Биосфера (от греческого βίος bios «жизнь» и σφαῖρα shaira «сфера»), также известная как экосфера ( от греческого οἶκος oîkos «окружающая среда» и σφαῖρα), представляет собой всемирную сумму всех экосистем . Ее также можно назвать зоной жизни на Земле . Биосфера (технически представляющая собой сферическую оболочку ) представляет собой практически закрытую систему по отношению к материи [ 1] с минимальными входами и выходами. Что касается энергетики , то это открытая система, в которой фотосинтез улавливает солнечную энергию со скоростью около 100 тераватт . [2] По наиболее общему биофизиологическому определению, биосфера — это глобальная экологическая система, объединяющая все живые существа и их взаимоотношения, включая их взаимодействие с элементами литосферы , криосферы , гидросферы и атмосферы . Постулируется, что биосфера развивалась , начиная с процесса биопоэза (жизнь, созданная естественным путем из неживой материи, такой как простые органические соединения) или биогенеза (жизнь, созданная из живой материи), по крайней мере, около 3,5 миллиардов лет назад. [3] [4]
В общем смысле биосферы — это любые замкнутые саморегулирующиеся системы, содержащие экосистемы. Сюда входят искусственные биосферы, такие как Биосфера 2 и БИОС-3 , а также, возможно, биосферы на других планетах или лунах . [5]
Происхождение и использование термина
Пляжная сцена на Земле, одновременно показывающая литосферу (землю), гидросферу (океан) и атмосферу (воздух) .
Геохимики определяют биосферу как совокупность живых организмов (« биомасса » или « биота », как ее называют биологи и экологи). В этом смысле биосфера является лишь одним из четырех отдельных компонентов геохимической модели, остальные три — это геосфера , гидросфера и атмосфера . Когда эти четыре составляющие сферы объединяются в одну систему, она называется экосферой . Этот термин был придуман в 1960-х годах и охватывает как биологические, так и физические компоненты планеты. [7]
Вторая Международная конференция по закрытым системам жизни определила биосферу как науку и технологию аналогов и моделей биосферы Земли; т.е. искусственные земные биосферы. [8] Другие могут включать создание искусственных неземных биосфер — например, биосфер, ориентированных на человека, или естественной марсианской биосферы — как часть темы биосферики. [ нужна цитата ]
биосфера Земли
Обзор
В настоящее время общее количество живых клеток на Земле оценивается в 10 30 ; общее число с момента возникновения Земли - 10 40 , а общее число за все время существования обитаемой планеты Земля - 10 41 . [9] [10] Это намного больше, чем общее количество предполагаемых звезд (и планет земного типа) в наблюдаемой Вселенной, равное 10 24 , число, которое больше, чем все песчинки пляжного песка на планете Земля; [11] [12] [13] [14] , но меньше общего числа атомов, оцененного в наблюдаемой Вселенной как 10 82 ; [15] и предполагаемое общее число звезд в раздувающейся Вселенной (наблюдаемых и ненаблюдаемых) — 10 100 . [16]
Возраст
Возраст ископаемого строматолита оценивается в 3,2–3,6 миллиарда лет.
В каждой части планеты, от полярных шапок до экватора , есть какая-то жизнь. Последние достижения 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 животную и растительную жизнь на поверхности. Реальную толщину биосферы на Земле измерить трудно. 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 . [3]
Есть и более экстремальные примеры жизни на планете: стервятник Рюппеля был найден на высоте 11 300 метров (37 100 футов; 7,0 миль); остроголовые гуси мигрируют на высоте не менее 8300 м (27 200 футов; 5,2 мили); яки живут на высоте до 5400 м (17700 футов; 3,4 мили) над уровнем моря; горные козлы живут на высоте до 3050 м (10 010 футов; 1,90 миль). Растительноядные животные на этих возвышенностях питаются лишайниками, травами и разнотравьем.
Формы жизни живут во всех частях биосферы Земли, включая почву , горячие источники , внутри скал на глубине не менее 19 км (12 миль) под землей и не менее 64 км (40 миль) в атмосфере. [26] [27] [28] Морская жизнь во многих формах была обнаружена в самых глубоких уголках мирового океана , в то время как большая часть морских глубин еще предстоит исследовать. [29]
Было замечено, что микроорганизмы при определенных условиях испытаний выживают в вакууме космического пространства . [30] [31] Общее количество почвенного и подземного бактериального углерода оценивается в 5 × 10 17 г. [26] Масса прокариотных микроорганизмов, в которую входят бактерии и археи, но не ядросодержащие эукариотные микроорганизмы , может достигать 0,8 триллиона тонн углерода (от общей массы биосферы , оцениваемой от 1 до 4 триллионов тонн). [32] Барофильные морские микробы были обнаружены на глубине более 10 000 м (33 000 футов; 6,2 мили) в Марианской впадине , самом глубоком месте в океанах Земли. [33] 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). [34] [35] [36] Другие исследователи сообщили о похожих исследованиях, согласно которым микроорганизмы процветают внутри горных пород на глубине до 580 м (1900 футов; 0,36 мили) ниже морского дна, на глубине 2590 м (8500 футов; 1,61 мили) океана у побережья северо -запад США , [35] [37] , а также 2400 м (7900 футов; 1,5 мили) под морским дном у берегов Японии. [38] Культивируемые термофильные микробы были извлечены из кернов, пробуренных на глубине более 5000 м (16 000 футов; 3,1 мили) в земной коре в Швеции , [39] из горных пород с температурой 65–75 ° C (149–167 ° F). Температура увеличивается с увеличением глубины земной коры. Скорость повышения температуры зависит от многих факторов, включая тип коры (континентальная или океаническая), тип горных пород, географическое положение и т. д. Наибольшая известная температура, при которой может существовать микробная жизнь, составляет 122 ° C (252 ° F). ( Methanopyrus kandleri Strain 116), и вполне вероятно, что предел жизни в « глубинной биосфере » определяется температурой, а не абсолютной глубиной. [ нужна ссылка ] 20 августа 2014 года учёные подтвердили существование микроорганизмов, живущих на глубине 800 м (2600 футов; 0,50 мили) подо льдом Антарктиды . [40] [41]
Биосфера Земли разделена на ряд биомов , населенных довольно схожей флорой и фауной . На суше биомы разделены в первую очередь по широте . Наземные биомы, расположенные в пределах Полярного и Южного полярных кругов , относительно лишены растительного и животного мира, в то время как большинство наиболее густонаселенных биомов расположены вблизи экватора .
Годовое изменение
На суше растительность проявляется по шкале от коричневого (низкая растительность) до темно-зеленого (густая растительность); на поверхности океана фитопланктон обозначен по шкале от фиолетового (низкий) до желтого (высокий). Эта визуализация была создана на основе данных со спутников, включая SeaWiFS, и инструментов, включая комплект радиометров видимого инфракрасного изображения НАСА/НОАА и спектрорадиометр изображений среднего разрешения.
Искусственные биосферы
Биосфера 2 в Аризоне
Экспериментальные биосферы, также называемые закрытыми экологическими системами , были созданы для изучения экосистем и потенциала поддержания жизни за пределами Земли. К ним относятся космические корабли и следующие наземные лаборатории:
За пределами Земли биосферы 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 микробной жизни. [45] С другой стороны, аналоги Земли могут быть довольно многочисленными, по крайней мере, в галактике Млечный Путь , учитывая большое количество планет. [46] Три из планет, обнаруженных на орбите TRAPPIST-1, возможно, могут содержать биосферы. [47] Учитывая ограниченное понимание абиогенеза , в настоящее время неизвестно, какой процент этих планет на самом деле имеет биосферу.
На основе наблюдений команды космического телескопа «Кеплер» подсчитано, что при вероятности абиогенеза выше 1 к 1000 ближайшая инопланетная биосфера должна находиться в пределах 100 световых лет от Земли. [48]
Также возможно, что в будущем будут созданы искусственные биосферы, например, при терраформировании Марса . [49]
^ «Биосфера» в Колумбийской энциклопедии , 6-е изд. (2004) Издательство Колумбийского университета.
^ Нилсон, Кеннет Х.; Зеки, С.; Конрад, Памела Г. (1999). «Жизнь: прошлое, настоящее и будущее». Философские труды Лондонского королевского общества. Серия Б: Биологические науки . 354 (1392): 1923–1939. дои : 10.1098/rstb.1999.0532. ПМЦ 1692713 . ПМИД 10670014.
^ аб Кэмпбелл, Нил А.; Брэд Уильямсон; Робин Дж. Хейден (2006). Биология: исследование жизни. Бостон, Массачусетс: Пирсон Прентис Холл. ISBN978-0-13-250882-7. Архивировано из оригинала 2 ноября 2014 г. Проверено 14 сентября 2008 г.
↑ Циммер, Карл (3 октября 2013 г.). «Кислород Земли: загадка, которую легко принять как должное». Нью-Йорк Таймс . Архивировано из оригинала 3 октября 2013 года . Проверено 3 октября 2013 г.
^ «Значение биосферы». WebDictionary.co.uk . Архивировано из оригинала 2 октября 2011 г. Проверено 12 ноября 2010 г.
^ Зюсс, Э. (1875) Die Entstehung Der Alpen [ Происхождение Альп ]. Вена: В. Браунмюллер.
^ Мёллер, Детлев (декабрь 2010 г.). Химия климатической системы . Де Грютер. стр. 118–119. ISBN978-3-11-022835-9.
^ Бебарта, Кайлаш Чандра (2011). Словарь по лесному хозяйству и наукам о дикой природе . Нью-Дели: Издательская компания Concept. п. 45. ИСБН978-81-8069-719-7.
^ Прощай, Деннис (1 декабря 2023 г.). «Сколько именно жизни на Земле? Согласно новому исследованию, число живых клеток превышает количество звезд во Вселенной, что подчеркивает глубокую, недооцененную связь между геофизикой и биологией». Нью-Йорк Таймс . Архивировано из оригинала 1 декабря 2023 года . Проверено 1 декабря 2023 г.
^ Крокфорд, Питер В.. Геологическая история первичной продуктивности. Современная биология . 6 ноября 2023 г. [Проверено 1 декабря 2023 г.];33(21):P7741-4750.E5.
^ Персонал (2020). «Сколько звезд во Вселенной?». Европейское космическое агентство . Архивировано из оригинала 17 января 2020 года . Проверено 17 января 2020 г.
^ Маки, Глен (1 февраля 2002 г.). «Увидеть Вселенную в песчинке Таранаки». Суинбернский технологический университет . Архивировано из оригинала 28 декабря 2022 года . Проверено 1 декабря 2023 г.
↑ Мак, Эрик (19 марта 2015 г.). «На всех наших пляжах может быть больше планет, похожих на Землю, чем песчинок. Новое исследование утверждает, что только Млечный Путь наполнен миллиардами потенциально обитаемых планет – и это всего лишь один кусочек Вселенной». CNET . Архивировано из оригинала 1 декабря 2023 года . Проверено 1 декабря 2023 г.
^ Т. Бовэр, Т.; Лайнвивер, Швейцария; Якобсен, СК (13 марта 2015 г.). «Использование склонностей систем Кеплера для определения приоритетности новых предсказаний экзопланет на основе Тициуса-Боде». Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества . 448 (4): 3608–3627. arXiv : 1412.6230 . дои : 10.1093/mnras/stv221 . Архивировано из оригинала 1 декабря 2023 года . Проверено 1 декабря 2023 г.
↑ Бейкер, Гарри (11 июля 2021 г.). «Сколько атомов в наблюдаемой Вселенной?». Живая наука . Архивировано из оригинала 1 декабря 2023 года . Проверено 1 декабря 2023 г.
↑ Тотани, Томонори (3 февраля 2020 г.). «Появление жизни в инфляционной Вселенной». Научные отчеты . 10 (1671): 1671. doi : 10.1038/s41598-020-58060-0 . ПМК 6997386 . ПМИД 32015390.
^ Отомо, Йоко; Какегава, Такеши; Исида, Акизуми; Нагасе, Тосиро; Розинг, Миник Т. (8 декабря 2013 г.). «Свидетельства наличия биогенного графита в метаосадочных породах раннего архея Исуа». Природа Геонауки . 7 (1): 25–28. Бибкод : 2014NatGe...7...25O. дои : 10.1038/ngeo2025.
↑ Боренштейн, Сет (13 ноября 2013 г.). «Найдена самая старая окаменелость: познакомьтесь со своей микробной мамой» . АП Новости . Архивировано из оригинала 29 июня 2015 года . Проверено 15 ноября 2013 г.
^ Ноффке, Нора ; Кристиан, Дэниел; Уэйси, Дэвид; Хейзен, Роберт М. (8 ноября 2013 г.). «Микробно-индуцированные осадочные структуры, фиксирующие древнюю экосистему формации Дрессер возрастом около 3,48 миллиарда лет, Пилбара, Западная Австралия». Астробиология . 13 (12): 1103–24. Бибкод : 2013AsBio..13.1103N. дои : 10.1089/ast.2013.1030. ПМК 3870916 . ПМИД 24205812.
^ Аб Боренштейн, Сет (19 октября 2015 г.). «Намеки на жизнь на ранней Земле, которая считалась пустынной». Возбуждайте . Йонкерс, Нью-Йорк: Интерактивная сеть Mindspark . Ассошиэйтед Пресс . Архивировано из оригинала 1 октября 2018 года . Проверено 8 октября 2018 г.
^ Белл, Элизабет А.; Бенике, Патрик; Харрисон, Т. Марк; и другие. (19 октября 2015 г.). «Потенциально биогенный углерод сохранился в цирконе возрастом 4,1 миллиарда лет». Учеб. Натл. акад. наук. США . 112 (47): 14518–21. Бибкод : 2015PNAS..11214518B. дои : 10.1073/pnas.1517557112 . ПМЦ 4664351 . ПМИД 26483481. Раннее издание, опубликованное в Интернете до печати.
^ Додд, Мэтью С.; Папино, Доминик; Гренне, Тор; Слэк, Джон Ф.; Риттнер, Мартин; Пирайно, Франко; О'Нил, Джонатан; Литтл, Криспин Т.С. (2 марта 2017 г.). «Доказательства ранней жизни в осадках старейших гидротермальных источников Земли» (PDF) . Природа . 343 (7643): 60–64. Бибкод : 2017Natur.543...60D. дои : 10.1038/nature21377 . PMID 28252057. S2CID 2420384. Архивировано (PDF) из оригинала 23 июля 2018 г. . Проверено 19 февраля 2019 г.
↑ Циммер, Карл (1 марта 2017 г.). «Ученые говорят, что окаменелости канадских бактерий могут быть самыми старыми на Земле». Нью-Йорк Таймс . Архивировано из оригинала 2 марта 2017 года . Проверено 2 марта 2017 г.
^ Гош, Паллаб (1 марта 2017 г.). «Обнаружены самые ранние свидетельства жизни на Земле». Новости BBC . Архивировано из оригинала 2 марта 2017 года . Проверено 2 марта 2017 г.
↑ Данэм, Уилл (1 марта 2017 г.). «Канадские окаменелости, похожие на бактерии, названы древнейшими свидетельствами жизни». Рейтер . Архивировано из оригинала 2 марта 2017 года . Проверено 1 марта 2017 г.
^ ab Университет Джорджии (25 августа 1998 г.). «Первая в истории научная оценка общего количества бактерий на Земле показывает гораздо большее количество, чем когда-либо известно». Наука Дейли . Архивировано из оригинала 10 ноября 2014 года . Проверено 10 ноября 2014 г.
↑ Хадхази, Адам (12 января 2015 г.). «Жизнь может процветать на дюжину миль под поверхностью Земли». Журнал «Астробиология» . Архивировано из оригинала 12 марта 2017 года . Проверено 11 марта 2017 г.{{cite web}}: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка )
↑ Фокс-Скелли, Жасмин (24 ноября 2015 г.). «Странные звери, живущие в твердой скале глубоко под землей». Би-би-си онлайн . Архивировано из оригинала 25 ноября 2016 года . Проверено 11 марта 2017 г.
^ Чжан, К. Дозе; А. Бигер-Доза; Р. Диллманн; М. Гилл; О. Керц (1995). А. Кляйн, Х. Мейнерт, Т. Наврот, С. Ризи, К. Страйд. «ЭРА-эксперимент «Космическая биохимия»". Успехи в космических исследованиях . 16 (8): 119–129. Бибкод : 1995AdSpR..16h.119D. doi : 10.1016/0273-1177(95)00280-R. PMID 11542696.
^ Хорнек Г; Эшвайлер У; Рейтц Г; Венер Дж; Виллимек Р; Штраух К. (1995). «Биологические реакции на космос: результаты эксперимента «Экзобиологическая установка» ERA на ЭВРЕКА I». Адв. Космическое разрешение . 16 (8): 105–18. Бибкод : 1995AdSpR..16h.105H. дои : 10.1016/0273-1177(95)00279-Н. ПМИД 11542695.
^ Такамия; и другие. (1997). «Микробная флора в глубочайших морских илах Марианской впадины». Письма FEMS по микробиологии . 152 (2): 279–285. дои : 10.1111/j.1574-6968.1997.tb10440.x . ПМИД 9231422.
^ "National Geographic, 2005". Архивировано из оригинала 22 августа 2012 г. Проверено 18 декабря 2012 г.
↑ Аб Чой, Чарльз К. (17 марта 2013 г.). «Микробы процветают в самом глубоком месте на Земле». ЖиваяНаука . Архивировано из оригинала 2 апреля 2013 года . Проверено 17 марта 2013 г.
^ Глуд, Ронни; Венцхёфер, Франк; Мидделбо, Матиас; Огури, Казумаса; Турневич, Роберт; Кэнфилд, Дональд Э.; Китазато, Хироши (17 марта 2013 г.). «Высокие темпы микробного круговорота углерода в отложениях самой глубокой океанической впадины на Земле». Природа Геонауки . 6 (4): 284–288. Бибкод : 2013NatGe...6..284G. дои : 10.1038/ngeo1773.
↑ Оскин, Бекки (14 марта 2013 г.). «Инопланетяне: жизнь процветает на дне океана». ЖиваяНаука . Архивировано из оригинала 2 апреля 2013 года . Проверено 17 марта 2013 г.
↑ Морель, Ребекка (15 декабря 2014 г.). «Микробы, обнаруженные с помощью самого глубокого морского бурения, проанализированы». Новости BBC . Архивировано из оригинала 16 декабря 2014 года . Проверено 15 декабря 2014 г.
^ Шевжик, Ю; Шевжик, Р; Стенстрем, ТР. (1994). «Термофильные анаэробные бактерии, выделенные из глубокой скважины в граните в Швеции». Труды Национальной академии наук США . 91 (5): 1810–1813. Бибкод : 1994PNAS...91.1810S. дои : 10.1073/pnas.91.5.1810 . ПМЦ 43253 . ПМИД 11607462.
↑ Фокс, Дуглас (20 августа 2014 г.). «Озера подо льдом: тайный сад Антарктиды». Природа . 512 (7514): 244–246. Бибкод : 2014Natur.512..244F. дои : 10.1038/512244a . ПМИД 25143097.
↑ Мак, Эрик (20 августа 2014 г.). «Жизнь подтверждена подо льдом Антарктики; следующий космос?». Форбс . Архивировано из оригинала 22 августа 2014 года . Проверено 21 августа 2014 г.
^ Накано; и другие. (1998). «Динамическое моделирование системы регулирования давления для закрытого экологического эксперимента». Труды Японского общества инженеров-механиков, серия B. 64 (617): 107–114. дои : 10.1299/кикаиб.64.107 . Архивировано из оригинала 18 марта 2012 г. Проверено 14 ноября 2009 г.
^ «Институт экологических наук». Ies.or.jp. Архивировано из оригинала 08.11.2011 . Проверено 8 ноября 2011 г.
↑ Чой, Чарльз К. (21 марта 2011 г.). «Новая оценка количества чужих земель: 2 миллиарда только в нашей галактике». Space.com . Архивировано из оригинала 24 августа 2017 года . Проверено 25 сентября 2017 г.
↑ Рис, сэр Мартин (22 февраля 2017 г.). «Эти новые миры — только начало. Есть еще много планет, поддерживающих жизнь, которые ждут своего открытия». Телеграф . Архивировано из оригинала 25 сентября 2017 года . Проверено 25 сентября 2017 г.
^ Амри Вандель, Об изобилии внеземной жизни после миссии Кеплера. Архивировано 17 августа 2018 г. в Wayback Machine.
Найдите биосферу в Викисловаре, бесплатном словаре.
Статья о биосфере в Энциклопедии Земли
GLOBIO.info, действующая программа по картированию прошлого, настоящего и будущего воздействия человеческой деятельности на биосферу.
Интервью Пола Крутцена, бесплатное видео, где Пол Крутцен, лауреат Нобелевской премии за свою работу по разложению озона, разговаривает с Гарри Крото, лауреатом Нобелевской премии Vega Science Trust.