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《生物生存的家园--生物圈》课件4(65张PPT)(苏科版七年级上)

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资料类别:  生物/课件 所属版本:  苏科版
所属地区:  全国 上传时间:  2011/7/9
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资料概述与简介

* 【图片说明】 生物圈2号测试室建于生物圈2号之前,主要用于检测生物圈2号的施工技术。 * 【图片说明】 生物圈2号的“神经系统”是一个完整的计算机数据采集和控制系统,它是从位于居住区的指挥室辐射出的微处理机网络系统。这一内部“神经系统”通过信息通路与外界附近的“飞行控制”楼内的计算中心相联通。该楼作为分析中心而成为生物圈1号和2号间获取分析数据及通讯的主要窗口。居住区内的指挥室通过遍布圈内的5000多个传感器(每15分钟记录一次并读入无限增长数据库)能够有效地控制所有主要的操作参数,如温度、湿度、光强、水流量、pH值、CO2浓度、土壤湿度、仪器运作状态等,并能进行数据传感器及所有报警装置的状态显示。每件装置均有手动控制开关以防“神经系统”任何部位的失灵。 * 【图片说明】 生物圈2号内部的管道系统。 * 【图片说明】 生物圈2号的发电厂。 * 【图片说明】 海洋、沼泽和热带草原区模型。 * 【图片说明】 热带雨林区模型。 45 海洋、沼泽和热带草原区模型 46 热带雨林区模型 * * 【课件说明】 生物圈2号 美国建于亚利桑那州图森市以北沙漠中的生物圈2号是一座微型人工生态循环系统,因把地球本身称作生物圈1号而得此名。它由美国前橄榄球运动员约翰·艾伦发起,并与几家财团联手出资,委托空间生物圈风险投资公司承建,历时8年,耗资1.5亿美元。 1991年9月26日4男4女共8名科研人员首次进驻生物圈2号,1993年6月26日走出 ,停留共计21个月,在各自的研究领域内均积累了丰富的科学数据和实践经验。来自英国、墨 西哥、尼泊尔、南斯拉夫和美国等5国的4男3女共7位实验人员在对首批结果进行评估并改进技术后,于1994年3月6日二次进驻,工作10个月后于1995年1月走出。他们在这期间对大气、水和废物循环利用及食物生产进行了广泛而系统的科学研究。生物圈2号是世界上最大的闭式人工生态系统。它使人类首次能够在整体水平上研究生态学,从而开辟了了解目前地球生物圈全球范围生态变化过程的新途径。更为重要的是,它将作为首例永久性生物再生式生保系统的地面模拟装置而有可能应用于人类未来的地外星球定居和宇宙载人探险。 * 【课件说明】 生物圈2号概况 占地1.28公顷的生物圈2号的地上部分为涂有粉剂的立体钢架构型,配有双层玻璃窗板;地面部分为焊接不锈钢板,并用钢垫密封。总体积约为180000m3。其内部主要由7种生态群落区和两个大气扩张室(也称作“肺”)组成。此外,还设有能量中心和冷却塔等设施 。 为了减轻立体结构的负荷,生物圈2号的内部压力略高于周围大气压。众所周知,温度改变必然导致压力变化,而这种伸缩中的压力变化足以破坏玻璃窗板(计算值极易超过kPa)。为了解决这一矛盾,没有像通常那样采取抵抗压力的措施,而是为该圈装配了两个称为“肺”的体积可变室,以使大气在恒压下胀缩。两“肺”就如同巨大活塞通过密封膜连接在气缸上一样,上下垂直运动距离约达15m。活塞重量产生相对于周围大气压力的内部正压。正压具有两大优点:不论什么地方有泄漏,内部大气就会向外扩散从而保证排除外界污染;活塞的持续下滑则表明某处出现泄漏。两“肺”的体积占到该圈密闭体积的30%。 除上述设施外,其内部还包括分析、医疗、兽医、监控、维修、锻炼、影视等室,分布在不同部位。 与地球生物圈类同,生物圈2号在物质上闭环,通过工程手段禁止它与外界大气和地下土壤进行物质变换。在能量上开环,允许太阳光通过玻璃结构供植物进行光合作用,同时引入 电能供技术系统操作运转。在信息上也同样开环,通过计算机系统、电话、摄像、电视与外界进行数据信息交换,并通过电视可以与外界工作人员及亲属进行面对面的交谈,还可放映电影和收看商业电视节目。电能及热控能源从外界通过气密装置输送进来,当进行能量转移时,不允许内外流体进行任何形式的交换或混合。 生物圈2号的“神经系统”是一个完整的计算机数据采集和控制系统,它是从位于居住区的指挥室辐射出的微处理机网络系统。这一内部“神经系统”通过信息通路与外界附近的“飞行控制”楼内的计算中心相联通。该楼作为分析中心而成为生物圈1号和2号间获取分析数据及通讯的主要窗口。居住区内的指挥室通过遍布圈内的5000多个传感器(每15分钟记录一次并读入无限增长数据库)能够有效地控制所有主要的操作参数,如温度、湿度、光强、水流量、pH值、CO2浓度、土壤湿度、仪器运作状态等,并能进行数据传感器及所有报警装置的状态显示。每件装置均有手动控制开关以防“神经系统”任何部位的失灵。 尽管整个圈内为热带气候,但由于不同生物群落的冷暖要求不同,因此,各自又有相对独立的温度。由于生物圈2号位于海拔1200m的沙漠上,其外围大气压不是标准压力1013 kPa,而仅约为882kPa,因此,其内压只能略高,即为8824k Pa。利用机械系统模拟地球自然环境,例如制造海洋波浪、潮汐、溪流、瀑布以及按照季节要求控制风、雨、湿度等,并控制盐分梯度及营养循环速度和进行海水淡化。 * 【课件说明】 生物圈2号中的生态群落 生物圈2号有5个野生生物群落(热带雨林、热带草原、海洋、沼泽、沙漠)和两个人工生物群落(集约农业区和居住区)。它们以地球北回归线和南回归线间的生态系统为样板,分别由美英生物和生态学家设计而成。 圈内共有约4000个物种,其中动物(包括浮游、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、裸子和被子等)约3000种,微生物(包括细菌、粘菌、真菌、微藻等)约1000种,它们分别来自澳大利亚、非洲、南美、北美等地。 该系统既有高大的树木(如红树),也有矮小的灌木草丛植物,错落有致、憩静秀美。各个野生生物群落中的生境并不一致,它们分别有4、6、4、4、6种生境,如海洋有海滩、浅咸水湖、珊瑚礁和海水等4种类型。生物群落间均有相对独立的生态区将它们互相隔开,例如,热带草原和沙漠间有一簇灌木丛而相对隔离。为了保护各个群落不受环境胁迫,在其周围种植了耐性强的植物,例如,热带雨林的三周围是浓密的姜科植物,从而保护内部树种免遭侧面强光照射,而与海洋的界面间种有竹子来抵御盐分渗入。 为了尽量贴近自然环境,该圈中的土壤、草皮、海水、淡水均取自外界的不同地理区间,通过一定的人工处理再利用。例如,实验用的海水是将运进来的海水和淡水按照适当比例配制而成的。 生物圈2号中选择植物的标准主要考虑动物消费者的生命保障、分类多样性、物理参数、植物的可利用程度和美学价值。为了适应达尔文的自然选择过程,植物种类开始时比系统能支撑的要多一些,这样可以补偿物种的遗失或灭绝,并最终促进系统的持续稳定。 * 【课件说明】 生物圈2号实验失败 1993年1月,8名科学家和家人们依依惜别,进入“生物圈2号”。按照预定的计划,他们将在里面呆上两年,除非身体发生严重意外,否则,实验结束前是不能出来的。 按规定,8名科学家将在里面一边从事科学研究,一边过着完全自给自足的生活。能源,取自太阳能;氧气,由他们种植的植物制造;粮食,靠自己耕种获得;肉类和蛋白质,取自他们养的鸡、鸭、猪、羊。气温和气候,由他们来设法控制,并尽可能模拟地球气候。 总之他们必须设法保证这个小小的生态系统的平衡。说起来容易,做起来难。比如绿色植物过多,没有充足的肥料和二氧化碳供它们呼吸,植物会死亡;假如他们想多吃点肉,必须多养动物,而动物过多,粮食和饲料会紧张,氧气的消耗会增加,空气中二氧化碳浓度会升高,从而影响他们自身的生存。这一切都需要科学家们做周密的计划和细致的安排。任何一方面出现偏差,都会使整个计划前功尽弃。 情况果然不妙,一年多后,土壤中的碳与氧气反应生成二氧化碳,部分二氧化碳与建筑“生物圈2号”所用的混凝土中的钙发生反应生成碳酸钙,导致“生物圈2号”的氧气含量从21%下降到14%。这样的含氧量相当于海拔5300米高原上的含氧量。 “生物圈2号”内,除了藤本植物比较繁荣外,所有靠花粉传播繁殖的植物都灭绝了,大树也摇摇欲坠;昆虫除了白蚁、蟑螂和蝈蝈外,几乎都死了;人造海洋中25种脊椎动物中有19种消失了;人造沙漠由于没有控制好降雨,变成了草地;“生物圈2号”内水循环失调,从而引发了水危机。 由于没有调节好内部气候,粮食颗粒无收。最后,科学家们不得不靠吃种子和红薯根勉强度日,结果只好提前撤出实验室。 更令人感到意外的是,“生物圈2号”运行3年后,其中的一氧化碳含量猛增到79%,足以使人体合成维生素B12的能力减弱,从而危害大脑健康。 1996年1月1日,哥伦比亚大学接管了“生物圈2号”。9月,由数名科学家组成的委员会对实验进行了总结,他们认为,在现在技术条件下,人类还无法模拟出一个类似地球一样的、可供人类生存的生态环境。实验再一次证明,地球是人类唯一的家园。 * * 【课件说明】 点击名称显示相应区域的外观图片。 * 【课件说明】 点击名称显示相应区域的内景图片。 * 【课件说明】 点击显示放大图片,并有简单说明。 * 【课件说明】 点击显示放大图片,并有简单说明。 * 【图片说明】 生物圈2号内的研究人员的居住地,内有卧室、厨房、图书馆等。控制中心也在这个位置。 * 【图片说明】 食物生产与废物处理 生物圈2号中的农业系统必须满足3个主要要求,即无污染、集约型和可持续性。空间生物圈风险投资公司和其农业区的主要顾问亚利桑那大学环境研究实验室,起初试验水培 和气培的种植技术,最后由于种种原因而不得不转向以土壤为基础的农艺技术。原因之一就是水培必须依赖于化学营养液的输入,而这在空间是难以解决的。另外一个原因是如果没有能力做堆肥或利用植物/微生物系统进行废水再生,那么促使动物和人的废物及作物不可食生物量部分等循环利用的相关问题就更难以解决。此外,堆肥或沼泽废水处理系统较湿氧化或焚化等物理系统更省能。 集约农业区共有50种150个品种,每轮种植约30种,主要有粮食、蔬菜、水果,此外还有饲养动物和鱼(稻田中养殖),动物饲料包括苜蓿、象草、水风信子及各种农作物(利用其不可食生物量)。 密闭后建立的农业系统平均提供8人80%的营养需要,包括谷物、豆类和蔬菜,但密闭后的前几个月需食用密闭前种植的食物(其余20%的营养需要)。由于圈内缺乏紫外线辐射,因此,必须补充维生素B12和维生素D。肉类很少,蛋每人每周平均一个。前10个月的平均食物 热量卡值限制在2000Cal/d(1Cal合4.18J),后来增加到2200Cal/d。食用前,食物均进行了称重和记录。 * 【图片说明】 生物圈2号建于美国亚利桑那州图森市以北沙漠中,所以,“沙漠”的景致与外面没有多大区别。 * 【图片说明】 “海洋、沼泽、热带草原”区外观。 * 【图片说明】 “热带雨林”区外观。 * 【图片说明】 生物圈2号内的研究人员的居住地,内有卧室、厨房、图书馆等。 * 【图片说明】 食物生产与废物处理 生物圈2号中的农业系统必须满足3个主要要求,即无污染、集约型和可持续性。空间生物圈风险投资公司和其农业区的主要顾问亚利桑那大学环境研究实验室,起初试验水培 和气培的种植技术,最后由于种种原因而不得不转向以土壤为基础的农艺技术。原因之一就是水培必须依赖于化学营养液的输入,而这在空间是难以解决的。另外一个原因是如果没有能力做堆肥或利用植物/微生物系统进行废水再生,那么促使动物和人的废物及作物不可食生物量部分等循环利用的相关问题就更难以解决。此外,堆肥或沼泽废水处理系统较湿氧化或焚化等物理系统更省能。 集约农业区共有50种150个品种,每轮种植约30种,主要有粮食、蔬菜、水果,此外还有饲养动物和鱼(稻田中养殖),动物饲料包括苜蓿、象草、水风信子及各种农作物(利用其不可食生物量)。 密闭后建立的农业系统平均提供8人80%的营养需要,包括谷物、豆类和蔬菜,但密闭后的前几个月需食用密闭前种植的食物(其余20%的营养需要)。由于圈内缺乏紫外线辐射,因此,必须补充维生素B12和维生素D。肉类很少,蛋每人每周平均一个。前10个月的平均食物 热量卡值限制在2000Cal/d(1Cal合4.18J),后来增加到2200Cal/d。食用前,食物均进行了称重和记录。 * 【图片说明】 生物圈2号建于美国亚利桑那州图森市以北沙漠中,所以,“沙漠”的景致与外面没有多大区别。 * 【图片说明】 生物圈2号中的“沼泽”。 * * * * 【图片说明】 为了减轻立体结构的负荷,生物圈2号的内部压力略高于周围大气压。众所周知,温度改变必然导致压力变化,而这种伸缩中的压力变化足以破坏玻璃窗板(计算值极易超过kPa)。为了解决这一矛盾,没有像通常那样采取抵抗压力的措施,而是为该圈装配了两个称为“肺”的体积可变室,以使大气在恒压下胀缩。两“肺”就如同巨大活塞通过密封膜连接在气缸上一样,上下垂直运动距离约达15m。活塞重量产生相对于周围大气压力的内部正压。正压具有两大优点:不论什么地方有泄漏,内部大气就会向外扩散从而保证排除外界污染;活塞的持续下滑则表明某处出现泄漏。两“肺”的体积占到该圈密闭体积的30%。 * 【图片说明】 为了减轻立体结构的负荷,生物圈2号的内部压力略高于周围大气压。众所周知,温度改变必然导致压力变化,而这种伸缩中的压力变化足以破坏玻璃窗板(计算值极易超过kPa)。为了解决这一矛盾,没有像通常那样采取抵抗压力的措施,而是为该圈装配了两个称为“肺”的体积可变室,以使大气在恒压下胀缩。两“肺”就如同巨大活塞通过密封膜连接在气缸上一样,上下垂直运动距离约达15m。活塞重量产生相对于周围大气压力的内部正压。正压具有两大优点:不论什么地方有泄漏,内部大气就会向外扩散从而保证排除外界污染;活塞的持续下滑则表明某处出现泄漏。两“肺”的体积占到该圈密闭体积的30%。 * 【图片说明】 申请参加生物圈2号实验的候选人。 * 【图片说明】 研究人员马克·纳尔逊注视着一个生态球,这个生态球是他在以前的实验室里制作的。 * 【图片说明】 罗伊·沃尔夫德博士在准备午餐。 * 【图片说明】 参观生物圈2号的游客正在观察研究人员马克·范·塞劳在“海底”抓鱼。 * 【图片说明】 农业区内不使用杀虫剂,而是利用有益昆虫和喷雾器(如肥皂水和硫磺、芽孢杆菌)来控制病虫害的发生。废物循环是把动物废物和植物不可食生物量做成堆肥,并利用水生植物咸水湖系统进行“进驻人员”废水处理。利用“土壤床反应堆”降低微量气体的积累。使用大气水分冷凝系统提供饮用水。 * 乱丢乱扔 作为一名初中生,你能为爱护生态环境做出哪些力所能及的小事? 共创美好家园! 让我们携手努力 01 居住区 农业区 沙漠 沼泽 海洋 热带雨林 热带草原 返回 生物圈2号外景 02 “西肺” “南肺” 农业区 居住区 热带雨林 海洋 沼泽 热带草原 沙漠 返回 生物圈2号内景 03 返回 生物圈2号的工作人员 04 返回 生物圈2号的其它设施 11 居住区外观 12 农业区外观 13 “沙漠”区外观 14 “海洋、沼泽、热带草原”区外观 15 “热带雨林”区外观 21 厨房 卧室 餐厅 22 农业区内景 23 “沙漠” 24 25 “海洋” 26 “热带草原” 27 “热带雨林” 28 “西肺” 29 “南肺”内部 31 生物圈2号全体候选人 32 工作人员马克·纳尔逊 33 罗伊·沃尔夫德博士在准备午餐 34 工作人员马克·范·塞劳 在“海底”抓鱼 35 琳达·利负责用生物方法治理害虫,她正在往生物圈2号中释放瓢虫。 36 农业区的工作人员 41 生物圈2号施工工程测试室 42 生物圈2号控制中心 43 生物圈2号内部的管道 44 生物圈2号发电厂 第2节 生物生存的家园 -----生物圈 月 球 无水,基本无大气,太阳连续爆晒约两个星期,最高气温达127度,接着两个星期长夜,最低气温下降到零下183度。 水 星 一滴水都没有,朝太阳一面温度400度,背太阳一面则达零下173度。表面大气非常稀薄,只有地球的五千亿分之一。 火 星 发出火红颜色,大气稀薄主要为二氧化碳气体,表面干燥,荒凉,寂寞。 金 星 表面温度高达480度,是太阳系中最热的行星,大气中以二氧化碳为主。整个金星表面都处于高温,闷热,干燥的状态。 地 球 只 有 一 个 一、生物圈的概念:是指地球上生物及其能够生存的环境的总称。 二、关于生物圈的说明: 1、地球上凡是有生物分布的区域都属于生物圈范围,主要包括:以海平面为准,向上可达23km的高度,向下可深入11km的深处,厚度约34km的圈层。 2、生物圈是地球上最大的多层次生态系统。 趋于相对稳定状态。 20世纪80年代,美国亚利桑那的沙漠上建造了一个实验基地——生物圈2号,占地12000平方米,容积达141600立方米,由80000根白漆钢梁和6000块玻璃组成。里面有微型的森林、沙漠、农田、海洋、溪流,还有猪、牛、羊、鸡、鸭等家禽,以及人居住的房子,1993年1月,8名科学家进入,计划在里面呆上两年,一边从事科研,一边劳动,自给自足。然而一年多以后,由于里面的氧气含量大幅减少,科学家不得不提前撤离,结束探索。 阅读资料 生物圈2号鸟瞰 生物圈2号全景 生物圈2号远景 夜幕下的生物圈2号 生物圈2号外景 生物圈2号内景 生物圈2号的工作人员 生物圈2号的其它设施 00 一年多后,土壤中的碳与氧气反应生成二氧化碳,导致“生物圈2号”的氧气含量从21%下降到14%。加之由于没有调节好内部气候,致使粮食歉收,科学家们不得不靠吃种子勉强度日,人瘦体弱,疾病缠身,于是决定提前撤出实验室。 思考: 1、为什么把这个实验基地命名为“生物圈Ⅱ号”? 2、科学家为什么要提前撤出“生物圈Ⅱ号”? 3、 “生物圈Ⅱ号”实验失败给了我们什么启示? 结论: 在现有技术条件下,人类还无法模拟出一个类似地球一样的、可供人类生存的生物圈。生物圈是我们唯一的家园 ! 水是生命的源泉 万 物 生 长 靠 太 阳 生物的生长需要营养物质 地球是所有生物的共同家园 我国某些地区的水污染现状 我国的空气污染 环境恶化使树木枯死 乱 砍 滥 伐 沙 尘 暴 泥石流 * * 【课件说明】 生物圈2号 美国建于亚利桑那州图森市以北沙漠中的生物圈2号是一座微型人工生态循环系统,因把地球本身称作生物圈1号而得此名。它由美国前橄榄球运动员约翰·艾伦发起,并与几家财团联手出资,委托空间生物圈风险投资公司承建,历时8年,耗资1.5亿美元。 1991年9月26日4男4女共8名科研人员首次进驻生物圈2号,1993年6月26日走出 ,停留共计21个月,在各自的研究领域内均积累了丰富的科学数据和实践经验。来自英国、墨 西哥、尼泊尔、南斯拉夫和美国等5国的4男3女共7位实验人员在对首批结果进行评估并改进技术后,于1994年3月6日二次进驻,工作10个月后于1995年1月走出。他们在这期间对大气、水和废物循环利用及食物生产进行了广泛而系统的科学研究。生物圈2号是世界上最大的闭式人工生态系统。它使人类首次能够在整体水平上研究生态学,从而开辟了了解目前地球生物圈全球范围生态变化过程的新途径。更为重要的是,它将作为首例永久性生物再生式生保系统的地面模拟装置而有可能应用于人类未来的地外星球定居和宇宙载人探险。 * 【课件说明】 生物圈2号概况 占地1.28公顷的生物圈2号的地上部分为涂有粉剂的立体钢架构型,配有双层玻璃窗板;地面部分为焊接不锈钢板,并用钢垫密封。总体积约为180000m3。其内部主要由7种生态群落区和两个大气扩张室(也称作“肺”)组成。此外,还设有能量中心和冷却塔等设施 。 为了减轻立体结构的负荷,生物圈2号的内部压力略高于周围大气压。众所周知,温度改变必然导致压力变化,而这种伸缩中的压力变化足以破坏玻璃窗板(计算值极易超过kPa)。为了解决这一矛盾,没有像通常那样采取抵抗压力的措施,而是为该圈装配了两个称为“肺”的体积可变室,以使大气在恒压下胀缩。两“肺”就如同巨大活塞通过密封膜连接在气缸上一样,上下垂直运动距离约达15m。活塞重量产生相对于周围大气压力的内部正压。正压具有两大优点:不论什么地方有泄漏,内部大气就会向外扩散从而保证排除外界污染;活塞的持续下滑则表明某处出现泄漏。两“肺”的体积占到该圈密闭体积的30%。 除上述设施外,其内部还包括分析、医疗、兽医、监控、维修、锻炼、影视等室,分布在不同部位。 与地球生物圈类同,生物圈2号在物质上闭环,通过工程手段禁止它与外界大气和地下土壤进行物质变换。在能量上开环,允许太阳光通过玻璃结构供植物进行光合作用,同时引入 电能供技术系统操作运转。在信息上也同样开环,通过计算机系统、电话、摄像、电视与外界进行数据信息交换,并通过电视可以与外界工作人员及亲属进行面对面的交谈,还可放映电影和收看商业电视节目。电能及热控能源从外界通过气密装置输送进来,当进行能量转移时,不允许内外流体进行任何形式的交换或混合。 生物圈2号的“神经系统”是一个完整的计算机数据采集和控制系统,它是从位于居住区的指挥室辐射出的微处理机网络系统。这一内部“神经系统”通过信息通路与外界附近的“飞行控制”楼内的计算中心相联通。该楼作为分析中心而成为生物圈1号和2号间获取分析数据及通讯的主要窗口。居住区内的指挥室通过遍布圈内的5000多个传感器(每15分钟记录一次并读入无限增长数据库)能够有效地控制所有主要的操作参数,如温度、湿度、光强、水流量、pH值、CO2浓度、土壤湿度、仪器运作状态等,并能进行数据传感器及所有报警装置的状态显示。每件装置均有手动控制开关以防“神经系统”任何部位的失灵。 尽管整个圈内为热带气候,但由于不同生物群落的冷暖要求不同,因此,各自又有相对独立的温度。由于生物圈2号位于海拔1200m的沙漠上,其外围大气压不是标准压力1013 kPa,而仅约为882kPa,因此,其内压只能略高,即为8824k Pa。利用机械系统模拟地球自然环境,例如制造海洋波浪、潮汐、溪流、瀑布以及按照季节要求控制风、雨、湿度等,并控制盐分梯度及营养循环速度和进行海水淡化。 * 【课件说明】 生物圈2号中的生态群落 生物圈2号有5个野生生物群落(热带雨林、热带草原、海洋、沼泽、沙漠)和两个人工生物群落(集约农业区和居住区)。它们以地球北回归线和南回归线间的生态系统为样板,分别由美英生物和生态学家设计而成。 圈内共有约4000个物种,其中动物(包括浮游、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、裸子和被子等)约3000种,微生物(包括细菌、粘菌、真菌、微藻等)约1000种,它们分别来自澳大利亚、非洲、南美、北美等地。 该系统既有高大的树木(如红树),也有矮小的灌木草丛植物,错落有致、憩静秀美。各个野生生物群落中的生境并不一致,它们分别有4、6、4、4、6种生境,如海洋有海滩、浅咸水湖、珊瑚礁和海水等4种类型。生物群落间均有相对独立的生态区将它们互相隔开,例如,热带草原和沙漠间有一簇灌木丛而相对隔离。为了保护各个群落不受环境胁迫,在其周围种植了耐性强的植物,例如,热带雨林的三周围是浓密的姜科植物,从而保护内部树种免遭侧面强光照射,而与海洋的界面间种有竹子来抵御盐分渗入。 为了尽量贴近自然环境,该圈中的土壤、草皮、海水、淡水均取自外界的不同地理区间,通过一定的人工处理再利用。例如,实验用的海水是将运进来的海水和淡水按照适当比例配制而成的。 生物圈2号中选择植物的标准主要考虑动物消费者的生命保障、分类多样性、物理参数、植物的可利用程度和美学价值。为了适应达尔文的自然选择过程,植物种类开始时比系统能支撑的要多一些,这样可以补偿物种的遗失或灭绝,并最终促进系统的持续稳定。 * 【课件说明】 生物圈2号实验失败 1993年1月,8名科学家和家人们依依惜别,进入“生物圈2号”。按照预定的计划,他们将在里面呆上两年,除非身体发生严重意外,否则,实验结束前是不能出来的。 按规定,8名科学家将在里面一边从事科学研究,一边过着完全自给自足的生活。能源,取自太阳能;氧气,由他们种植的植物制造;粮食,靠自己耕种获得;肉类和蛋白质,取自他们养的鸡、鸭、猪、羊。气温和气候,由他们来设法控制,并尽可能模拟地球气候。 总之他们必须设法保证这个小小的生态系统的平衡。说起来容易,做起来难。比如绿色植物过多,没有充足的肥料和二氧化碳供它们呼吸,植物会死亡;假如他们想多吃点肉,必须多养动物,而动物过多,粮食和饲料会紧张,氧气的消耗会增加,空气中二氧化碳浓度会升高,从而影响他们自身的生存。这一切都需要科学家们做周密的计划和细致的安排。任何一方面出现偏差,都会使整个计划前功尽弃。 情况果然不妙,一年多后,土壤中的碳与氧气反应生成二氧化碳,部分二氧化碳与建筑“生物圈2号”所用的混凝土中的钙发生反应生成碳酸钙,导致“生物圈2号”的氧气含量从21%下降到14%。这样的含氧量相当于海拔5300米高原上的含氧量。 “生物圈2号”内,除了藤本植物比较繁荣外,所有靠花粉传播繁殖的植物都灭绝了,大树也摇摇欲坠;昆虫除了白蚁、蟑螂和蝈蝈外,几乎都死了;人造海洋中25种脊椎动物中有19种消失了;人造沙漠由于没有控制好降雨,变成了草地;“生物圈2号”内水循环失调,从而引发了水危机。 由于没有调节好内部气候,粮食颗粒无收。最后,科学家们不得不靠吃种子和红薯根勉强度日,结果只好提前撤出实验室。 更令人感到意外的是,“生物圈2号”运行3年后,其中的一氧化碳含量猛增到79%,足以使人体合成维生素B12的能力减弱,从而危害大脑健康。 1996年1月1日,哥伦比亚大学接管了“生物圈2号”。9月,由数名科学家组成的委员会对实验进行了总结,他们认为,在现在技术条件下,人类还无法模拟出一个类似地球一样的、可供人类生存的生态环境。实验再一次证明,地球是人类唯一的家园。 * * 【课件说明】 点击名称显示相应区域的外观图片。 * 【课件说明】 点击名称显示相应区域的内景图片。 * 【课件说明】 点击显示放大图片,并有简单说明。 * 【课件说明】 点击显示放大图片,并有简单说明。 * 【图片说明】 生物圈2号内的研究人员的居住地,内有卧室、厨房、图书馆等。控制中心也在这个位置。 * 【图片说明】 食物生产与废物处理 生物圈2号中的农业系统必须满足3个主要要求,即无污染、集约型和可持续性。空间生物圈风险投资公司和其农业区的主要顾问亚利桑那大学环境研究实验室,起初试验水培 和气培的种植技术,最后由于种种原因而不得不转向以土壤为基础的农艺技术。原因之一就是水培必须依赖于化学营养液的输入,而这在空间是难以解决的。另外一个原因是如果没有能力做堆肥或利用植物/微生物系统进行废水再生,那么促使动物和人的废物及作物不可食生物量部分等循环利用的相关问题就更难以解决。此外,堆肥或沼泽废水处理系统较湿氧化或焚化等物理系统更省能。 集约农业区共有50种150个品种,每轮种植约30种,主要有粮食、蔬菜、水果,此外还有饲养动物和鱼(稻田中养殖),动物饲料包括苜蓿、象草、水风信子及各种农作物(利用其不可食生物量)。 密闭后建立的农业系统平均提供8人80%的营养需要,包括谷物、豆类和蔬菜,但密闭后的前几个月需食用密闭前种植的食物(其余20%的营养需要)。由于圈内缺乏紫外线辐射,因此,必须补充维生素B12和维生素D。肉类很少,蛋每人每周平均一个。前10个月的平均食物 热量卡值限制在2000Cal/d(1Cal合4.18J),后来增加到2200Cal/d。食用前,食物均进行了称重和记录。 * 【图片说明】 生物圈2号建于美国亚利桑那州图森市以北沙漠中,所以,“沙漠”的景致与外面没有多大区别。 * 【图片说明】 “海洋、沼泽、热带草原”区外观。 * 【图片说明】 “热带雨林”区外观。 * 【图片说明】 生物圈2号内的研究人员的居住地,内有卧室、厨房、图书馆等。 * 【图片说明】 食物生产与废物处理 生物圈2号中的农业系统必须满足3个主要要求,即无污染、集约型和可持续性。空间生物圈风险投资公司和其农业区的主要顾问亚利桑那大学环境研究实验室,起初试验水培 和气培的种植技术,最后由于种种原因而不得不转向以土壤为基础的农艺技术。原因之一就是水培必须依赖于化学营养液的输入,而这在空间是难以解决的。另外一个原因是如果没有能力做堆肥或利用植物/微生物系统进行废水再生,那么促使动物和人的废物及作物不可食生物量部分等循环利用的相关问题就更难以解决。此外,堆肥或沼泽废水处理系统较湿氧化或焚化等物理系统更省能。 集约农业区共有50种150个品种,每轮种植约30种,主要有粮食、蔬菜、水果,此外还有饲养动物和鱼(稻田中养殖),动物饲料包括苜蓿、象草、水风信子及各种农作物(利用其不可食生物量)。 密闭后建立的农业系统平均提供8人80%的营养需要,包括谷物、豆类和蔬菜,但密闭后的前几个月需食用密闭前种植的食物(其余20%的营养需要)。由于圈内缺乏紫外线辐射,因此,必须补充维生素B12和维生素D。肉类很少,蛋每人每周平均一个。前10个月的平均食物 热量卡值限制在2000Cal/d(1Cal合4.18J),后来增加到2200Cal/d。食用前,食物均进行了称重和记录。 * 【图片说明】 生物圈2号建于美国亚利桑那州图森市以北沙漠中,所以,“沙漠”的景致与外面没有多大区别。 * 【图片说明】 生物圈2号中的“沼泽”。 * * * * 【图片说明】 为了减轻立体结构的负荷,生物圈2号的内部压力略高于周围大气压。众所周知,温度改变必然导致压力变化,而这种伸缩中的压力变化足以破坏玻璃窗板(计算值极易超过kPa)。为了解决这一矛盾,没有像通常那样采取抵抗压力的措施,而是为该圈装配了两个称为“肺”的体积可变室,以使大气在恒压下胀缩。两“肺”就如同巨大活塞通过密封膜连接在气缸上一样,上下垂直运动距离约达15m。活塞重量产生相对于周围大气压力的内部正压。正压具有两大优点:不论什么地方有泄漏,内部大气就会向外扩散从而保证排除外界污染;活塞的持续下滑则表明某处出现泄漏。两“肺”的体积占到该圈密闭体积的30%。 * 【图片说明】 为了减轻立体结构的负荷,生物圈2号的内部压力略高于周围大气压。众所周知,温度改变必然导致压力变化,而这种伸缩中的压力变化足以破坏玻璃窗板(计算值极易超过kPa)。为了解决这一矛盾,没有像通常那样采取抵抗压力的措施,而是为该圈装配了两个称为“肺”的体积可变室,以使大气在恒压下胀缩。两“肺”就如同巨大活塞通过密封膜连接在气缸上一样,上下垂直运动距离约达15m。活塞重量产生相对于周围大气压力的内部正压。正压具有两大优点:不论什么地方有泄漏,内部大气就会向外扩散从而保证排除外界污染;活塞的持续下滑则表明某处出现泄漏。两“肺”的体积占到该圈密闭体积的30%。 * 【图片说明】 申请参加生物圈2号实验的候选人。 * 【图片说明】 研究人员马克·纳尔逊注视着一个生态球,这个生态球是他在以前的实验室里制作的。 * 【图片说明】 罗伊·沃尔夫德博士在准备午餐。 * 【图片说明】 参观生物圈2号的游客正在观察研究人员马克·范·塞劳在“海底”抓鱼。 * 【图片说明】 农业区内不使用杀虫剂,而是利用有益昆虫和喷雾器(如肥皂水和硫磺、芽孢杆菌)来控制病虫害的发生。废物循环是把动物废物和植物不可食生物量做成堆肥,并利用水生植物咸水湖系统进行“进驻人员”废水处理。利用“土壤床反应堆”降低微量气体的积累。使用大气水分冷凝系统提供饮用水。 * * 【图片说明】 生物圈2号测试室建于生物圈2号之前,主要用于检测生物圈2号的施工技术。 * 【图片说明】 生物圈2号的“神经系统”是一个完整的计算机数据采集和控制系统,它是从位于居住区的指挥室辐射出的微处理机网络系统。这一内部“神经系统”通过信息通路与外界附近的“飞行控制”楼内的计算中心相联通。该楼作为分析中心而成为生物圈1号和2号间获取分析数据及通讯的主要窗口。居住区内的指挥室通过遍布圈内的5000多个传感器(每15分钟记录一次并读入无限增长数据库)能够有效地控制所有主要的操作参数,如温度、湿度、光强、水流量、pH值、CO2浓度、土壤湿度、仪器运作状态等,并能进行数据传感器及所有报警装置的状态显示。每件装置均有手动控制开关以防“神经系统”任何部位的失灵。 * 【图片说明】 生物圈2号内部的管道系统。 * 【图片说明】 生物圈2号的发电厂。 * 【图片说明】 海洋、沼泽和热带草原区模型。 * 【图片说明】 热带雨林区模型。

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