生物圈2號現狀
因為疫情的原因繼續在家進行自我隔離，從而想到了生物圈二號這樣一個和隔離有關的項目，找來些資料聊聊。介於這是一篇搜集資料的學習文，所以先貼出機構官網，以示尊敬
https://biosphere2.org/
同時貼出試驗參與者Jane Poynter 的TED演講視頻
https://www.ted.com/talks/jane_poynter_life_in_biosphere_2
項目由來
用最簡單的語言來描述生物圈2號試驗，就是科學家希望通過完全人工的方式再造一個地球的生物圈出來，並維持這個生態系統的平穩運行。
這個試驗的初衷是為了證明封閉生態系統在外層空間支持和維持人類生命的可行性。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2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2號」的名字源於它的原始模型「生物圈1號」，即地球。它的任務是一個有8志願者（「生物圈人 （biospherians）」）參與的為期兩年的封閉實驗。
參與進駐試驗的科學家合影，在試驗開始的時候，大家還笑得出來
為了完成這個宏大的實驗計劃，科學家於1987到1989年間，在美國亞利桑那州圖森市北部的Oracle地區建造了一個人造封閉生態系統及生態箱，佔地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，建築主體為密封鋼架結構的玻璃建築物，是有史以來最大的封閉系統。系統中模擬了地球生態系統中具有代表性的區域，包括沙漠，沼澤，荊棘叢，雨林，熱帶草原，甚至是海洋。同時為人類居住者分配了一個生活區和一個農業區。
同時為了模擬地球的生態環境，圈內共引入了約4000個物種，其中動物（包括：軟體、節肢、昆蟲、魚類、兩棲、爬行、鳥類、哺乳等）、植物（包括浮遊、苔蘚、蕨類、裸子和被子等）約3000種，微生物（包括細菌、粘菌、真菌、微藻等）約1000種，它們分別來自澳大利亞、非洲、南美、北美等地。
生物圈2號剛建成時的鳥瞰照片
試驗過程
在經歷了初期的廢物循環系統測試後，1991年9月26日，任務的第一次試驗計劃開始實施。來自英國、墨西哥、尼泊爾、南斯拉夫和美國等5國的8 名科學家進駐到生物圈2號中，開始隔離試驗。
科學家首次進駐的場景
根據計劃，生物圈2號中的生態系統會與外面的世界完全隔離，純粹利用內部環境實現生態平衡，為此所有門窗都進行了嚴格的密封處理，就連地面之下也澆築了厚達兩米的混泥土，這讓生物圈2號的氣密性非常高，年洩漏率不超過10%。（在之前的類似科學試驗中，單日洩漏率為1%到10%）
農場中的科學家們
按照設想，生物圈2號會完全獨立運行，能源取自於試驗場地周邊的太陽能電池板；氧氣來自於由生物圈2號內的植物；而糧食蔬菜與肉類則來自於試驗人員在其中經營的巨大農場。參與試驗的科學家遵循8小時的工作制度，上午的4小時用於維護這個生態系統的和諧，如檢查每一個小系統、播種收割莊稼等，下午的4小時則是進行各項科研試驗分析。而在其餘的休息時間裡，他們可以做一切自己想做的事情，看書、看電影、看新聞。雖然嚴格與外界隔離，但他們仍能用通訊工具與外界聯繫，與親朋好友通電話等。他們的家人也能來到館外，隔著玻璃探望。
玻璃窗內側的科學家們
但隨著時間的推移，事情並沒有大家想像的那樣順利。在這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。
在營地內就餐的科學家，看起來有些營養不良
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。
參與試驗的Roy Lee Walford醫生
最終在第一次試驗由於實驗室內部的環境與科學家的生命健康難以得到維繫，在經歷了多次妥協（向內供應氧氣以維持科學家的生命）後，於1993年9月26日結束。為期兩年零20小時（數據來自Jane Poynter 的TED演講）
試驗初期田園牧歌式的景象已不復存在
後來針對第一次試驗中出現的問題，生物圈2號針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；同時增加了一名農業學家參與到實驗中。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。
但由於種種原因，第二次試驗只維繫了十個月。後來便是由於資金原因帶來的漫長爭執。在1994年第二次試驗結束後，項目臨時周轉給已籤約的金融合作夥伴Decisions投資公司。1995年，生物圈二號業主將管理權轉讓給哥倫比亞大學。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，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。
試驗建築
作為一個建築師，我最關注的當然是為進行生物圈2號試驗，所設計的革命性的實驗建築。
生物圈2號的鳥瞰分析
生物圈的實驗系統由一家名為Space Biosphere Ventures的公司建造，由約翰·艾倫（John P. Allen）所帶頭設計。項目施工於1989年完成，主體由三個主要部分組成：地上氣密玻璃封閉區域，地下技術區和一個居住區。地上的主要結構由將近204,000立方米的密封玻璃製成，並由鋼框架支撐，最高處為27.7米。
熱帶雨林和沙漠生態系統是利用輕質塑料窗簾其它生態系統分離。通過人行道與主要生物群落區域相連的是三個圓形的玻璃外殼，用於容納農業區域。地下技術區擁有1.27公頃（3.14英畝）的設施，包含超過二十個空氣處理器單元，它們控制生物圈中的空氣溫度和溼度，從而實現冷卻，加熱，冷凝和除溼。空氣從能量中心循環到空氣處理機，能量中心是玻璃封閉區域外部的建築物。能源中心還提供用於調節溫度的熱水和冷水，並提供發電機，這些發電機可作為生物圈2的附加電源。
生物圈2號總體鳥瞰
人員居住區
Living quarters
試驗參與人員提供住宿與休閒的空間。外觀看起來蠻有那個時代的科技感。
居住區公共空間
廚房
個人房間
觀景塔
觀景塔頂部的室內區域，充滿古早風格的裝飾
農場溫室區域
farming quarters
三個拱形玻璃大棚組成的種植空間，用以滿足試驗人員的食物需要。
現狀照片
試驗期間的種植情況
在「農場」合影的科學家
肺
Lungs
用以調節生物圈2號內部壓力差的空氣儲存室。
迷你生態系統
Mini ecosystems
玻璃結構的主要部分是矩形，末端類似於金字塔，包含五個生態系統：沙漠和熱帶雨林分布在金字塔的末端，中部地區則是熱帶草原，紅樹林，溼地和模擬海洋。
項目早期的剖面圖，注意其建築形式與最終建設的有很大不同
插畫師Ken Godat的插圖用更加藝術化的手法表達了各個區域間的相對關係
沙漠
海洋
在不大的水池內安裝了造浪系統，可以模擬海浪潮汐等自然現象
溼地，灌木與草地
圍繞在模擬海洋的周圍
雨林
建築影響
作為開創性的室內模擬生態系統，生物圈2號革命性的設計已經超越了普通室內溫室的概念。多樣性的室內生態景觀也啟迪著後來的諸多建築，尤其是後來植物園溫室等項目的設計。
英國的伊甸園植物園
利用張拉膜構造覆蓋的室內植物園空間也設置了多樣化的室內自然景觀。
亞馬遜的Spheres複合體
將辦公空間與室內生態系統相結合
加州科學院博物館
倫佐皮亞諾設計的加州科學院博物館中的雨林溫室在一定程度上再現了自然環境中的森林與海洋生態系統，創造性的結合了海洋館與植物館兩種展示形式。由於不是需要嚴格密閉的實驗條件，所以設計者也引入了自動天窗等技術手段，來維持內部的生態系統穩定。
上文所有圖片均來自網絡，版權歸其所有
後 話
儘管後來的諸多建築都都在一定程度上借鑑了生物圈2的設計思路，但作為密閉生態系統這一試驗本身，卻沒有任何的突破。在近三十年的時間裡，生物圈2號這一試驗成為了最具影響力的科學試驗之一。它對後世的影響不只是試驗的結果，而是改變了人們對於自然生態的觀念，加深了保護地球的意識。這一試驗的失敗某種意義上也是劉慈欣會寫出《流浪地球》的原因。在劉慈欣的一段自述裡，他這樣說道：
「生物圈二號的失敗有多種原因，其中很重要的一點就是：它不夠大。' ......只有像地球這樣規模的生態系統，這樣氣勢磅礴的生態循環，才能是生命萬代不惜。'（選自拙作《流浪地球》），這也就決定了未來恆星際航行很可能是超大規模的」
而有一部分的人把生物圈2號的失敗總結為一種人類終究無法再造自然生態系統的宿命論，從而號召人們放棄宇航探索，將保護地球生態作為唯一關注點。這樣的理論顯然也是極度偏頗的。
最近的歷史，出現了一些奇特的巧合，每當我們拓展星辰大海的時候，總會在自然生態上摔一個跟頭，03年的神舟五號送了第一個航天員上天，卻又爆發了非典；20年計劃全面開工空間站，卻又爆發了新冠肺炎。
然而
探索太空的步伐一步也不會停，
保護生態的神經一刻也不能松。