

熱映動畫電影《瘋狂動物城2》中,朱迪和尼克穿行於不同環境中與不同的動物打交道。這延續了從第一部中就有的設定:動物城有不同的生態分區,由氣候牆相互隔開,所有動物都能生存在讓自己感到舒適的溫度、濕度和地形中。

瘋狂動物城劃分為撒哈拉沙漠區、冰川鎮、雨林區等不同的生態區域
圖源:動畫電影《瘋狂動物城》
能夠控制氣候與環境,甚至「無中生有」製造出一個生態圈,一直是人類科幻式的夢想。一旦具備了這樣的能力,無論當地球遭遇毀滅性的末世需要重建還是在太空建立生存區都將成為可能。



奧尼爾圓筒概念圖,
是由美國物理學家傑拉德·k·奧尼爾於1974年的論文中提出的太空殖民方案,包含完整的生態系統
圖源:nasa/rick guidice
人類顯然不願意只讓設想停留在紙面設計上,迄今為止世界各地都有研究人員做過嘗試。

bios人工生態系統

bios系列是蘇聯於1965年—1972年建造的封閉生命支持系統,位於克拉斯諾亞爾斯克。其中bios-3包含315立方米的棲息地,最多可容納3人居住。它分為居住艙、藻類培養艙和用於種植小麥或蔬菜的人工氣候室。



bios-3結構示意圖
圖源:obsidian.md
這個設施中的大氣是密閉的。小球藻被用來循環利用人類呼吸的空氣,吸收二氧化碳並通過光合作用為其補充氧氣。這些藻類在人工光照下在堆疊的培養箱中培養。為了實現氧氣和二氧化碳的平衡,每個人需要8平方米無遮蔽的小球藻。水和營養物質被提前儲存,並進行循環利用。



睡眠艙和正在收穫作物的研究員
圖源:wixstatic.com
bios-3擁有99%的空氣循環利用率,85%的水循環利用率,但是食物及營養的循環利用率只有約50%,需要從外部獲取蛋白質補給。這一早期嘗試已經預示了人造生態環境的困難之處。

「生物圈2號」

到了20世紀末,一個更激進更全面的嘗試出現了。這個雄心勃勃的項目名叫「生物圈2號」(1號指的是地球本身而非先前的人造版本)。



生物圈2號外觀
拍攝者:katja schulz
這個與外界隔離的人造封閉生態系統1991年建成於美國亞利桑那州,佔地12700平方米,建築最高點達27.7米。研究人員試圖構建一個微型版本的地球,因而在巨大的玻璃穹頂鋼架結構中,人們設置了7種生態群落區,包括5個自然生態區:熱帶雨林、長有珊瑚礁的海洋、紅樹林濕地、熱帶稀樹草原和沙漠;2個人類生產生活區:集約農業區、居住區。



生態圈內稀樹草原與海洋的過渡區
拍攝者:colin marquardt
嘗試在「生物圈2號」中長期生存時,團隊面臨一系列困難:比如,如何維持穩定且符合人類生存需要的氧氣與二氧化碳濃度,如何在沒有化肥或殺蟲劑的情況下進行耕種,並生產出足夠項目居民所需的食物,如何處理污水、如何維持物種之間的食物鏈和生態功能等。
儘管參與實驗的成員努力維持環境,像是手工從珊瑚礁中採集藻類、安裝過濾系統除去多餘的營養物質以平衡海洋的ph值和水體健康;砍伐過度生長的植物以免阻礙其他植物生長,從而讓生物地球化學循環正常運行。然而「生物圈2號」還是很快出現了諸多難以修復的大問題:由於鋼架玻璃罩的冷凝效應,本因乾旱的地區變得更潮濕,蟑螂和作為全球性入侵物種的長角立毛蟻(paratrechina longicornis)佔據主導位置大量擠占其他無脊椎動物的生存空間,幾乎所有授粉昆蟲都滅絕了。
而後,設施內的氧氣濃度從最初的約21%下降至14%,奇怪的是二氧化碳卻並未增加。直到後來使用同位素分析進行調查後,才發現是建築內暴露的混凝土吸收了二氧化碳,破壞了碳氧平衡。1994年下旬,生物圈2號封閉試驗在多種因素的影響下,被迫提前終止。
「生物圈2號」的失敗提醒人類敬畏自身所處的環境。試圖把一個演化超過40億年的生命系統在有限的時間和空間中重現,幾乎是個不可能完成的任務。且體系越小容錯率越低越難維持,就像許多人在小時候製作過的生態瓶那樣,用不了多少天就會變成一灘混合著臭魚爛蝦的污水。



一個蝦不小心被過熱陽光煮熟的失敗生態瓶
圖源:threads.com

迪拜未竟的「城中城」夢

儘管影片中的動物城有多大規模能用來劃分區域建造生態區不得而知,但需要用到的能源已經到了難以實現的數量級。
人類一度有過類似的企圖——迪拜曾於2014年試圖建一座名為「世界商場」(mall of the world)的城中城,計劃用一個超大型的可伸縮圓頂玻璃籠罩450萬平方米的商業區,並與其他區域以玻璃長廊連接,以達到全年恆溫的功能。



mall of the world概念模型
圖源:propsearch.ae
不過直到現在,儘管在技術上可行,以那座城市的財富和資源應該也能支撐其運行能耗,但該項目都尚未動工。這反而可能對周圍生態是一件好事,因為局部降溫一定伴隨著能量向周圍未被納入的空間轉移,周圍的原生沙漠、再遠處的海洋和大氣生物都會受到影響。
在現實世界中,比起建造只讓局部居民舒適的城市工程奇蹟,人們或許更應該仔細思考自身和環境之間的關係,意識到當生態系統出了問題時所有人都會被牽連。

那麼,在你心中,理想的城市與生態共處模式又是怎樣的呢?歡迎留言分享你的思考~
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