美國(guó)生物圈號(hào)及其

美國(guó)生物圈2號(hào)及其研究圖1〓生物圈2號(hào)的外觀圖表1〓〖WB〗圈內(nèi)各個(gè)組成部分及結(jié)構(gòu)參數(shù)一覽表聲區(qū)域親面積錄金(m曾2御)常體積籠壓(m斤3冤)伶土壤姐躍(m改3愛)忠水分奮旨(m偉3詠)德大氣怠局(m勾3瞎)傘集約水農(nóng)業(yè)琴區(qū)臂20踩00跟38怒00餅0午27瑞20浮60輸35址22魯0設(shè)居住顆區(qū)紗10指00嚇11芬00師0氧2退1宮10煌99睡7取熱帶塵雨林鄰20沒00臘35爛00提0屠60相00鄙10逢0興28悉90多0賄熱帶狐草原攤/海屈洋/丙沼澤際25譜00洋獅49行00刷0苦40伐00添舌34奧00巴41君60鐘0甚沙漠劫14使00妥22惡00配0虧40掃00加40屠0肝17抽60沉0霉“西株肺”停18偉00役15休00寇0岸0眠0考15辟00割0木“南隱肺”香18委00嚇15哨75病0哲0飲75對(duì)0滑15強(qiáng)00箏0注:上述兩“肺”的體積僅為其完全膨脹的50%美國(guó)建于亞利桑那州圖森市以北沙漠中的生物圈2號(hào)是一座微型人工生態(tài)循環(huán)系統(tǒng),因把地球本身稱作生物圈1號(hào)而得此名。它由美國(guó)前橄欖球運(yùn)動(dòng)員約翰·艾倫發(fā)起,并與幾家財(cái)團(tuán)聯(lián)手出資,委托空間生物圈風(fēng)險(xiǎn)投資公司承建,歷時(shí)8年,耗資15億美元。1991年9月26日4男4女共8名科研人員首次進(jìn)駐生物圈2號(hào),1993年6月26日走出,停留共計(jì)21個(gè)月,在各自的研究領(lǐng)域內(nèi)均積累了豐富的科學(xué)數(shù)據(jù)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。來(lái)自英國(guó)、墨西哥、尼泊爾、南斯拉夫和美國(guó)等5國(guó)的4男3女共7位實(shí)驗(yàn)人員在對(duì)首批結(jié)果進(jìn)行評(píng)估并改進(jìn)技術(shù)后,于1994年3月6日二次進(jìn)駐,工作10個(gè)月后于1995年1月走出。他們?cè)谶@期間對(duì)大氣、水和廢物循環(huán)利用及食物生產(chǎn)進(jìn)行了廣泛而系統(tǒng)的科學(xué)研究。生物圈2號(hào)是世界上最大的閉式人工生態(tài)系統(tǒng)。它使人類首次能夠在整體水平上研究生態(tài)學(xué),從而開辟了了解目前地球生物圈全球范圍生態(tài)變化過(guò)程的新途徑。更為重要的是,它將作為首例永久性生物再生式生保系統(tǒng)的地面模擬裝置而有可能應(yīng)用于人類未來(lái)的地外星球定居和宇宙載人探險(xiǎn)。一、概況占地128公頃的生物圈2號(hào)的地上部分為涂有粉劑的立體鋼架構(gòu)型,配有雙層玻璃窗板;地面部分為焊接不銹鋼板,并用鋼墊密封?？傮w積約為180000m3。其內(nèi)部主要由7種生態(tài)群落區(qū)和兩個(gè)大氣擴(kuò)張室(也稱作“肺”)組成。此外,還設(shè)有能量中心和冷卻塔等設(shè)施。其外觀及有關(guān)結(jié)構(gòu)參數(shù)如表1和圖1所示。為了減輕立體結(jié)構(gòu)的負(fù)荷,生物圈2號(hào)的內(nèi)部壓力略高于周圍大氣壓。眾所周知,溫度改變必然導(dǎo)致壓力變化,而這種伸縮中的壓力變化足以破壞玻璃窗板(計(jì)算值極易超過(guò)kPa）。為了解決這一矛盾,沒有像通常那樣采取抵抗壓力的措施,而是為該圈裝配了兩個(gè)稱為“肺”的體積可變室，以使大氣在恒壓下脹縮。兩“肺”就如同巨大活塞通過(guò)密封膜連接在氣缸上一樣,上下垂直運(yùn)動(dòng)距離約達(dá)15m?；钊亓慨a(chǎn)生相對(duì)于周圍大氣壓力的內(nèi)部正壓。正壓具有兩大優(yōu)點(diǎn):不論什么地方有泄漏,內(nèi)部大氣就會(huì)向外擴(kuò)散從而保證排除外界污染；活塞的持續(xù)下滑則表明某處出現(xiàn)泄漏。兩“肺”的體積占到該圈密閉體積的30%。除上述設(shè)施外,其內(nèi)部還包括分析、醫(yī)療、獸醫(yī)、監(jiān)控、維修、鍛煉、影視等室,分布在不同部位。與地球生物圈類同,生物圈2號(hào)在物質(zhì)上閉環(huán),通過(guò)工程手段禁止它與外界大氣和地下土壤進(jìn)行物質(zhì)變換。在能量上開環(huán),允許太陽(yáng)光通過(guò)玻璃結(jié)構(gòu)供植物進(jìn)行光合作用,同時(shí)引入電能供技術(shù)系統(tǒng)操作運(yùn)轉(zhuǎn)。在信息上也同樣開環(huán),通過(guò)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、、攝像、電視與外界進(jìn)行數(shù)據(jù)信息交換,并通過(guò)電視可以與外界工作人員及親屬進(jìn)行面對(duì)面的交談,還可放映電影和收看商業(yè)電視節(jié)目。電能及熱控能源從外界通過(guò)氣密裝置輸送進(jìn)來(lái),當(dāng)進(jìn)行能量轉(zhuǎn)移時(shí),不允許內(nèi)外流體進(jìn)行任何形式的交換或混合。表2〓圈內(nèi)大氣溫度、壓力及重量范圍老生物飲群落州溫度洽(°嘩C)宅最高頁(yè)最低步大氣粥成分卷壓力外各(k紀(jì)Pa優(yōu))洞百分編比桶互(%其)窯總重助量禽鴉(k押g)絲熱帶勝雨林獨(dú)35光13丟O漁2夾18純10簡(jiǎn)20駁51棵31岡80胃0怕熱帶蠻草原煙38煮13跡N飯２向67碑51恨76坦51憲10傲37婦75忘海洋陜/沼話澤知CO類2置0茫03廳0脫03扒67驗(yàn)沙漠臂43主2扒H緣２叨O擾1榆78證2舞02雹17吵61誘集約鋸農(nóng)業(yè)春區(qū)論30阻13的Ar宇0逗81紛0恥92歡17坡82錦居住庸區(qū)搬35棵15庭總量喬88云24妻10蛛0計(jì)00名13辜91薯85生物圈2號(hào)的“神經(jīng)系統(tǒng)”是一個(gè)完整的計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng),它是從位于居住區(qū)的指揮室輻射出的微處理機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。這一內(nèi)部“神經(jīng)系統(tǒng)”通過(guò)信息通路與外界附近的“飛行控制”樓內(nèi)的計(jì)算中心相聯(lián)通。該樓作為分析中心而成為生物圈1號(hào)和2號(hào)間獲取分析數(shù)據(jù)及通訊的主要窗口。居住區(qū)內(nèi)的指揮室通過(guò)遍布圈內(nèi)的5000多個(gè)傳感器(每15分鐘記錄一次并讀入無(wú)限增長(zhǎng)數(shù)據(jù)庫(kù))能夠有效地控制所有主要的操作參數(shù),如溫度、濕度、光強(qiáng)、水流量、pH值、CO2濃度、土壤濕度、儀器運(yùn)作狀態(tài)等,并能進(jìn)行數(shù)據(jù)傳感器及所有報(bào)警裝置的狀態(tài)顯示。每件裝置均有手動(dòng)控制開關(guān)以防“神經(jīng)系統(tǒng)”任何部位的失靈。盡管整個(gè)圈內(nèi)為熱帶氣候,但由于不同生物群落的冷暖要求不同,因此,各自又有相對(duì)獨(dú)立的溫度。由于生物圈2號(hào)位于海拔1200m的沙漠上,其外圍大氣壓不是標(biāo)準(zhǔn)壓力1013kPa，而僅約為882kPa,因此,其內(nèi)壓只能略高,即為8824kPa。詳細(xì)情況見表2。利用機(jī)械系統(tǒng)模擬地球自然環(huán)境,例如制造海洋波浪、潮汐、溪流、瀑布以及按照季節(jié)要求控制風(fēng)、雨、濕度等,并控制鹽分梯度及營(yíng)養(yǎng)循環(huán)速度和進(jìn)行海水淡化。二、生態(tài)群落生物圈2號(hào)有5個(gè)野生生物群落(熱帶雨林、熱帶草原、海洋、沼澤、沙漠)和兩個(gè)人工生物群落(集約農(nóng)業(yè)區(qū)和居住區(qū))。它們以地球北回歸線和南回歸線間的生態(tài)系統(tǒng)為樣板,分別由美英生物和生態(tài)學(xué)家設(shè)計(jì)而成。圈內(nèi)共有約4000個(gè)物種,其中動(dòng)物(包括浮游、軟體、節(jié)肢、昆蟲、魚類、兩棲、爬行、鳥類、哺乳等)、植物(包括浮游、苔蘚、蕨類、裸子和被子等)約3000種,微生物(包括細(xì)菌、粘菌、真菌、微藻等)約1000種,它們分別來(lái)自澳大利亞、非洲、南美、北美等地。該系統(tǒng)既有高大的樹木(如紅樹),也有矮小的灌木草叢植物,錯(cuò)落有致、憩靜秀美。各個(gè)野生生物群落中的生境并不一致,它們分別有4、6、4、4、6種生境,如海洋有海灘、淺咸水湖、珊瑚礁和海水等4種類型。生物群落間均有相對(duì)獨(dú)立的生態(tài)區(qū)將它們互相隔開,例如,熱帶草原和沙漠間有一簇灌木叢而相對(duì)隔離。為了保護(hù)各個(gè)群落不受環(huán)境脅迫,在其周圍種植了耐性強(qiáng)的植物,例如,熱帶雨林的三周圍是濃密的姜科植物，從而保護(hù)內(nèi)部樹種免遭側(cè)面強(qiáng)光照射,而與海洋的界面間種有竹子來(lái)抵御鹽分滲入。喉為了訂盡量曠貼近雞自然絨環(huán)境秘,該筆圈中呼的土纏壤、姓草皮江、海聰水、粉淡水挪均取灶自外磨界的毯不同傻地理棕區(qū)間呢,通逢過(guò)一發(fā)定的如人工糠處理識(shí)再利橡用。森例如閣,實(shí)狐驗(yàn)用木的海翅水是障將運(yùn)檢進(jìn)來(lái)潑的海碰水和敲淡水潛按照侍適當(dāng)賴比例蓄配制徒而成商的。輝生物陽(yáng)圈2黑號(hào)中受選擇泊植物利的標(biāo)淘準(zhǔn)主框要考惱慮動(dòng)腎物消亂費(fèi)者掀的生涂命保浸障、姻分類賣多樣眼性、月物理四參數(shù)真、植健物的角可利誠(chéng)用程幻度和驢美學(xué)早價(jià)值漸。為辮了適備應(yīng)達(dá)合爾文縫的自牙然選矛擇過(guò)價(jià)程,您植物淡種類款開始話時(shí)比益系統(tǒng)糟能支絡(luò)撐的籃要多滅一些你,這寧樣可聲以補(bǔ)握償物爛種的變遺失阿或滅淋絕，豆并最騰終促芬進(jìn)系役統(tǒng)的貿(mào)持續(xù)騾穩(wěn)定載。嘉三、逝研究披范圍蒙與主民要結(jié)漢果能首批胖8名惰科學(xué)者家在徒21棵個(gè)月懶的密痰閉人識(shí)工生華態(tài)環(huán)市境中趣按照裁各自兄的研驗(yàn)究范慮圍進(jìn)夠行了萬(wàn)廣泛命、細(xì)諒致、毯深入賢的觀堪察、芹記錄族、分胞析,找研究援項(xiàng)目云包括齡生物帆地球細(xì)化學(xué)臣、土停壤、芽水、削海洋亭、“品全球墳”生估物量膊、農(nóng)盜業(yè)、卸遺傳吳、生鵝理、脆營(yíng)養(yǎng)嬌、醫(yī)欺學(xué)、織心理盆以及刊技術(shù)許和工隸程學(xué)甜等內(nèi)黨容。濱本文辨僅就果幾個(gè)喘較為謙重要仇的研截究結(jié)胳果概棚括如淺下:哈1大農(nóng)氣動(dòng)仇力學(xué)臂與大桐氣泄遣漏星在微華小的存閉式齡生態(tài)虜系統(tǒng)倚中生憶物地家球化刻學(xué)循膊環(huán)速活率顯笛著加遭大,載這是泡由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