书城科普读物人与环境知识丛书:地球与环境
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第20章 守护我们的家园(2)

生态学家曾对世界上52个国家和地区1997年的生态足迹进行了研究计算,全球平均人均生态足迹为2.8公顷,全球人均生态赤字为0.8公顷。在这52个国家和地区中,有35个国家和地区存在生态赤字,只有12个国家和地区的人均生态足迹低于全球人均生态承载力。

1997年,我国的人均生态足迹为1.2公顷,人均生态承载力仅为0.8公顷,人均生态赤字为0.4公顷。

为了使各个国家对自然资源的占用情况“有账可查”,2004年,世界自然基金会(WWF)发布了《2004地球生态报告》,在这个报告中用“生态足迹”这一指标,列出了一份“大脚名单”。在这份名单上,阿联酋以其高水平的物质生活和石油开采居于榜首,人均生态足迹达9.9公顷,是全球平均水平(2.2公顷)的4.5倍;美国和科威特人均生态足迹9.5公顷,排在第二位;阿富汗则以人均0.3公顷位居末位。

在这份“大脚名单”中,中国排名第75位,人均生态足迹为1.5公顷,低于2.2公顷的全球平均水平。

这份报告显示,美国、日本、德国、英国等发达国家,都是生态赤字很大的国家。巴西、加拿大、俄罗斯、新西兰等国家,由于国土面积辽阔、人口相对稀少,有较好的“生态盈余”,这些生态盈余国家为全球生态环境的维持作出了贡献。

2005年,亚洲和太平洋地区的生态足迹表明,该地区对自然资源损耗的速度,是其复原速度的两倍,而该地区的人类所需的资源,比该地区可提供的资源高1.7倍。这表明,这个地区的自然资源在严重的衰退和供不应求。中国在1961年到2001年的40年中,人均生态足迹的增长几乎超出了原来的一倍。

亚洲是目前世界上经济发展最快、人口最多的区域,其生态足迹对全球有重大影响。比较而言,欧洲和北美的人均生态足迹仍比亚洲的人均生态足迹高3~7倍。由此看来,世界不同地区,经济水平不同的国家,对环境承载力的影响是不同的,发达国家对缩小“生态脚印”有更大的责任和义务。

人类从农业社会开始,就在不断地消耗着自然资源,并留下一个个“生态足迹”,不过那时的脚印显得很浅、很小,甚至很快就会被大自然抹平。当进入工业革命时期,这个脚印在逐渐扩大、加深,在世界的许多地方,这个脚印已经很难去掉。进入二十世纪,人类社会在快速发展,对自然资源的需求与破坏也随之快速增长,生态脚印越来越大,越来越深,这些脚印散布在地球的各个角落,给曾经毫发无损的地球,留下了深深的伤痛。

是谁创造了这些生态脚印?是谁使这些脚印留在地球的脸上、身上?是谁还在让这脚印继续加深加大?不是别人,不是任何其他生物,是我们人类自己。

(三)“生物圈2号”的启示

20世纪80年代末期,美国耗资近2亿美元,在西南部的亚利桑那州南部高原地区的图森市,建造起一座与外界完全隔绝的巨型钢架玻璃建筑物,该建筑物占地1.3万平方米,大约有8层楼高,为圆顶形密封结构,人们将它称为“生物圈2号”。“生物圈2号”的名称来源于它的原始模型“生物圈1号”——地球。建造这样一个巨型建筑物的目的,是用于探测人类能否在一个封闭的生态系统中生活和工作,以及如何在这里生活和工作,并为探索太空移民的可能性提供参考。

“生物圈2号”作为一个模拟地球生态环境的全封闭实验室,有热带雨林、热带草原、海洋、沼泽和沙漠5个野生生物群落,和两个人工生物群落即集约农业区和居住区组成。它以地球北回归线和南回归线间的生态系统为样板制作而成。整个生物圈内共有4,000多种生物,其中有软体动物、节肢动物、昆虫、鱼类、两栖动物、爬行动物、鸟类和哺乳类等,植物种类有浮游植物、苔藓植物、蕨类植物、裸子植物和被子植物等约3,000种,微生物约1,000种,这些生物它们分别来自澳大利亚、非洲、南美、北美等地。

这样一个人工生态系统内,既有高大的树木,也有矮小的灌木和草丛。各个生物群落的生境各不相同,例如海洋有海滩、浅咸水湖、珊瑚礁和海水等。不同的生物群落之间,有相对独立的生态区将它们互相隔离开,例如热带草原和沙漠之间,有一簇簇灌木丛起到隔离作用。为了防止不同群落之间的相互影响,在其周围种植了耐性强的植物,如热带雨林周围是浓密的姜科植物,能够保护内部树种免遭侧面强光的照射,而与“海洋”相接的地方则用竹子来抵御盐分渗入。

“生物圈2号”内部尽量按照地球的自然环境进行配置,对土壤、草皮、海水、淡水等均取自外界的不同地理区域,经过一定的人工处理再加以利用。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。可以说,“生物圈2号”的生物多样性和群落生境的多样性,共同构成了一个相对协调的大生态系统。

“生物圈2号”中选择的动植物,主要考虑生态系统的物质循环和能量流动的维持,尤其注意保持动物消费者的生命保障、物种多样性和植物的可利用程度等。同时考虑到自然选择的过程,在植物种类的配置上相对多一些,有利于补偿物种可能发生的灭绝,以促进生态系统的持续稳定。

“生物圈2号”是一个完备的现代化超级实验室,它的指挥系统是一个完整的计算机数据采集和控制系统,它通过分布于不同区域的传感器与计算机中心相联通,时刻对内部的变化进行记录和分析。居住区内的指挥室通过5,000多个传感器,能够有效地监控如温度、湿度、光照强度、水流量、pH值、CO2浓度和土壤湿度等各种监测项目。

“生物圈2号”虽然与外界隔绝,但通过电力传输、电信和计算机与外部取得联系。工作人员在“生物圈2号”内可以看电视,可以通过无线电通讯与外界保持联系。

“生物圈2号”原计划实验两年时间,全部计划分两次进行。1991年9月,首批8位科学家进入,按实验设计要求,在这个封闭的生命保障系统中开始了“居民”生活。他们自己动手做到自给自足,例如栽种自己需要的粮食,饲养牲畜、家禽和鱼类。在其他方面,如水和空气依靠自净达到循环利用,生活废物等也要进入食物链这条渠道,加以转化利用。8位科学家除了在生活上自给自足以外,还要从事科学研究,探究他们的家园内生态环境的变化情况。

在第一次实验进行到21个月时,8名科学家不得不暂时撤出,原因是氧气浓度以每月0.5%的速度不断下降,从21%一直下降到14%,与地球上海拔超过1200米的地方相似。这样的氧气浓度对于长期生活其中的研究人员,会造成身体危害,于是科学家们不得不撤出“生物圈2号”。

经过进一步的研究和总结,1994年3月有7位科学家再次进驻“生物圈2号”。工作10个月后,最终因为物质循环和能量流动的障碍,大部分脊椎动物死亡,25种脊椎动物死去了19种,蜜蜂等传粉昆虫也相继死亡,并造成依靠它们传播花粉的植物也随之死亡。而另一些植物如牵牛花则发生疯长,黑蚂蚁也因环境适宜而大量繁殖。降雨失控,人造沙漠变成了丛林和草地。空气再次恶化。一系列的变化,迫使科学家们再次撤出,并宣告“生物圈2号”实验失败。不过,它在不经意间给人们留下了一些佳话。“生物圈2号”称得上是一个“小联合国”,居民分别来自美国、英国、墨西哥、尼泊尔等7个国家。在这个“小联合国”里,培育出了爱情之花。实验结束几个月后,两批居民中分别有一对结成伉俪。这或许应了一句古话:患难见真情。

另外,由于粮食歉收,“生物圈2号”的居民不得不控制饮食。结果第一批居民中的4名男性体重平均下降18%,4名女性体重平均下降10%,胆固醇的平均值由195下降到正常值125,使得这些平常为减肥而痛苦不已的人平添一份惊喜,真可谓无心插柳柳成荫。当时的一位居民、加利福尼亚大学洛杉矶分校的罗伊·沃尔福德教授甚至继续维持当时的食量,“因为那样有助于健康”。

“生物圈2号”实验尽管以失败而告终,但它作为世界上最大的密闭式人工生态系统实验,为人类再造生物圈取得了前所未有的经验。它作为一种永久性人工生态系统的地面模拟装置,为人类未来的地外星球定居,提供了重要的基础性研究。如今,它在哥伦比亚大学的管理下继续为科学研究服务。“生物圈2号”已成为哥伦比亚大学手中的一张王牌。“我们的目标是,将‘生物圈2号’发展成对地球系统的科学、政策和管理事务进行教育、研究和交流的首选。”该校副校长迈克尔·克罗表示。洛克菲勒大学乔尔·科恩和明尼苏达大学戴维·蒂尔曼这两位科学家认为,“生物圈2号”与哈勃望远镜有某些相似之处。耗资巨大的哈勃望远镜刚刚上天之时,由于所拍照片模糊不清而备受批评,但时至今日它已成为天文学研究不可或缺的重要工具。同样的,“生物圈2号”也有望在今后成为人类进一步认识地球的重要基地。

“生物圈2号”的经验与教训同时告诫我们,在茫茫宇宙中,人类要想脱离地球这个家园到别处去谋生,并非易事。我们只有善待地球,保护地球,才是最好的选择。地球是我们唯一的家。

(四)离不开的家园

到太空去,自古以来就是人类的理想。希腊神话中的阿波罗是太阳神,阿耳忒弥斯是月亮女神,他们都是司掌光明的。太阳神和月亮女神的想象,在于解释太阳和月亮。我国嫦娥奔月的神话,体现了古人对探求月亮秘密的向往,月亮是一座广寒宫的大胆猜想,与今天知道的月亮状况有些接近,月亮确实是一个了无生机的星球。

向往离开地球,是古人对地外星体的一种探求欲望。今天的登月工程和各种太空实验,既有古人一样的想法,也同时有将来进行太空移民的雄心。无论是当年美国的阿波罗登月计划,还是前苏联的“和平号”空间站,和正在运行的国际空间站,都标志着人类具备了离开地球到太空去的能力。

“和平号”空间站是前苏联第三代载人空间站,也是人类历史上的第9座空间站。1969年,前苏联将“联盟4号”飞船同“联盟5号”飞船实行了对接,建成了“世界上第一个宇宙空间站”,但这些空间站的寿命都是短暂的。“和平号”空间站的建立,标志着人类实现了在太空的“永久性”居住。

“和平号”空间站的核心舱于1986年发射升空,后来又陆续对接了一系列实验舱,到1996年,组成了总空间近400立方米的一座空间站。经过10年时间的不断添砖加瓦,建成的“和平号”空间站是一个呈“T”型结构的巨大航天器,由一个核心舱和5个对接舱组成,全长32.9米,重约137吨。它在距离地球350~450千米的轨道上运转,约90分钟环绕地球一周。2001年3月20日,“和平号”空间站由于设备老化和缺少经费支持等原因,在度过它的15岁生日后,返回地球坠毁于太平洋。15年来,“和平号”空间站总共绕地球飞行了8万多圈,行程35亿千米,共有93次与货运飞船的成功对接,美国航天飞机也曾9次访问过它。先后有46个科学小组在站上从事科学研究,俄罗斯、美国、英国、法国、德国、日本等12个国家的135名宇航员在空间站工作过。他们先后完成了23项大型国际科学研究计划,共进行了1.65万次科学试验,获得了大量重要的科学成果。这些研究和探测,大大丰富了人类对地球和宇宙的认识。

1995年2月,“发现号”航天飞机与“和平号”空间站对接

“和平号”空间站创造了宇航员在太空连续生活438天的新纪录,这一时间记录的意义非常重要,它意味着以第一宇宙速度足够宇航员从地球飞抵火星。另一位宇航员则创造了3次进入空间站,共生活748天的累计时间纪录。宇航员们共在“和平号”上进行了78次太空行走,在舱外空间逗留的时间达359小时。“和平号”空间站是人类历史上一次伟大的创举,它的体积最大,应用技术最先进,在太空的飞行时间最长,完成的科学研究活动最多。它为研究人类在太空的永久定居所作出的贡献是不可估量的。

继“和平号”空间站之后,美国提出了建造国际空间站的设想,这是一个以美国和俄罗斯为主导的国际合作项目。1998,国际空间站的第一个组件——“曙光号”功能货舱首先到达太空,之后其他太空舱相继达到,并实现了对接。2000年首批3名宇航员进驻国际空间站,开始了长期载人和科学研究。按照计划,国际空间站将在2010年建成。国际空间站建造过程中,除了直接从地面发射升空运送设备以外,美国的航天飞机在设备和人员运送中发挥了重要作用。

国际空间站的设计历时10年,共有16个国家参与研制。它的设计寿命为10~15年,完全建成后,总质量约438吨,长108米、宽88米,大致相当于两个足球场大小。舱内可载6名宇航员,以供进行长期的科学研究。空间站的运行轨道高度为397千米。