在這個密閉程度高於任何NASA太空艙數百倍的超級密封世界裡，大氣中充滿了驚喜。首先，空氣純凈得出人意料。在以往的封閉棲息地和類似NASA太空梭這樣的高科技封閉系統中，微量氣體累積的問題實在令人頭疼，而這片荒野的集體呼吸作用卻消除了這些微量氣體。某種未知的平衡機制（很可能是由微生物引起的）凈化了這裡的空氣，使生物圈二號里的空氣比迄今為止任何空間旅行器中都要乾淨得多。馬克·尼爾森說，「有人算過，為了保證一名宇航員能在太空艙里生存，每年約需花費1億美元，而其居住環境卻惡劣得令人難以想像，甚至不如貧民區。」馬克跟我提到他的一個熟人，說她曾經有幸迎接返航的宇航員。他們做著開艙準備的時候，她正激動地站在攝像機前面等著。他們打開了艙門，一股難聞的氣味撲面而來，她吐了起來。馬克說，「這些傢伙真是英雄，居然在這麼差的環境下撐了過來！」
兩年中，生物圈二號內的二氧化碳含量時高時低。有一次，連續六天陰天，二氧化碳的含量高達3800ppm 。讓我們來看一組形象的對比數字：外部環境中的二氧化碳含量通常保持在350ppm左右；鬧市區的現代化辦公室內，二氧化碳含量可能會達到2000ppm；潛艇在開啟二氧化碳「凈化器」以前，允許艇內的二氧化碳含量達到8000ppm; NASA太空梭空氣中二氧化碳的「正常」含量是5000ppm。相比之下，生物圈二號在春季里日均1000ppm的二氧化碳含量已經相當不錯了；二氧化碳含量的波動也完全處於普通城市生活環境的變動範圍內，人體幾乎難以察覺。
不過，大氣中二氧化碳含量的波動確實影響到了植物和海洋。在二氧化碳含量高得令人緊張的那幾天，生物圈人擔心空氣中增加的二氧化碳會溶解在溫暖的海水中，增加水中的碳酸比例，降低水的PH值，傷害到新近移植過來的珊瑚。生物圈二號的部分使命就是了解二氧化碳的增加對生態的進一步影響。
地球大氣的成分似乎在變化，這引起了人們的注意。但是，我們只能肯定它在變化，除此以外，我們對這種變化的表現幾乎一無所知。歷史上僅有的精確測量只與一個因素有關——二氧化碳。有關數據顯示，近三十年來，地球大氣層的二氧化碳含量在加速上升。繪製此曲線圖的是一位堅持不懈、孤身作戰的科學家——查爾斯·基林。1955年，基林設計了一台儀器，可以用來測量任何環境中的二氧化碳含量，從煤煙熏黑的城市屋頂，到原始荒蕪的森林。基林像著了魔似的去每一個他認為二氧化碳含量可能有所變化的地方測量。他不分白天黑夜地測量，還發起了在夏威夷山頂和南極不間斷測量二氧化碳含量的工作。基林的一位同事告訴記者，「基林最與眾不同之處在於，他有測量二氧化碳含量的強烈願望。他無時無刻不在想著這件事，不論是大氣中的還是海洋中的二氧化碳含量，他都想測量。他畢生都在做這件事。」直到今天，基林仍然在世界各地進行著二氧化碳含量的測量工作。
基林很早就發現，大氣中的二氧化碳含量每天都呈周期性變化。晚上，植物停止了一天的光合作用，空氣中的二氧化碳含量明顯增高；晴天的下午，由於植物全力將二氧化碳轉化為營養物質，會使二氧化碳含量達到低點。幾年後，基林觀察到了二氧化碳的第二個周期：南北半球的季節性周期，夏低冬高，其原因與日周期的形成一樣，都是因為綠色植物停止了捕食二氧化碳。而基林的第三個發現則將人們的關注集中到大氣動態的變化上。基林注意到，不論何時何地，二氧化碳的最低濃度永遠也不會低於315ppm。這個閾值就是全球二氧化碳含量的背景值。此外，他注意到，該閾值每年都會升高一些，到如今，已經達到350ppm。最近，其他研究人員在基林一絲不苟的記錄中發現了二氧化碳的第四個趨勢：其季節性周期的幅度在不斷增大。彷彿這個星球一年呼吸一次，夏天吸氣，冬天呼氣，而且它的呼吸越來越沉重。大地女神到底是在深呼吸，還是在喘息？
生物圈二號是微縮的蓋亞，是一個自我閉合的小世界，有由生活於其中的生物所創造的微型大氣環境。這是第一個完整的大氣/生物圈實驗室。它有機會解開有關地球大氣工作機理的科學謎題。人類進入這個試管，是為了預防實驗崩潰，幫助它避過一些顯而易見的危機。我們其餘的人雖然在生物圈二號外面，卻身處地球這個大試管裡面。我們胡亂地改變著地球大氣，卻根本不知道如何控制它，不知道它的調節器在哪裡，甚至不知道這個系統是否真的失調，是否真的處於危機之中。生物圈二號可以為我們提供解答所有這些問題的線索。
生物圈二號的大氣相當敏感，即使只是一片雲飄過，二氧化碳的指針也會翹起。陰影在瞬間減緩植物的光合作用，會暫時阻斷二氧化碳的吸入，並且立刻在二氧化碳計量表上反映出來。在局部多雲的日子裡，生物圈二號的二氧化碳曲線圖上會顯示出一連串的尖峰信號。
儘管在過去十年里大氣中的二氧化碳水平得到了全面關注，而且農業學家也仔細研究了植物中的碳循環，但是地球大氣中碳的去向依然是一個謎。氣候學家們普遍認為，當今時代，二氧化碳含量的增長和工業人類燃燒碳的速率相匹配。這種單純的對應忽略了一個令人震驚的因素：經過更精確的測量之後，我們發現，現在地球上燃燒的碳只有一半留在大氣中，增加了二氧化碳濃度，另一半卻消失不見了！
有關碳失蹤的理論很多，佔主導地位的有三個：（1）溶入海洋，以碳雨的形式沉降到海底；（2）被微生物儲存到泥土中；（3）最具爭議的理論是：失蹤的碳刺激了草原的生長，或者變身為樹木，其規模隱秘而巨大，我們還無法對其進行測量。二氧化碳是公認的生物圈中的有限資源。當二氧化碳含量為350ppm時，其濃度百分比只有微弱的0.03%，僅僅是一種示蹤氣體。陽光普照下的一片玉米地，不到五分鐘就可以耗盡離地三英尺範圍內的二氧化碳。二氧化碳水平的微小增加也能顯著地提升生物量 。根據這個假說，在還沒有被我們砍伐殆盡的森林裡，樹木正因為大氣中的二氧化碳「肥料」增加了15%而快速「增重」，其速率甚至可能比別處破壞樹木的速率都要快得多。
到目前為止的證據都讓人困惑不解。不過，1992年4月《科學》雜誌發表了兩篇研究報告，宣稱地球上的海洋和生物圈確實可以按照需求的規模來貯存碳。其中一篇文章顯示，儘管受到酸雨和其他污染物質的負面影響，但是自1971年以來，歐洲森林新增了25%以上的木材量。不過，想要詳細地審查全球的碳收支並非易事。鑒於我們對全球大氣的無知，生物圈的試驗就給我們帶來了希望。在這個密封的玻璃瓶里，在相對受控的條件下，我們可以探索動態的大氣和活躍的生物圈之間的聯繫。
在生物圈二號封閉之前，其空氣、土壤、植物、以及海里的碳含量都被仔細地測量過。陽光激發光合作用後，一定量的碳就從空氣中轉移到了生物體內。於是，每收穫一種植物，生物圈人都煞費苦心地為其稱重並記錄下來。他們可以通過微小的干擾來觀察碳分布是如何變化的。比如，當琳達·利以一場人工夏日雨「刺激熱帶草原」時，生物圈人就同時測量底層土、表層土、空氣和水等各個範圍的碳水平。在兩年結束時，他們繪製了一張極其詳盡的圖表，標明了所有的碳分布點。他們還通過保存乾燥的葉片樣本，記錄其中自然產生的碳同位素的比例變化，來追蹤碳在這個模擬世界中的運動軌跡。
碳只是其中的一個謎。而另一個謎更奇怪。生物圈二號里的氧氣含量比外面要低，從21%降低到15%，氧氣含量下降了6%。這相當於把生物圈二號遷移到海拔更高、空氣更稀薄的地方。西藏拉薩的居民就生活在類似的低氧環境中。生物圈人因而體驗到頭痛、失眠和易於疲倦。儘管不是災難性事件，但是氧含量下降仍令人感到困惑。在一個密閉的瓶子里，消失的氧氣去了哪裡呢？
和碳的失蹤不一樣，人們完全沒有預料到生物圈二號里的氧氣會失蹤。有推測說生物圈二號里的氧被固鎖在了新近改造過的泥土中，可能被微生物生成的碳酸鹽捕獲了。要麼，可能被新拌的混凝土吸收了。在對科學文獻的快速檢索中，生物圈的學者們發現有關地球大氣中氧含量的數據少得可憐。目前僅知的（但幾乎沒有報道過）事實是，地球大氣中的氧很可能也在消失！沒有人知道原因，也不知道少了多少。頗有遠見的物理學家弗里曼·戴森說：「我很震驚，全世界的民眾竟然都默不做聲，沒有人想要了解我們消耗氧氣的速度有多快。」他是為數不多的提出這個問題的科學家之一。
那麼，為什麼要止步於此呢？一些觀察生物圈二號試驗的專家建議，下一步應該追蹤氮的來源和去向。儘管氮是大氣中的主要成分，人們對它在大循環中的作用也只是略知一二。與碳和氧一樣，目前對它的了解都來自於還原論者的實驗室實驗