Biosféra - Biosphere

Ve falešných barvách kompozitní globálního oceánského a pozemní photoautotroph hojnosti, od září 2001 do srpna 2017. Poskytovaný SeaWiFS Project, NASA / Goddard Space Flight Center a ORBIMAGE .

Biosféra (z řeckého βίος Bios „život“ a σφαῖρα sphaira „koule“), také známý jako ecosphere (z řeckého οἶκος oikos „prostředí“ a σφαῖρα), je celosvětový součet všech ekosystémů . Lze jej také nazvat zónou života na Zemi . Biosféra je prakticky uzavřený systém s ohledem na hmotu s minimálními vstupy a výstupy. Pokud jde o energii , jedná se o otevřený systém, přičemž fotosyntéza zachycuje sluneční energii rychlostí kolem 130 terawattů za rok. Je to však samoregulační systém blízký energetické rovnováze. Podle nejobecnější biofyziologické definice je biosféra globální ekologický systém integrující všechny živé bytosti a jejich vztahy, včetně jejich interakce s prvky litosféry , kryosféry , hydrosféry a atmosféry . Předpokládá se, že se biosféra vyvinula , počínaje procesem biopoézy (život přirozeně vytvořený z neživé hmoty, jako jsou jednoduché organické sloučeniny) nebo biogeneze (život vytvořený ze živé hmoty), přinejmenším před 3,5 miliardami let.

V obecném smyslu jsou biosféry jakékoli uzavřené, samoregulační systémy obsahující ekosystémy. To zahrnuje umělé biosféry, jako je biosféra 2 a BIOS-3 , a potenciálně ty na jiných planetách nebo měsících.

Původ a použití termínu

Pláž scéna na Zemi, zároveň ukazuje litosféry (zem), hydrosféra (oceán) a atmosféru (vzduch)

Termín „biosféra“ vytvořil geolog Eduard Suess v roce 1875, který definoval jako místo na povrchu Země, kde přebývá život.

Přestože má tento koncept geologický původ, ukazuje na účinek Charlese Darwina a Matthewa F. Mauryho na vědy o Zemi . Ekologický kontext biosféry pochází ze 20. let 20. století (viz Vladimir I. Vernadsky ), předcházející zavedení pojmu „ ekosystém “ sirem Arthurem Tansleyem v roce 1935 (viz historie ekologie ). Vernadsky definoval ekologii jako vědu o biosféře. Jedná se o interdisciplinární koncept pro integraci astronomie , geofyziky , meteorologie , biogeografie , evoluce , geologie , geochemie , hydrologie a obecně řečeno všech věd o životě a Zemi.

Úzká definice

Geochemici definují biosféru jako celkový součet živých organismů („ biomasa “ nebo „ biota “, jak ji uvádějí biologové a ekologové). V tomto smyslu je biosféra pouze jednou ze čtyř samostatných složek geochemického modelu, dalšími třemi jsou geosféra , hydrosféra a atmosféra . Když se tyto čtyři složkové sféry spojí do jednoho systému, je to známé jako Ekosféra . Tento termín byl vytvořen v šedesátých letech minulého století a zahrnuje biologické i fyzické složky planety.

Druhá mezinárodní konference na systémech uzavřeného života definována biospherics jako věda a technologie analogů a modelů na Zemi ‚s biosféry; tj. umělé biosféry podobné Zemi. Jiné mohou zahrnovat vytváření umělých biosfér mimo Zemi-například biosféry zaměřené na člověka nebo nativní marťanskou biosféru-jako součást tématu biosféry.

Biosféra Země

Stáří

Fosilie stromatolitu se odhaduje na 3,2–3,6 miliardy let

Nejčasnější důkaz pro život na Zemi obsahuje biogenní grafit nalezené v 3,7 miliardy let starých metasedimentary hornin ze západního Grónska a mikrobiální mat fosilií nalezené v 3,48 miliardy let staré pískovcové ze západní Austrálii . Nověji, v roce 2015, byly „zbytky biotického života “ nalezeny ve 4,1 miliardy let starých horninách v Západní Austrálii. V roce 2017 bylo oznámeno , že předpokládané zkamenělé mikroorganismy (nebo mikrofosilie ) byly objeveny v hydrotermálních sraženinách v pásu Nuvvuagittuq v kanadském Quebecu, které byly staré 4,28 miliardy let, což je nejstarší záznam života na Zemi, což naznačuje „téměř okamžitý vznik života “po vzniku oceánu před 4,4 miliardami let a nedlouho po vzniku Země před 4,54 miliardami let. Podle biologa Stephena Blaira Hedgese „Pokud život vznikl na Zemi relativně rychle ... pak by mohl být ve vesmíru běžný “.

Rozsah

Sup Rüppell
Xenophyophore , je barofilní organismus, z Galapág Rift .

Každá část planety, od polárních ledovců po rovník , představuje život nějakého druhu. Nedávné pokroky v mikrobiologii prokázaly, že mikrobi žijí hluboko pod zemským povrchem Země a že celková hmotnost mikrobiálního života v takzvaných „neobyvatelných zónách“ může v biomase převyšovat veškerý živočišný a rostlinný život na povrchu. Skutečnou tloušťku biosféry na Zemi je obtížné měřit. Ptáci obvykle létají ve výškách až 1 800 m (5 900 stop; 1,1 mil) a ryby žijí v Portorickém příkopu pod vodou až 8 372 m (27 467 stop; 5 202 mil) .

Extrémních příkladů života na planetě je více: sup Rüppell byl nalezen ve výškách 11 300 m (37 100 stop; 7,0 mil); husy s barovými hlavami migrují ve výškách nejméně 8300 m (27200 ft; 5,2 mil); jakové žijí ve výškách až 5400 m (17,700 ft; 3,4 mi) nad hladinou moře; horské kozy žijí až 3050 m (10 010 stop; 1,90 mi). Bylinožravá zvířata v těchto nadmořských výškách závisí na lišejnících, trávách a bylinách.

Formy života žijí v každé části zemské biosféry, včetně půdy , horkých pramenů , uvnitř hornin nejméně 19 km hluboko pod zemí, nejhlubších částí oceánu a nejméně 64 km vysoko v atmosféře . Byly pozorovány mikroorganismy , které za určitých testovacích podmínek přežily vakuum vesmíru . Celkové množství půdního a podpovrchového bakteriálního uhlíku se odhaduje na 5 × 10 17 g, neboli „hmotnost Spojeného království“. Hmotnost prokaryotických mikroorganismů - která zahrnuje bakterie a archea, ale nikoli nukleační eukaryotické mikroorganismy - může činit až 0,8 bilionu tun uhlíku (z celkové hmotnosti biosféry se odhaduje mezi 1 a 4 biliony tun). Barofilní mořští mikrobi byli nalezeni ve více než hloubce 10 000 m (33 000 stop; 6,2 mil) v Mariánském příkopu , nejhlubším místě v oceánech Země. Jednobuněčné formy života byly ve skutečnosti nalezeny v nejhlubší části Mariánského příkopu , v hloubce Challenger , v hloubkách 11 034 m (36 201 stop; 6 856 mi). Jiní vědci uvedli související studie, že mikroorganismům se daří uvnitř hornin až do 580 m (1,900 ft; 0,36 mi) pod mořským dnem pod 2590 m (8500 ft; 1,61 mi) oceánu u pobřeží severozápadních Spojených států a také 2400 m (7,900 ft; 1,5 mi) pod mořským dnem u Japonska. Kultivovatelné teplomilné mikroby byly extrahovány z jader vyvrtaných více než 5 000 m (16 000 stop; 3,1 mil) do zemské kůry ve Švédsku, ze skal mezi 65–75 ° C (149–167 ° F). Teplota se zvyšuje s rostoucí hloubkou do zemské kůry . Rychlost, s jakou se teplota zvyšuje, závisí na mnoha faktorech, včetně typu kůry (kontinentální vs. oceánská), typu horniny, geografické polohy atd. Největší známá teplota, při které může existovat mikrobiální život, je 122 ° C (252 ° F) ( Methanopyrus kandleri Strain 116), a je pravděpodobné, že hranice života v „ hluboké biosféře “ je definována spíše teplotou než absolutní hloubkou. Dne 20. srpna 2014, vědci potvrdili existenci mikroorganismů žijících 800 m (2600 ft; 0,50 mi) pod ledem Antarktidy . Podle jednoho výzkumníka „Mikroby najdete všude - jsou extrémně přizpůsobivé podmínkám a přežijí, ať jsou kdekoli“.

Naše biosféra je rozdělena na několik biomů , obývaných dosti podobnou flórou a faunou . Na souši jsou biomy odděleny především zeměpisnou šířkou . Pozemské biomy ležící v arktickém a antarktickém kruhu jsou relativně neúrodné pro život rostlin a zvířat , zatímco většina lidnatějších biomů leží poblíž rovníku .

Roční variace

Na souši se vegetace objevuje na stupnici od hnědé (nízká vegetace) po tmavě zelenou (těžká vegetace);  na povrchu oceánu jsou fytoplanktony indikovány na stupnici od purpurové (nízká) po žlutou (vysoká).  Tato vizualizace byla vytvořena pomocí dat ze satelitů, včetně SeaWiFS, a nástrojů včetně sady NASA/NOAA Visible Infrared Imaging Radiometer Suite a Spectroradiometer se středním rozlišením.

Umělé biosféry

Biosféra 2
Biosféra 2 v Arizoně.

Pro studium ekosystémů a potenciálu podpory života mimo Zemi byly vytvořeny experimentální biosféry, nazývané také uzavřené ekologické systémy . Patří sem kosmické lodě a následující pozemské laboratoře:

Mimozemské biosféry

Za Zemí nebyly detekovány žádné biosféry; existence mimozemských biosfér proto zůstává hypotetická. Vzácných zemin hypotéza naznačuje, že by měl být velmi vzácný, zachránit ty složené z mikrobiálního života jediný. Na druhou stranu, vzhledem k velkému počtu planet může být analogie Země poměrně početná, alespoň v galaxii Mléčné dráhy . Tři z planet objevených na oběžné dráze TRAPPIST-1 by mohly obsahovat biosféry. Vzhledem k omezenému chápání abiogeneze není v současné době známo, jaké procento těchto planet skutečně vyvíjí biosféry.

Na základě pozorování týmem Kepler Space Telescope bylo vypočteno, že za předpokladu, že pravděpodobnost abiogeneze je vyšší než 1 až 1 000, nejbližší mimozemská biosféra by měla být do 100 světelných let od Země.

Je také možné, že v budoucnu vzniknou umělé biosféry, například s terraformací Marsu .

Viz také

Reference

Další čtení

externí odkazy