」的論文與發現。論文從對系統代謝、水文平衡、溫度與濕度進行描述的標準模型，論述及在富二氧化碳環境中雨林、紅樹林、海洋及農業生態系統的發展的內容。

## 相關作品

* 1996 年拍攝的電影《抓狂雙寶》（Bio-Dome）的場景被設置於一個類似生物圈二號的封閉環境中。

## 參見

* 伊甸園計畫
* 生物再生生命保障系統 (BLSS)
* BIOS-3，俄羅斯西伯利亞克拉斯諾亞爾斯克生物物理研究所的一個封閉生態系統
* 模擬的火星居住地
  * 火星 - 500 - 模擬載人飛行到火星的地面實驗
  * 火星沙漠研究站
  * HI-SEAS
* 瓶中花園
* 生態球

## 引用

## 參考書目

* B・D・V・馬利諾 霍華德・T・奧德姆：《生物圈二號：研究過去與現在》.1999 年 （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）

## 外部連結

* 生物圈二號官方網站 （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
* 生物圈二號 （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）的 Facebook 專頁
* Website on biospherics and Biosphere 2 （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
* Patent for "Pressure balancing a closed ecological system". US Patent & Trademark Office. [2005-12-15]. （原始內容存檔於 2021-01-01）.  - Patent for the expanding chambers used to equalize pressure in Biosphere 2.
* 人民網：「生物圈 2 號」實驗失敗 （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）