Биосфера - Biosphere

Ложного цвета композит глобальной океанической и наземной photoautotroph изобилием, с сентября 2001 года по август 2017. Предоставлено SeaWiFS проекта, НАСА / Центр космических полетов Годдарда и ORBIMAGE .

Биосфера (от греческого βίος Bios «жизни» и σφαῖρα sphaira «сферы»), также известная как экосферы (от греческого οἶκος Ойкоса «окружающей среды» и σφαῖρα), является мировой суммой всех экосистем . Его также можно назвать зоной жизни на Земле . Биосфера - это практически замкнутая система по отношению к материи с минимальными входами и выходами. Что касается энергии , это открытая система, при фотосинтезе улавливающая солнечную энергию со скоростью около 130 тераватт в год. Однако это саморегулирующаяся система, близкая к энергетическому равновесию. Согласно наиболее общему биофизиологическому определению, биосфера - это глобальная экологическая система, объединяющая всех живых существ и их взаимоотношений, включая их взаимодействие с элементами литосферы , криосферы , гидросферы и атмосферы . Постулируется, что биосфера эволюционировала , начиная с процесса биопоэза (жизнь, созданная естественным образом из неживой материи, такой как простые органические соединения) или биогенеза (жизнь, созданная из живого вещества), по крайней мере, около 3,5 миллиардов лет назад.

В общем смысле биосферы - это любые закрытые саморегулирующиеся системы, содержащие экосистемы. Сюда входят искусственные биосферы, такие как Биосфера 2 и БИОС-3 , и, возможно, биосферы на других планетах или лунах.

Происхождение и использование термина

Пляж сцены на Земле, одновременно показывая литосферу (земля), гидросферы (океан) и атмосферу (воздух)

Термин «биосфера» был введен геологом Эдуардом Зюссом в 1875 году и определил его как место на поверхности Земли, где обитает жизнь.

Хотя эта концепция имеет геологическое происхождение, она указывает на влияние Чарльза Дарвина и Мэтью Ф. Мори на науки о Земле . Экологический контекст биосферы происходит из 1920-х годов (см. Владимир И. Вернадский ), предшествующих введению в 1935 году термина « экосистема » сэром Артуром Тэнсли (см. Историю экологии ). Вернадский определил экологию как науку о биосфере. Это междисциплинарная концепция, объединяющая астрономию , геофизику , метеорологию , биогеографию , эволюцию , геологию , геохимию , гидрологию и, вообще говоря, все науки о жизни и Земле.

Узкое определение

Геохимики определяют биосферу как общую сумму живых организмов (« биомасса » или « биота », как их называют биологи и экологи). В этом смысле биосфера является лишь одним из четырех отдельных компонентов геохимической модели, три других - это геосфера , гидросфера и атмосфера . Когда эти четыре составляющие сферы объединяются в одну систему, она известна как Экосфера . Этот термин был введен в обращение в 1960-х годах и охватывает как биологические, так и физические компоненты планеты.

Вторая Международная конференция по Замкнутым системам жизни определяется biospherics как науки и техники аналогов и моделей в земной биосфере «s; т.е. искусственные биосферы земного типа. Другие могут включать создание искусственных биосфер, не относящихся к Земле, например, биосферы, ориентированной на человека, или естественной марсианской биосферы, как часть темы биосферы.

Биосфера Земли

Возраст

Окаменелости строматолита, возраст которых оценивается в 3,2–3,6 миллиарда лет.

Ранние свидетельства для жизни на Земле включает биогенный графит найденный в 3,7 млрд-летние метаосадочные породы из Западной Гренландии и микробных маты окаменелостей найдены в 3,48 миллиарде-летнего песчаника из Западной Австралии . Совсем недавно, в 2015 году, «остатки биотической жизни » были обнаружены в скалах возрастом 4,1 миллиарда лет в Западной Австралии. В 2017 году было объявлено, что предполагаемые окаменелые микроорганизмы (или микрофоссилии ) были обнаружены в осадках гидротермальных источников в поясе Нуввуагиттук в Квебеке, Канада, возраст которых составляет 4,28 миллиарда лет, что является самым старым летописным свидетельством жизни на Земле, что предполагает «почти мгновенное существование». возникновение жизни »после образования океана 4,4 миллиарда лет назад и вскоре после образования Земли 4,54 миллиарда лет назад. По словам биолога Стивена Блэра Хеджеса , «если жизнь возникла относительно быстро на Земле ... тогда она могла бы стать обычным явлением во Вселенной ».

Степень

Стервятник Рюппеля
Ксенофиофор , барофильный организм, из Галапагосского рифта .

В каждой части планеты, от полярных ледяных шапок до экватора , есть какая-то жизнь. Недавние достижения в микробиологии продемонстрировали, что микробы живут глубоко под земной поверхностью и что общая масса микробной жизни в так называемых «необитаемых зонах» может по биомассе превосходить всю жизнь животных и растений на поверхности. Реальную толщину биосферы на Земле измерить сложно. Птицы обычно летают на высоте до 1800 м (5900 футов; 1,1 мили), а рыбы живут на глубине до 8372 м (27 467 футов; 5,202 мили) под водой в желобе Пуэрто-Рико .

Есть и более экстремальные примеры жизни на планете: стервятник Рюппеля был найден на высоте 11 300 м (37 100 футов); полосатые гуси мигрируют на высоте не менее 8300 м (27 200 футов; 5,2 мили); яки живут на высоте до 5400 м (17 700 футов; 3,4 мили) над уровнем моря; горные козлы живут до 3050 м (10 010 футов; 1,90 миль). Растительноядные животные на этих возвышенностях зависят от лишайников, трав и трав.

Формы жизни обитают во всех частях биосферы Земли, в том числе в почве , горячих источниках , внутри скал на глубине не менее 19 км (12 миль) под землей, в самых глубоких частях океана и на высоте не менее 64 км (40 миль) в атмосфере. . Было замечено, что при определенных условиях испытаний микроорганизмы выживают в космическом вакууме . Общее количество почвенного и подповерхностного бактериального углерода оценивается в 5 × 10 17 г, или «вес Соединенного Королевства». Масса прокариотных микроорганизмов, включая бактерии и археи, но не ядросодержащие микроорганизмы эукариот, может достигать 0,8 триллиона тонн углерода (от общей массы биосферы , оцениваемой от 1 до 4 триллионов тонн). Барофильные морские микробы были обнаружены на глубине более 10 000 м (33 000 футов) в Марианской впадине , самом глубоком месте Мирового океана. Фактически, одноклеточные формы жизни были обнаружены в самой глубокой части Марианской впадины, у Бездны Челленджера , на глубине 11 034 м (36 201 фут; 6,856 миль). Другие исследователи сообщили о связанных исследованиях, согласно которым микроорганизмы процветают внутри горных пород на глубине до 580 м (1900 футов; 0,36 мили) ниже морского дна под 2590 м (8,500 футов; 1,61 мили) океана у побережья северо-запада Соединенных Штатов, а также на глубине 2400 метров. м (7900 футов; 1,5 мили) под морским дном у берегов Японии. Культивируемые термофильные микробы были извлечены из кернов, пробуренных на глубину более 5000 м (16 000 футов; 3,1 мили) в земной коре в Швеции, из горных пород при температуре 65–75 ° C (149–167 ° F). Температура возрастает с увеличением глубины в земной коре . Скорость повышения температуры зависит от многих факторов, включая тип коры (континентальная или океаническая), тип породы, географическое положение и т. Д. Самая известная температура, при которой может существовать микробная жизнь, составляет 122 ° C (252 ° F). ( Methanopyrus kandleri Strain 116), и вполне вероятно, что предел жизни в « глубокой биосфере » определяется температурой, а не абсолютной глубиной. 20 августа 2014 года ученые подтвердили существование микроорганизмов, живущих на глубине 800 м (2600 футов) под льдом Антарктиды . По словам одного исследователя, «микробы можно найти повсюду - они чрезвычайно адаптируются к условиям и выживают, где бы они ни находились».

Наша биосфера разделена на несколько биомов , населенных довольно схожей флорой и фауной . На суше биомы разделены в первую очередь широтой . Наземные биомы, расположенные в пределах Арктического и Антарктического кругов , относительно лишены растительной и животной жизни, в то время как большинство наиболее густонаселенных биомов расположены вблизи экватора .

Годовая вариация

На суше растительность проявляется по шкале от коричневого (низкая растительность) до темно-зеленого (густая растительность);  на поверхности океана фитопланктон обозначен шкалой от пурпурного (низкий) до желтого (высокий).  Эта визуализация была создана с использованием данных со спутников, включая SeaWiFS, и инструментов, включая набор радиометров для визуализации в видимой инфракрасной области спектра NASA / NOAA и спектрорадиометр для визуализации изображений среднего разрешения.

Искусственные биосферы

Биосфера 2
Биосфера 2 в Аризоне.

Экспериментальные биосферы, также называемые закрытыми экологическими системами , были созданы для изучения экосистем и возможностей поддержания жизни за пределами Земли. К ним относятся космические аппараты и следующие наземные лаборатории:

Внеземные биосферы

Биосферы за пределами Земли не обнаружены; поэтому существование внеземных биосфер остается гипотетическим. Гипотеза редкоземельных элементов предполагает, что они должны быть очень редкими, за исключением тех, которые состоят только из микробов . С другой стороны, земных аналогов может быть довольно много, по крайней мере, в галактике Млечный Путь , учитывая большое количество планет. Три из обнаруженных планет, вращающихся вокруг TRAPPIST-1, возможно, могут содержать биосферы. Учитывая ограниченное понимание абиогенеза , в настоящее время неизвестно, какой процент этих планет фактически развивает биосферы.

На основании наблюдений команды космического телескопа Кеплера было подсчитано, что при вероятности абиогенеза от 1 до 1000 ближайшая инопланетная биосфера должна находиться в пределах 100 световых лет от Земли.

Также возможно, что в будущем будут созданы искусственные биосферы, например, в результате терраформирования Марса .

Смотрите также

использованная литература

дальнейшее чтение

внешние ссылки