Биосфера - Biosphere

Для использования в других целях см. Биосфера (значения).
А фальшивый цвет составная часть численности глобальных океанических и наземных фотоавтотрофов с сентября 2001 г. по август 2017 г. SeaWiFS Проект, НАСА /Центр космических полетов Годдарда и ORBIMAGE.[нужна цитата ]

В биосфера (из Греческий βίος bíos «жизнь» и σφαῖρα Sphaira "сфера"), также известная как экосфера (от греч. οἶκος oîkos «окружающая среда» и σφαῖρα), является всемирной суммой всех экосистемы. Ее также можно назвать зоной жизнь на земной шар. Биосфера - это практически закрытая система по существу, с минимальными входами и выходами. Что касается энергия, это открытая система, в которой фотосинтез улавливает солнечную энергию со скоростью около 130 Тераваттс.[1] Однако это саморегулирующаяся система, близкая к энергетическому равновесию.[2] По самым общим биофизиологический определение, биосфера - это глобальный экологический система, объединяющая все живые существа и их отношения, в том числе их взаимодействие с элементами литосфера, геосфера, гидросфера, и атмосфера. Постулируется, что биосфера имеет развился, начиная с процесса биопоэз (жизнь, созданная естественным путем из неживой материи, такой как простые органические соединения) или биогенез (жизнь, созданная из живой материи), по крайней мере, 3,5 миллиарда лет назад.[3][4]

В общем смысле биосферы - это любые замкнутые саморегулирующиеся системы, содержащие экосистемы. Это включает в себя искусственные биосферы, такие как Биосфера 2 и BIOS-3 и, возможно, на других планетах или лунах.[5]

Происхождение и использование термина

А пляж сцена на Земле, одновременно показывающая литосферу (земля), гидросферу (океан) и атмосферу (воздух)

Термин «биосфера» придумал геолог. Эдуард Зюсс в 1875 году, который он определил как место на поверхность Земли где обитает жизнь.[6]

Хотя это понятие имеет геологическое происхождение, оно свидетельствует о влиянии обоих Чарльз Дарвин и Мэтью Ф. Мори на Науки о Земле. Экологический контекст биосферы восходит к 1920-м годам (см. Вернадский Владимир Иванович ), предшествовавшего введению в 1935 г. термина "экосистема "сэра Артур Тэнсли (видеть история экологии ). Вернадский определил экология как наука о биосфере. Это междисциплинарный концепция интеграции астрономия, геофизика, метеорология, биогеография, эволюция, геология, геохимия, гидрология и вообще все науки о жизни и Земле.

Узкое определение

Геохимики определяют биосферу как совокупность живых организмов ("биомасса " или же "биота "как называют биологи и экологи). В этом смысле биосфера является лишь одним из четырех отдельных компонентов геохимической модели, а остальные три являются геосфера, гидросфера, и атмосфера. Когда эти четыре составляющие сферы объединяются в одну систему, она известна как Экосфера. Этот термин был придуман в 1960-х годах и охватывает как биологические, так и физические компоненты планеты.[7]

Определение Второй Международной конференции по замкнутым системам жизни биосфера как наука и технология аналогов и модели из земной шар биосфера России; т.е. искусственные биосферы земного типа.[8] Другие могут включать создание искусственных биосфер, не относящихся к Земле, например, биосфер, ориентированных на человека, или естественных биосфер. Марсианин биосфера - как часть темы биосферы.[нужна цитата ]

Биосфера Земли

Возраст

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

В самое раннее свидетельство за жизнь на Земле включает биогенный графит найдено в 3,7 миллиарда лет метаосадочные породы из Западная Гренландия[9] и микробный коврик окаменелости найдено в 3,48 миллиарда лет песчаник из Западная Австралия.[10][11] Совсем недавно, в 2015 году "останки биотическая жизнь "были обнаружены в скалах возрастом 4,1 миллиарда лет в Западной Австралии.[12][13] В 2017 году предположительно окаменелые микроорганизмы (или же микрофоссилий ) были объявлены обнаруженными в гидротермальные источники осадки в Пояс Nuvvuagittuq Квебека, Канада, возраст которых составляет 4,28 миллиарда лет, что является самым старым летописным свидетельством существования жизни на Земле, что предполагает «почти мгновенное появление жизни» после образование океана 4,4 миллиарда лет назад, и вскоре после формирование Земли 4,54 миллиарда лет назад.[14][15][16][17] По словам биолога Стивен Блэр Хеджес, "Если жизнь возникла на Земле относительно быстро ... тогда она могла бы быть обычным явлением в вселенная."[12]

Степень

Стервятник Рюппеля
Ксенофиофор, барофильный организм, из Галапагосский разлом.

Каждая часть планеты, начиная с полярный ледяные шапки экватор, показывает какую-то жизнь. Последние достижения в микробиология продемонстрировали, что микробы живут глубоко под земной поверхностью, и что общая масса микробный жизнь в так называемых «нежилых зонах» может в биомасса, превосходят все животные и растения на поверхности. Реальную толщину биосферы на Земле трудно измерить. Птицы обычно летают на высоте до 1800 м (5900 футов; 1,1 мили), а рыбы живут на глубине до 8372 м (27467 футов; 5,202 мили) под водой в Желоб Пуэрто-Рико.[3]

Есть более экстремальные примеры жизни на планете: Стервятник Рюппеля был найден в высоты 11 300 м (37 100 футов; 7,0 миль); бархатные гуси мигрировать 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 козы 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, включая почва, горячие источники, внутри скал не менее 19 км (12 миль) под землей, в самых глубоких частях океана и не менее 64 км (40 миль) на высоте в атмосфере.[18][19][20] Микроорганизмы при определенных условиях испытаний выжить в вакууме космического пространства.[21][22] Общее количество почвенных и подпочвенных бактериальных углерод оценивается как 5 × 1017 г, или «вес Соединенного Королевства».[18] Масса прокариот микроорганизмы, включая бактерии и археи, но не ядросодержащие эукариотические микроорганизмы - может достигать 0,8 триллиона тонн углерода (от всей биосферы масса оценивается от 1 до 4 триллионов тонн).[23] Барофильный морские микробы были обнаружены на глубине более 10 000 м (33 000 футов) в Марианская впадина, самое глубокое место в Мировом океане.[24] Фактически, одноклеточные формы жизни были обнаружены в самой глубокой части Марианской впадины. Challenger Deep, на глубине 11 034 м (36 201 фут; 6,856 миль).[25][26][27] 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 на глубине 2590 м (8500 футов; 1,61 мили) океана у побережья северо-запада Соединенных Штатов.[26][28] а также 2400 м (7900 футов; 1,5 мили) под морским дном у берегов Японии.[29] Культурные термофильные микробы были извлечены из кернов, пробуренных на глубине более 5000 м (16000 футов; 3,1 мили). земной коры в Швеции,[30] из горных пород при температуре 65–75 ° C (149–167 ° F). Температура увеличивается с увеличением глубины в земной коры. 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 Штамм 116), и вполне вероятно, что предел жизни в "глубокая биосфера "определяется температурой, а не абсолютной глубиной.[нужна цитата ] 20 августа 2014 года ученые подтвердили существование микроорганизмов, живущих на 800 м (2600 футов; 0,50 мили) ниже льда Антарктида.[31][32] По словам одного исследователя, «микробы можно найти повсюду - они чрезвычайно адаптируются к условиям и выживают, где бы они ни находились».[26]

Наша биосфера делится на ряд биомы, населен довольно похожими Флора и фауна. На суше биомы разделены главным образом широта. Наземные биомы, лежащие в Арктический и Антарктические круги относительно бесплодны растение и животное жизни, в то время как большинство наиболее густонаселенных биомов находится недалеко от экватор.

Годовая вариация

На суше растительность варьируется от коричневого (низкая растительность) до темно-зеленого (густая растительность); На поверхности океана фитопланктон обозначен шкалой от фиолетового (низкий) до желтого (высокий). Эта визуализация была создана на основе данных со спутников, включая SeaWiFS, и инструментов, включая набор радиометров для визуализации в видимом инфракрасном диапазоне от NASA / NOAA и спектрорадиометр для визуализации изображений среднего разрешения.

Искусственные биосферы

Биосфера 2
Биосфера 2 в Аризоне.

Экспериментальные биосферы, также называемые закрытые экологические системы, 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. В гипотеза редкой земли предполагает, что они должны быть очень редкими, кроме тех, которые состоят из микробный только жизнь.[36] С другой стороны, Аналоги Земли может быть довольно много, по крайней мере, в Млечный путь, учитывая большое количество планет.[37] Обнаружены вращающиеся вокруг трех планет TRAPPIST-1 возможно, может содержать биосферы.[38] Учитывая ограниченное понимание абиогенез, в настоящее время неизвестно, какой процент этих планет действительно развивает биосферы.

На основании наблюдений Космический телескоп Кеплера Было подсчитано, что при вероятности абиогенеза от 1 до 1000 ближайшая инопланетная биосфера должна находиться в пределах 100 световых лет от Земли.[39]

Также возможно, что в будущем будут созданы искусственные биосферы, например, с помощью терраформирование Марса.[40]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Нилсон К. И Конрад П. (1999). «Жизнь: прошлое, настоящее и будущее». Филос. Пер. R. Soc. Лондон. В, биол. Sci. 354 (1392): 1923–39. DOI: 10.1098 / rstb.1999.0532. PMC 1692713. PMID  10670014
  2. ^ "Просматривайте онлайн-книги, журналы, журналы и газеты по теме или публикации | Интернет-библиотека исследований: Questia". Колумбийская энциклопедия, шестое издание. Издательство Колумбийского университета. 2004 г. В архиве с оригинала от 27.10.2011. Получено 2010-11-12.
  3. ^ а б Кэмпбелл, Нил А .; Брэд Уильямсон; Робин Дж. Хейден (2006). Биология: изучение жизни. Бостон, Массачусетс: Пирсон Прентис Холл. ISBN  978-0-13-250882-7. В архиве из оригинала 2014-11-02. Получено 2008-09-14.
  4. ^ Циммер, Карл (3 октября 2013 г.). "Кислород Земли: загадка, которую легко принять на веру". Нью-Йорк Таймс. В архиве из оригинала 3 октября 2013 г.. Получено 3 октября 2013.
  5. ^ «Значение биосферы». WebDictionary.co.uk. WebDictionary.co.uk. Архивировано из оригинал на 2011-10-02. Получено 2010-11-12.
  6. ^ Зюсс, Э. (1875) Die Entstehung Der Alpen [Происхождение Альп]. Вена: В. Браунмюллер.
  7. ^ Мёллер, Детлев (декабрь 2010 г.). Химия климатической системы. Де Грюйтер. стр.118 –119. ISBN  978-3-11-022835-9.
  8. ^ Бебарта, Кайлаш Чандра (2011). Словарь по лесному хозяйству и дикой природе. Нью-Дели: Издательская Компания Концепции. п. 45. ISBN  978-81-8069-719-7.
  9. ^ Йоко Отомо; Такеши Какегава; Акизуми Исида; Тоширо Нагасе; Миник Т. Розинг (8 декабря 2013 г.). «Доказательства биогенного графита в метаосадочных породах Исуа раннего архея». Природа Геонауки. 7 (1): 25–28. Bibcode:2014НатГе ... 7 ... 25О. Дои:10.1038 / ngeo2025.
  10. ^ Боренштейн, Сет (13 ноября 2013 г.). «Самое древнее найденное ископаемое: познакомьтесь со своей мамой-микробом». AP Новости. В архиве из оригинала 29 июня 2015 г.. Получено 15 ноября 2013.
  11. ^ Ноффке, Нора; Кристиан, Даниэль; Уэйси, Дэвид; Хазен, Роберт М. (8 ноября 2013 г.). «Осадочные структуры, вызванные микробами, регистрирующие древнюю экосистему в формации Дрессер возрастом около 3,48 миллиардов лет, Пилбара, Западная Австралия». Астробиология. 13 (12): 1103–24. Bibcode:2013AsBio..13.1103N. Дои:10.1089 / аст.2013.1030. ЧВК  3870916. PMID  24205812.
  12. ^ а б Боренштейн, Сет (19 октября 2015 г.). «Намеки жизни на том, что считалось пустынной на ранней Земле». Возбудить. Йонкерс, штат Нью-Йорк: Интерактивная сеть Mindspark. Ассошиэйтед Пресс. Архивировано из оригинал 1 октября 2018 г.. Получено 8 октября 2018.
  13. ^ Белл, Элизабет А .; Бохнике, Патрик; Харрисон, Т. Марк; и другие. (19 октября 2015 г.). «Потенциально биогенный углерод, сохранившийся в цирконе возрастом 4,1 миллиарда лет» (PDF). Proc. Natl. Акад. Sci. СОЕДИНЕННЫЕ ШТАТЫ АМЕРИКИ. 112 (47): 14518–21. Bibcode:2015ПНАС..11214518Б. Дои:10.1073 / pnas.1517557112. ISSN  1091-6490. ЧВК  4664351. PMID  26483481. В архиве (PDF) из оригинала от 6 ноября 2015 г.. Получено 2015-10-20. Раннее издание, опубликованное в Интернете до печати.
  14. ^ Додд, Мэтью С .; Папино, Доминик; Гренн, Тор; Slack, 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. Bibcode:2017Натура.543 ... 60Д. Дои:10.1038 / природа21377. PMID  28252057. В архиве (PDF) из оригинала 23 июля 2018 г.. Получено 19 февраля 2019.
  15. ^ Циммер, Карл (1 марта 2017 г.). «Ученые говорят, что окаменелости канадских бактерий могут быть самыми древними на Земле». Нью-Йорк Таймс. В архиве из оригинала 2 марта 2017 г.. Получено 2 марта 2017.
  16. ^ Гош, Паллаб (1 марта 2017 г.). «Найдены самые ранние свидетельства существования жизни на Земле». Новости BBC. В архиве из оригинала 2 марта 2017 г.. Получено 2 марта 2017.
  17. ^ Данэм, Уилл (1 марта 2017 г.). «Канадские окаменелости, похожие на бактерии, называют древнейшими свидетельствами жизни». Рейтер. В архиве из оригинала 2 марта 2017 г.. Получено 1 марта 2017.
  18. ^ а б Университет Джорджии (25 августа 1998 г.). «Первая научная оценка общего количества бактерий на Земле показывает гораздо большее количество бактерий, чем когда-либо было известно». Science Daily. В архиве из оригинала 10 ноября 2014 г.. Получено 10 ноября 2014.
  19. ^ Хадхази, Адам (12 января 2015 г.). «Жизнь может процветать в дюжине миль под поверхностью Земли». Журнал Astrobiology. В архиве из оригинала 12 марта 2017 г.. Получено 11 марта 2017.
  20. ^ Фокс-Скелли, Жасмин (24 ноября 2015 г.). «Странные твари, обитающие в глубоком подземелье Solid Rock». BBC онлайн. В архиве из оригинала 25 ноября 2016 г.. Получено 11 марта 2017.
  21. ^ Чжан, К. Доза; A. Bieger-Dose; Р. Диллманн; М. Гилл; О. Керц (1995). А. Кляйн, Х. Мейнерт, Т. Наврот, С. Риси, К. Страйд. Космическая биохимия "ЭРА-эксперимент"."". Достижения в космических исследованиях. 16 (8): 119–129. Bibcode:1995AdSpR..16..119D. Дои:10.1016 / 0273-1177 (95) 00280-Р. PMID  11542696.
  22. ^ Хорнек G; Eschweiler U; Reitz G; Wehner J; Willimek R; Штраух К. (1995). «Биологические реакции на космос: результаты эксперимента« Экзобиологическая единица »ERA на EURECA I». Adv. Space Res. 16 (8): 105–18. Bibcode:1995AdSpR..16..105H. Дои:10.1016 / 0273-1177 (95) 00279-Н. PMID  11542695.
  23. ^ Персонал (2014). «Биосфера». Институт глобальных изменений Аспена. В архиве из оригинала 10 ноября 2014 г.. Получено 10 ноября 2014.
  24. ^ Такамия; и другие. (1997). «Микробная флора в глубочайших морских илах Марианской впадины». Письма о микробиологии FEMS. 152 (2): 279–285. Дои:10.1111 / j.1574-6968.1997.tb10440.x. PMID  9231422.
  25. ^ "National Geographic, 2005". В архиве из оригинала от 22.08.2012. Получено 2012-12-18.
  26. ^ а б c Чой, Чарльз К. (17 марта 2013 г.). «Микробы процветают в самом глубоком месте на Земле». LiveScience. В архиве из оригинала 2 апреля 2013 г.. Получено 17 марта 2013.
  27. ^ Глуд, Ронни; Венцхёфер, Франк; Мидделбо, Матиас; Огури, Казумаса; Turnewitsch, Роберт; Кэнфилд, Дональд Э .; Китазато, Хироши (17 марта 2013 г.). «Высокие скорости микробного круговорота углерода в отложениях в самой глубокой океанической впадине на Земле». Природа Геонауки. 6 (4): 284–288. Bibcode:2013НатГе ... 6..284G. Дои:10.1038 / ngeo1773.
  28. ^ Оськин, Бекки (14 марта 2013 г.). "Intraterrestrials: Жизнь процветает на дне океана". LiveScience. В архиве из оригинала 2 апреля 2013 г.. Получено 17 марта 2013.
  29. ^ Морелль, Ребекка (15 декабря 2014 г.). «Микробы, обнаруженные самой глубокой морской буровой установкой». Новости BBC. В архиве из оригинала 16 декабря 2014 г.. Получено 15 декабря 2014.
  30. ^ Szewzyk, U; Szewzyk, R; Стенстрем, TR. (1994). «Термофильные анаэробные бактерии, выделенные из глубокой скважины в граните в Швеции». Труды Национальной академии наук США. 91 (5): 1810–1813. Bibcode:1994PNAS ... 91.1810S. Дои:10.1073 / пнас.91.5.1810. ЧВК  43253. PMID  11607462.
  31. ^ Фокс, Дуглас (20 августа 2014 г.). «Озера подо льдом: тайный сад Антарктиды». Природа. 512 (7514): 244–246. Bibcode:2014Натура.512..244F. Дои:10.1038 / 512244a. PMID  25143097.
  32. ^ Мак, Эрик (20 августа 2014 г.). "Жизнь подтверждена под антарктическими льдами; что дальше - космос?". Forbes. В архиве из оригинала 22 августа 2014 г.. Получено 21 августа 2014.
  33. ^ Солсбери FB; Gitelson JI; Лисовский Г.М. (октябрь 1997 г.). «Биос-3: Сибирские эксперименты по биорегенеративному жизнеобеспечению». Бионаука. 47 (9): 575–85. Дои:10.2307/1313164. JSTOR  1313164. PMID  11540303.
  34. ^ Накано; и другие. (1998). «Динамическое моделирование системы контроля давления для закрытой экологической экспериментальной установки». Труды Японского общества инженеров-механиков, серия B. 64 (617): 107–114. Дои:10.1299 / kikaib.64.107. В архиве из оригинала от 18.03.2012. Получено 2009-11-14.
  35. ^ «Институт экологических наук». Ies.or.jp. В архиве из оригинала 2011-11-08. Получено 2011-11-08.
  36. ^ Уорд, Питер Д .; Браунли, Дональд (2004). Редкая земля: почему сложная жизнь необычна во Вселенной (2-е изд.). Нью-Йорк: Коперник. ISBN  978-0-387-95289-5.
  37. ^ Чой, Чарльз К. (21 марта 2011 г.). «Новая оценка инопланетных земель: 2 миллиарда только в нашей Галактике». Space.com. В архиве с оригинала 24 августа 2017 г.. Получено 25 сентября 2017.
  38. ^ Рис, сэр Мартин (22 февраля 2017 г.). «Эти новые миры - только начало. Есть еще много жизнеобеспечивающих планет, ожидающих своего открытия». Телеграф. В архиве из оригинала 25 сентября 2017 г.. Получено 25 сентября 2017.
  39. ^ Амри Вандел, Об изобилии внеземной жизни после миссии Кеплера В архиве 2018-08-17 в Wayback Machine
  40. ^ Кларк, Роберт Зубрин; С Рихардом Вагнером; Предисловие Артура С. (2011). Аргументы в пользу Марса: план заселения Красной планеты и почему мы должны (Перем., Обновл. Ред.). Саймон и Шустер. ISBN  978-1451608113.

дальнейшее чтение

внешняя ссылка