Biosfera - Biosphere

Przedstawiona w sztucznych barwach kompozycja przedstawiająca globalną obfitość oceanicznych i lądowych fotoautotrofów, od września 2001 r. do sierpnia 2017 r. Dostarczona przez SeaWiFS Project, NASA / Goddard Space Flight Center i ORBIMAGE .

Biosfera (od greckiego βίος bios „życie” i σφαῖρα sphaira „kuli”), znany również jako ekosfery (z greckiego οἶκος Oikos „środowisko” i σφαῖρα), jest światowym suma wszystkich ekosystemów . Można ją również nazwać strefą życia na Ziemi . Biosfera jest praktycznie zamkniętym systemem w odniesieniu do materii , z minimalnymi wejściami i wyjściami. W odniesieniu do energii jest to system otwarty, w którym fotosynteza wychwytuje energię słoneczną z szybkością około 130 terawatów rocznie. Jest to jednak układ samoregulujący bliski równowadze energetycznej. Według najogólniejszej definicji biofizjologicznej , biosfera jest globalnym systemem ekologicznym integrującym wszystkie żywe istoty i ich relacje, w tym ich interakcję z elementami litosfery , kriosfery , hydrosfery i atmosfery . Uważa się, że biosfera ewoluowała , począwszy od procesu biopoezy (życie powstałe naturalnie z materii nieożywionej, takiej jak proste związki organiczne) lub biogenezy (życie stworzone z materii żywej), co najmniej około 3,5 miliarda lat temu.

W ogólnym sensie biosfery to wszelkie zamknięte, samoregulujące się systemy zawierające ekosystemy. Obejmuje to sztuczne biosfery, takie jak Biosfera 2 i BIOS-3 oraz potencjalnie te na innych planetach lub księżycach.

Pochodzenie i użycie terminu

Plaża scena na Ziemi, jednocześnie pokazując litosfery (masa), hydrosfera (ocean) i atmosferze (powietrze)

Termin „biosfera” został ukuty przez geologa Eduarda Suessa w 1875 roku, który zdefiniował jako miejsce na powierzchni Ziemi, w którym żyje życie.

Chociaż koncepcja ta ma pochodzenie geologiczne, wskazuje na wpływ zarówno Karola Darwina, jak i Matthew F. Maury'ego na nauki o Ziemi . Kontekst ekologiczny biosfery pochodzi z lat dwudziestych (patrz Vladimir I. Vernadsky ), poprzedzających wprowadzenie terminu „ ekosystem ” w 1935 roku przez Sir Arthura Tansleya (patrz historia ekologii ). Vernadsky zdefiniował ekologię jako naukę o biosferze. Jest to interdyscyplinarna koncepcja integrująca astronomię , geofizykę , meteorologię , biogeografię , ewolucję , geologię , geochemię , hydrologię i, ogólnie rzecz biorąc, wszystkie nauki o życiu i Ziemi.

Wąska definicja

Geochemicy definiują biosferę jako całkowitą sumę organizmów żywych („ biomasa ” lub „ biota ”, jak określają biolodzy i ekolodzy). W tym sensie biosfera jest tylko jednym z czterech oddzielnych elementów modelu geochemicznego, pozostałe trzy to geosfera , hydrosfera i atmosfera . Kiedy te cztery sfery składowe są połączone w jeden system, jest znany jako Ekosfera . Termin ten został ukuty w latach 60. XX wieku i obejmuje zarówno biologiczne, jak i fizyczne składniki planety.

Druga Międzynarodowa Konferencja na temat zamknięty Życia Systemów zdefiniowane biospherics jak nauki i technologii analogów i modeli o Ziemi biosferze „s; tj. sztuczne biosfery podobne do Ziemi. Inne mogą obejmować tworzenie sztucznych biosfer nieziemskich – na przykład biosfer skupionych na człowieku lub rodzimej biosfery marsjańskiej – jako część tematu biosfery.

Biosfera Ziemi

Wiek

Skamieniałość stromatolitowa szacowana na 3,2–3,6 miliarda lat

Najwcześniejsze dowody dla życia na Ziemi obejmuje biogenne grafit znaleziono w 3,7 mld-letnich zmetamorfizowanych skały z Zachodniej Grenlandii i mikroorganizmów maty skamieniałości znaleziono w 3,48 mld-letniego piaskowca z Zachodniej Australii . Niedawno, w 2015 roku, w skałach Australii Zachodniej, które mają 4,1 miliarda lat, znaleziono „szczątki życia biotycznego ”. W 2017 r. ogłoszono, że w osadach kominów hydrotermalnych w pasie Nuvvuagittuq w Quebecu w Kanadzie odkryto domniemane skamieniałe mikroorganizmy (lub mikroskamieniałości ) , które miały 4,28 miliarda lat, co jest najstarszym zapisem życia na Ziemi, co sugeruje „niemal natychmiastowe pojawienie się życia” po utworzeniu się oceanu 4,4 miliarda lat temu , a niedługo po uformowaniu się Ziemi 4,54 miliarda lat temu. Według biologa Stephena Blaira Hedgesa : „Gdyby życie powstało na Ziemi stosunkowo szybko… to mogłoby być powszechne we wszechświecie ”.

Zakres

Sęp Ruppella
Ksenofiofor , organizm barofilny z Szczeliny Galapagos .

W każdej części planety, od polarnych czap lodowych po równik , istnieje jakieś życie. Ostatnie postępy w mikrobiologii wykazały, że drobnoustroje żyją głęboko pod powierzchnią Ziemi i że całkowita masa życia mikrobiologicznego w tak zwanych „strefach niemieszkalnych” może, w biomasie , przekraczać całe życie zwierząt i roślin na powierzchni. Rzeczywista grubość biosfery na Ziemi jest trudna do zmierzenia. Ptaki zazwyczaj latają na wysokości do 1800 m (5900 stóp; 1,1 mil), a ryby żyją aż 8372 m (27 467 stóp; 5,202 mil) pod wodą w rowie Puerto Rico .

Istnieją bardziej ekstremalne przykłady życia na planecie: sęp Rüppell został znaleziony na wysokości 11300 m (37100 stóp; 7,0 mil); gęsi pręgowane migrują na wysokości co najmniej 8300 m (27200 stóp; 5,2 mil); jak żyją na wysokościach do 5400 m (17700 stóp; 3,4 mil) nad poziomem morza; kozy górskie żyć do 3050 m (10010 stóp; 1,90 mil). Zwierzęta roślinożerne na tych wysokościach zależą od porostów, traw i ziół.

Formy życia żyją w każdej części biosfery Ziemi, w tym w glebie , gorących źródłach , w skałach na głębokości co najmniej 19 km (12 mil) pod ziemią, najgłębszych częściach oceanu i co najmniej 64 km (40 mil) wysokości w atmosferze . Zaobserwowano, że mikroorganizmy , w pewnych warunkach testowych, przetrwały próżnię przestrzeni kosmicznej . Całkowitą ilość gleby i podpowierzchniowego węgla bakteryjnego szacuje się na 5 × 10 17 g, czyli „masę Wielkiej Brytanii”. Masa mikroorganizmów prokariotycznych — w tym bakterii i archeonów, ale nie jądrzastych mikroorganizmów eukariotycznych — może wynosić nawet 0,8 biliona ton węgla (całkowitej masy biosfery , szacowanej na 1–4 biliony ton). Barofilne drobnoustroje morskie zostały znalezione na głębokości ponad 10 000 m (33 000 stóp; 6,2 mil) w Rowu Mariańskim , najgłębszym miejscu ziemskich oceanów. W rzeczywistości, jednokomórkowe formy życia zostały znalezione w najgłębszej części Rowu Mariańskiego, w Głębi Challengera , na głębokości 11034 m (36 201 stóp; 6,856 mil). Inni badacze zgłosili powiązane badania, że ​​mikroorganizmy rozwijają się w skałach do 580 m (1900 stóp; 0,36 mil) poniżej dna morskiego poniżej 2590 m (8500 stóp; 1,61 mil) oceanu u wybrzeży północno-zachodnich Stanów Zjednoczonych, a także 2400 m (7900 stóp; 1,5 mil) pod dnem morskim u wybrzeży Japonii. Kulturalne mikroby termofilne zostały wydobyte z rdzeni wywierconych ponad 5000 m (16000 stóp; 3,1 mil) w skorupie ziemskiej w Szwecji, ze skał o temperaturze między 65-75°C (149-167°F). Temperatura wzrasta wraz ze wzrostem głębokości w skorupie ziemskiej . Tempo wzrostu temperatury zależy od wielu czynników, w tym rodzaju skorupy (kontynentalna a oceaniczna), rodzaju skały, położenia geograficznego itp. Najwyższa znana temperatura, w której może istnieć życie drobnoustrojów, to 122°C (252°F). ( Methanopyrus kandleri szczep 116) i prawdopodobnie granicę życia w „ głębokiej biosferze ” określa temperatura, a nie głębokość bezwzględna. W dniu 20 sierpnia 2014 roku naukowcy potwierdzili istnienie mikroorganizmów żyjących 800 m (2600 stóp; 0,50 mil) pod lodem Antarktydy . Według jednego z badaczy „drobnoustroje można znaleźć wszędzie – bardzo dobrze przystosowują się do warunków i przetrwają, gdziekolwiek się znajdują”.

Nasza biosfera podzielona jest na szereg biomów , zamieszkiwanych przez dość podobną florę i faunę . Na lądzie biomy są oddzielone przede wszystkim szerokością geograficzną . Biomy lądowe leżące w obrębie koła podbiegunowego i antarktycznego są stosunkowo pozbawione życia roślinnego i zwierzęcego , podczas gdy większość bardziej zaludnionych biomów znajduje się w pobliżu równika .

Roczna zmiana

Na lądzie roślinność pojawia się w skali od brązowej (roślinność niska) do ciemnozielonej (roślinność ciężka);  na powierzchni oceanu fitoplankton jest oznaczony w skali od fioletu (niski) do żółtego (wysoki).  Ta wizualizacja została stworzona na podstawie danych z satelitów, w tym SeaWiFS, oraz instrumentów, w tym NASA/NOAA Visible Infrared Imaging Radiometer Suite oraz spektroradiometru obrazowania w średniej rozdzielczości.

Sztuczne biosfery

Biosfera 2
Biosfera 2 w Arizonie.

Eksperymentalne biosfery, zwane również zamkniętymi systemami ekologicznymi , zostały stworzone w celu badania ekosystemów i możliwości podtrzymywania życia poza Ziemią. Należą do nich statki kosmiczne i następujące laboratoria naziemne:

Biosfery pozaziemskie

Nie wykryto żadnych biosfer poza Ziemią; dlatego istnienie biosfer pozaziemskich pozostaje hipotetyczne. Rzadkie Ziemia hipoteza sugeruje, powinny być one bardzo rzadkie, zapisz te składają się z drobnoustrojami tylko życie. Z drugiej strony analogi Ziemi mogą być dość liczne, przynajmniej w Galaktyce Drogi Mlecznej , biorąc pod uwagę dużą liczbę planet. Trzy z odkrytych planet krążących wokół TRAPPIST-1 mogą zawierać biosfery. Biorąc pod uwagę ograniczoną wiedzę na temat abiogenezy , obecnie nie wiadomo, jaki procent tych planet faktycznie rozwija biosfery.

Na podstawie obserwacji przeprowadzonych przez zespół Kosmicznego Teleskopu Keplera obliczono, że pod warunkiem, że prawdopodobieństwo abiogenezy jest większe niż 1 do 1000, najbliższa obca biosfera powinna znajdować się w odległości 100 lat świetlnych od Ziemi.

Niewykluczone też, że w przyszłości powstaną sztuczne biosfery, na przykład przy terraformowaniu Marsa .

Zobacz też

Bibliografia

Dalsza lektura

Zewnętrzne linki