Страница защищена ожидающими изменениями
Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

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 . [ необходима цитата ]

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 в отношении материи с минимальными входами и выходами. Что касается энергии , это открытая система, при фотосинтезе улавливающая солнечную энергию со скоростью около 130 тераватт [1]в год. Однако это саморегулирующаяся система, близкая к энергетическому равновесию. [2] 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 живой материи), по крайней мере, 3,5 миллиарда 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 , и, возможно, на других планетах или лунах. [5]

Происхождение и использование термина [ править ]

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. [6]

Хотя эта концепция имеет геологическое происхождение, она указывает на влияние Чарльза Дарвина и Мэтью Ф. Мори на науки о Земле . Экологический контекст биосферы берет свое начало в 1920-х годах (см. Владимир И. Вернадский ), предшествовавших введению в 1935 году термина « экосистема » сэром Артуром Тэнсли (см. Историю экологии ). Вернадский определил экологию как науку о биосфере. Это междисциплинарная концепция интеграции астрономии , геофизики , метеорологии , биогеографии ,эволюция , геология , геохимия , гидрология и вообще все науки о жизни и Земле.

Узкое определение [ править ]

Геохимики определяют биосферу как общую сумму живых организмов (« биомасса » или « биота », как их называют биологи и экологи). В этом смысле биосфера - всего лишь один из четырех отдельных компонентов геохимической модели, остальные три - это 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]

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. [8] Другие могут включать создание искусственных биосфер, не относящихся к Земле, например, биосфер, ориентированных на человека, или естественной марсианской биосферы, как часть темы биосферы. [ необходима цитата ]

Биосфера Земли [ править ]

Возраст [ править ]

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

Ранние свидетельства для жизни на Земле , включает биогенные графита найдены в 3,7 млрд-летних метаосадочных пород из Западной Гренландии [9] и микробных матов окаменелости найдены в 3,48 миллиарда-летний песчаника из Западной Австралии . [10] [11] Совсем недавно, в 2015 году, «остатки биотической жизни » были обнаружены в скалах возрастом 4,1 миллиарда лет в Западной Австралии. [12] [13] В 2017 г. предполагаемые окаменелые микроорганизмы (или микрофоссилии), как было объявлено, были обнаружены в осадках гидротермальных жерл в поясе Нуввуагиттук в Квебеке, Канада, возраст которых составляет 4,28 миллиарда лет, что указывает на «почти мгновенное появление жизни» после образования океана в 4,4 миллиарда лет. лет назад , и вскоре после образования Земли 4,54 миллиарда лет назад. [14] [15] [16] [17] По словам биолога Стивена Блэра Хеджеса , «Если жизнь возникла относительно быстро на Земле ... тогда она могла бы стать обычным явлением во Вселенной ». [12]

Объем [ править ]

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 все виды животных и растений 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 (27 467 футов; 5,202 мили) под водой в желобе Пуэрто-Рико . [3]

Есть более экстремальные примеры жизни на планете: стервятник Рюппеля был найден на высоте 11 300 м (37 100 футов; 7,0 миль); 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, включая почву , горячие источники , 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. . [18] [19] [20] Было замечено, что при определенных условиях испытаний микроорганизмы выживают в космическом вакууме . [21] [22] Общее количество почвенного и подповерхностного бактериального углерода оценивается в 5 × 10 17 г, или «вес Соединенного Королевства». [18] Масса прокариотамикроорганизмы, в число которых входят бактерии и археи, но не ядросодержащие микроорганизмы эукариот, могут составлять до 0,8 триллиона тонн углерода (от общей массы биосферы , оцениваемой от 1 до 4 триллионов тонн). [23] Барофильные морские микробы были обнаружены на глубине более 10 000 м (33 000 футов) в Марианской впадине , самом глубоком месте в океанах Земли. [24] 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). [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 (8,500 футов; 1,61 мили) океана у побережья северо-запада США, [26] [ 28], а также на глубине 2400 м (7900 футов; 1,5 мили) под морским дном у берегов Японии. [29] Культурные термофильные микробы были извлечены из кернов, пробуренных на глубину более 5 000 м (16 000 футов) в земной коре в Швеции [30] 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. [ необходима цитата ] 20 августа 2014 года ученые подтвердили существование микроорганизмов, живущих на 800 м (2600 футов; 0,50 мили) ниже льда Антарктиды . [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 разделена на несколько биомов , населенных довольно похожей 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 .

Годовое изменение [ править ]

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 [ править ]

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:

  • Биосфера 2 в Аризоне , США, 3,15 акра (13000 м 2 ).
  • BIOS-1, BIOS-2 и BIOS-3 в Институте биофизики в Красноярске , Сибирь , на территории бывшего Советского Союза . [33]
  • Биосфера J (CEEF, Закрытые экологические экспериментальные объекты), эксперимент в Японии . [34] [35]
  • Альтернатива микроэкологической системы жизнеобеспечения ( MELiSSA ) Автономного университета Барселоны

Внеземные биосферы [ править ]

Биосферы за пределами Земли не обнаружены; поэтому существование внеземных биосфер остается гипотетическим. Гипотеза редких земель предполагает, что они должны быть очень редкими, за исключением тех, которые состоят только из микробной жизни. [36] С другой стороны, земных аналогов может быть довольно много, по крайней мере, в галактике Млечный Путь , учитывая большое количество планет. [37] Три из обнаруженных планет, вращающихся вокруг TRAPPIST-1, возможно, могут содержать биосферы. [38] Учитывая ограниченное понимание абиогенеза , в настоящее время неизвестно, какой процент этих планет фактически развивает биосферы.

Основываясь на наблюдениях команды космического телескопа Кеплера , было подсчитано, что при условии, что вероятность абиогенеза выше, чем 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, в результате терраформирования Марса . [40]

См. Также [ править ]

  • Климатическая система
  • Криосфера
  • Томас Голд
  • Жилая зона
  • Гомеостаз
  • Система жизнеобеспечения
  • Программа "Человек и биосфера"
  • Монреаль Биосфер
  • Ноогенез
  • Ноосфера
  • Редкая биосфера
  • Теневая биосфера
  • Простая модель биосферы
  • Биомантия почвы
  • Дело Вардиана
  • Виноградский столбец

Ссылки [ править ]

  1. ^ Nealson KH & Conrad PG (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. ^ "Просмотрите онлайн-книги, журналы, журналы и газеты по теме или публикации | Интернет-библиотека исследований: Questia" . Энциклопедия Колумбии, шестое издание . Издательство Колумбийского университета. 2004. Архивировано 27 октября 2011 года . Проверено 12 ноября 2010 .
  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. Архивировано 2 ноября 2014 года . Проверено 14 сентября 2008 .
  4. Рианна Циммер, Карл (3 октября 2013 г.). «Кислород Земли: загадка, которую легко принять на веру» . Нью-Йорк Таймс . Архивировано 3 октября 2013 года . Проверено 3 октября 2013 года .
  5. ^ «Значение биосферы» . WebDictionary.co.uk . WebDictionary.co.uk. Архивировано из оригинала на 2011-10-02 . Проверено 12 ноября 2010 .
  6. Suess, E. (1875) Die Entstehung Der Alpen [ Происхождение Альп ]. Вена: В. Браунмюллер.
  7. ^ Мёллер, Детлеф (декабрь 2010). Химия климатической системы . Де Грюйтер. стр.  118 -119. ISBN 978-3-11-022835-9.
  8. ^ Bebarta, Кайлаш Чандра (2011). Словарь по лесному хозяйству и дикой природе . Нью-Дели: Издательство 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 : 2014NatGe ... 7 ... 25оС . DOI : 10.1038 / ngeo2025 .
  10. ^ Borenstein, Сет (13 ноября 2013). «Старые ископаемые найдено: Встретить вашу микробной мама» . AP News . Архивировано 29 июня 2015 года . Проверено 15 ноября 2013 года .
  11. ^ Ноффке, Нора; Кристиан, Даниэль; Уэйси, Дэвид; Хазен, Роберт М. (8 ноября 2013 г.). "Осадочные структуры, вызванные микробами, регистрирующие древнюю экосистему в формации Дрессера возрастом около 3,48 миллиардов лет, Пилбара, Западная Австралия" . Астробиология . 13 (12): 1103–24. Bibcode : 2013AsBio..13.1103N . DOI : 10.1089 / ast.2013.1030 . PMC 3870916 . PMID 24205812 .  
  12. ^ a b Боренштейн, Сет (19 октября 2015 г.). «Намеки на жизнь на том, что считалось пустынной на ранней Земле» . Волнуйтесь . Йонкерс, штат Нью-Йорк: Интерактивная сеть Mindspark . Ассошиэйтед Пресс . Архивировано из оригинала на 1 октября 2018 года . Проверено 8 октября 2018 года .
  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. США . 112 (47): 14518–21. Bibcode : 2015PNAS..11214518B . DOI : 10.1073 / pnas.1517557112 . ISSN 1091-6490 . PMC 4664351 . PMID 26483481 . Архивировано 6 ноября 2015 года (PDF) . Проверено 20 октября 2015 .     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 : 2017Natur.543 ... 60D . DOI : 10,1038 / природа21377 . PMID 28252057 . S2CID 2420384 . Архивировано (PDF) из оригинала 23 июля 2018 года . Проверено 19 февраля 2019 .   
  15. Рианна Циммер, Карл (1 марта 2017 г.). «Ученые говорят, что окаменелости канадских бактерий могут быть самыми древними на Земле» . Нью-Йорк Таймс . Архивировано 2 марта 2017 года . Дата обращения 2 марта 2017 .
  16. ^ Гош, Pallab (1 марта 2017). «Найдены самые ранние свидетельства существования жизни на Земле» . BBC News . Архивировано 2 марта 2017 года . Дата обращения 2 марта 2017 .
  17. ^ Данэм, Уилл (1 марта 2017 г.). «Канадские окаменелости, похожие на бактерии, называют древнейшими свидетельствами жизни» . Рейтер . Архивировано 2 марта 2017 года . Проверено 1 марта 2017 года .
  18. ^ a b 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 . Архивировано 10 ноября 2014 года . Проверено 10 ноября 2014 года .
  19. ^ Hadhazy, Адам (12 января 2015). «Жизнь может процветать в дюжине миль под поверхностью Земли» . Журнал астробиологии . Архивировано 12 марта 2017 года . Проверено 11 марта 2017 года .
  20. Fox-Skelly, Jasmin (24 ноября 2015 г.). «Странные твари, обитающие в глубоком подземелье Solid Rock» . BBC онлайн . Архивировано 25 ноября 2016 года . Проверено 11 марта 2017 года .
  21. ^ Чжан, К. Доза; A. Bieger-Dose; Р. Диллманн; М. Гилл; О. Керц (1995). А. Кляйн, Х. Мейнерт, Т. Наврот, С. Риси, К. Страйд. «ЭРА-эксперимент« Космическая биохимия » ». Успехи в космических исследованиях . 16 (8): 119–129. Bibcode : 1995AdSpR..16..119D . DOI : 10.1016 / 0273-1177 (95) 00280-R . 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 . DOI : 10.1016 / 0273-1177 (95) 00279-N . PMID 11542695 . 
  23. ^ Персонал (2014). «Биосфера» . Институт глобальных изменений Аспена . Архивировано 10 ноября 2014 года . Проверено 10 ноября 2014 года .
  24. ^ Такамия; и другие. (1997). «Микробная флора глубочайших морских илов Марианской впадины» . Письма о микробиологии FEMS . 152 (2): 279–285. DOI : 10.1111 / j.1574-6968.1997.tb10440.x . PMID 9231422 . 
  25. ^ "National Geographic, 2005" . Архивировано 22 августа 2012 года . Проверено 18 декабря 2012 .
  26. ↑ a b c Чой, Чарльз К. (17 марта 2013 г.). «Микробы процветают в самом глубоком месте на Земле» . LiveScience . Архивировано 2 апреля 2013 года . Проверено 17 марта 2013 года .
  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 : 2013NatGe ... 6..284G . DOI : 10.1038 / ngeo1773 .
  28. ^ Оськин, Бекки (14 марта 2013). «Intraterrestrials: Жизнь процветает на дне океана» . LiveScience . Архивировано 2 апреля 2013 года . Проверено 17 марта 2013 года .
  29. ^ Morelle, Ребекка (15 декабря 2014). «Микробы , обнаруженные глубокой морской буровой проанализирован» . BBC News . Архивировано 16 декабря 2014 года . Проверено 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 . DOI : 10.1073 / pnas.91.5.1810 . PMC 43253 . PMID 11607462 .  
  31. Фокс, Дуглас (20 августа 2014 г.). «Озера подо льдом: тайный сад Антарктиды» . Природа . 512 (7514): 244–246. Bibcode : 2014Natur.512..244F . DOI : 10.1038 / 512244a . PMID 25143097 . 
  32. Мак, Эрик (20 августа 2014 г.). "Жизнь подтверждена под антарктическими льдами; что дальше - космос?" . Forbes . Архивировано 22 августа 2014 года . Проверено 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. DOI : 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 серии B . 64 (617): 107–114. DOI : 10.1299 / kikaib.64.107 . Архивировано 18 марта 2012 года . Проверено 14 ноября 2009 .
  35. ^ "Институт наук об окружающей среде" . Ies.or.jp. Архивировано 8 ноября 2011 года . Проверено 8 ноября 2011 .
  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. Перейти ↑ Choi, Charles Q. (21 марта 2011 г.). «Новая оценка инопланетных земель: 2 миллиарда в нашей Галактике» . Space.com . Архивировано 24 августа 2017 года . Проверено 25 сентября 2017 года .
  38. Риз, сэр Мартин (22 февраля 2017 г.). «Эти новые миры - только начало. Есть еще много жизнеобеспечивающих планет, ожидающих своего открытия» . Телеграф . Архивировано 25 сентября 2017 года . Проверено 25 сентября 2017 года .
  39. Амри Вандел, Об изобилии внеземной жизни после миссии Кеплера. Архивировано 17 августа 2018 г. 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 (Rev., обновленное издание). Саймон и Шустер. ISBN 978-1451608113.

Дальнейшее чтение [ править ]

  • Биосфера ( Научная американская книга), Сан-Франциско, WH Freeman and Co., 1970, ISBN 0-7167-0945-7 . Эта книга, изначально вышедшая в журнале Scientific American за декабрь 1970 г. , охватывает практически все основные проблемы и концепции, касающиеся материалов и энергетических ресурсов (включая солнечную энергию ), демографических тенденций и деградации окружающей среды (включая глобальное потепление ) после дебатов . 

Внешние ссылки [ править ]

  • Статья о биосфере в Энциклопедии Земли
  • GLOBIO.info , текущая программа по отображению прошлого, настоящего и будущего воздействия человеческой деятельности на биосферу
  • Пол Крутцен Интервью , бесплатное видео нобелевского лауреата Пола Крутцена за его работу по разложению озона, беседующего с Нобелевским лауреатом Гарри Крото от Vega Science Trust.
  • Атлас биосферы