Biosphäre - Biosphere

Ein Falschfarben- Komposit der globalen ozeanischen und terrestrischen photoautotrophen Häufigkeit, von September 2001 bis August 2017. Zur Verfügung gestellt vom SeaWiFS- Projekt, NASA / Goddard Space Flight Center und ORBIMAGE .

Die Biosphäre (von griech. βίος bíos „Leben“ und σφαῖρα sphaira „Kugel“), auch Ökosphäre genannt (von griech. οἶκος oîkos „Umwelt“ und σφαῖρα), ist die weltweite Summe aller Ökosysteme . Es kann auch die Zone bezeichnet wird Leben auf der Erde . Die Biosphäre ist in Bezug auf Materie praktisch ein geschlossenes System mit minimalen Inputs und Outputs. In Bezug auf Energie ist es ein offenes System, bei dem die Photosynthese Sonnenenergie mit einer Rate von rund 130 Terawatt pro Jahr einfängt . Es ist jedoch ein sich selbst regulierendes System nahe dem energetischen Gleichgewicht. Nach der allgemeinsten biophysiologischen Definition ist die Biosphäre das globale ökologische System, das alle Lebewesen und ihre Beziehungen, einschließlich ihrer Interaktion mit den Elementen der Lithosphäre , Kryosphäre , Hydrosphäre und Atmosphäre, integriert . Es wird postuliert, dass sich die Biosphäre entwickelt hat , beginnend mit einem Prozess der Biopoiese (natürliches Leben aus unbelebter Materie wie einfachen organischen Verbindungen) oder Biogenese (Leben aus lebender Materie) vor mindestens 3,5 Milliarden Jahren.

Im Allgemeinen sind Biosphären alle geschlossenen, sich selbst regulierenden Systeme, die Ökosysteme enthalten. Dazu gehören künstliche Biosphären wie Biosphere 2 und BIOS-3 und möglicherweise solche auf anderen Planeten oder Monden.

Herkunft und Verwendung des Begriffs

Eine Strandszene auf der Erde, die gleichzeitig Lithosphäre (Boden), Hydrosphäre (Ozean) und Atmosphäre (Luft) zeigt

Der Begriff "Biosphäre" wurde 1875 von dem Geologen Eduard Suess geprägt und definierte ihn als den Ort auf der Erdoberfläche, an dem das Leben wohnt.

Obwohl das Konzept einen geologischen Ursprung hat, ist es ein Hinweis auf die Wirkung von Charles Darwin und Matthew F. Maury auf die Geowissenschaften . Der ökologische Kontext der Biosphäre stammt aus den 1920er Jahren (siehe Vladimir I. Vernadsky ), vor der Einführung des Begriffs „ Ökosystem “ 1935 durch Sir Arthur Tansley (siehe Ökologiegeschichte ). Vernadsky definierte Ökologie als die Wissenschaft der Biosphäre. Es ist ein interdisziplinäres Konzept zur Integration von Astronomie , Geophysik , Meteorologie , Biogeographie , Evolution , Geologie , Geochemie , Hydrologie und allgemein allen Lebens- und Geowissenschaften.

Enge Definition

Geochemiker definieren die Biosphäre als die Gesamtsumme der lebenden Organismen (die „ Biomasse “ oder „ Biota “, wie sie von Biologen und Ökologen bezeichnet wird). In diesem Sinne ist die Biosphäre nur eine von vier separaten Komponenten des geochemischen Modells, die anderen drei sind Geosphäre , Hydrosphäre und Atmosphäre . Wenn diese vier Komponentenkugeln zu einem System kombiniert werden, wird es als Ökosphäre bezeichnet . Dieser Begriff wurde in den 1960er Jahren geprägt und umfasst sowohl biologische als auch physikalische Komponenten des Planeten.

Die Zweite Internationale Konferenz über geschlossene Lebenssysteme definierte Biosphäre als die Wissenschaft und Technologie von Analoga und Modellen der Biosphäre der Erde ; dh künstliche erdähnliche Biosphären. Andere können die Schaffung künstlicher nicht-erdiger Biosphären – zum Beispiel menschenzentrierte Biosphären oder eine native Mars- Biosphäre – als Teil des Themas Biosphäre umfassen.

Biosphäre der Erde

Alter

Stromatolith-Fossil auf 3,2–3,6 Milliarden Jahre geschätzt

Der früheste Beweis für Leben auf der Erde enthält biogenen Graphit in 3,7 Milliarden Jahre alten gefunden Metasedimente aus westlichem Grönland und mikrobiellen Matte Fossilien in 3480000000 Jahre alt gefunden Sandstein aus Western Australia . In jüngerer Zeit, im Jahr 2015, wurden in Westaustralien in 4,1 Milliarden Jahre alten Gesteinen „Überreste biotischen Lebens “ gefunden. Im Jahr 2017 wurden vermeintliche versteinerte Mikroorganismen (oder Mikrofossilien ) in hydrothermalen Schlotniederschlägen im Nuvvuagittuq-Gürtel von Quebec, Kanada, entdeckt, die bis zu 4,28 Milliarden Jahre alt waren, die älteste Aufzeichnung von Leben auf der Erde, was auf "eine fast augenblickliche" Entstehung des Lebens" nach der Ozeanbildung vor 4,4 Milliarden Jahren und nicht lange nach der Entstehung der Erde vor 4,54 Milliarden Jahren. Laut dem Biologen Stephen Blair Hedges "Wenn Leben relativ schnell auf der Erde entstehen würde ... dann könnte es im Universum üblich sein ."

Ausmaß

Rüppells Geier
Xenophyophor , ein barophiler Organismus, aus dem Galapagos-Rift .

In jedem Teil des Planeten, von den polaren Eiskappen bis zum Äquator , gibt es irgendeine Art von Leben. Jüngste Fortschritte in der Mikrobiologie haben gezeigt, dass Mikroben tief unter der Erdoberfläche leben und dass die Gesamtmasse des mikrobiellen Lebens in sogenannten "unbewohnbaren Zonen" in Biomasse das gesamte Tier- und Pflanzenleben auf der Erdoberfläche übersteigen kann. Die tatsächliche Dicke der Biosphäre auf der Erde ist schwer zu messen. Vögel fliegen normalerweise in Höhen von bis zu 1.800 m (5.900 ft; 1.1 mi) und Fische leben bis zu 8.372 m (27.467 ft; 5.202 mi) unter Wasser im Puerto Rico Graben .

Es gibt extremere Beispiele für das Leben auf dem Planeten: Rüppell-Geier wurde in Höhen von 11.300 m (37.100 ft; 7.0 mi) gefunden; Stabgänse wandern in Höhen von mindestens 8.300 m (27.200 ft; 5,2 mi); Yaks leben in Höhen von bis zu 5.400 m über dem Meeresspiegel; Bergziegen leben bis zu 3.050 m (10.010 ft; 1.90 mi). Pflanzenfressende Tiere in diesen Höhen sind auf Flechten, Gräser und Kräuter angewiesen.

Lebensformen leben in jedem Teil der Biosphäre der Erde, einschließlich Erde , heißen Quellen , in Gesteinen, die mindestens 19 km tief unter der Erde liegen, in den tiefsten Teilen des Ozeans und mindestens 64 km hoch in der Atmosphäre . Es wurde beobachtet, dass Mikroorganismen unter bestimmten Testbedingungen das Vakuum des Weltraums überleben . Die Gesamtmenge an Boden und unter der Oberfläche Bakterien Kohlenstoff als 5 x 10 geschätzt 17 g, oder das „Gewicht des Vereinigten Königreiches“. Die Masse von Prokaryonten Mikroorganismen-Bakterien und Archaea , die, aber nicht den nukleierten umfassen eukaryote Mikroorganismen -kann so viel wie 0800 Milliarden Tonnen Kohlenstoff (die Gesamt Biosphäre seine Masse zwischen 1 und 4 Billionen Tonnen geschätzt). Barophile Meeresmikroben wurden in mehr als 10.000 m Tiefe im Marianengraben , dem tiefsten Punkt in den Ozeanen der Erde, gefunden. Tatsächlich wurden einzellige Lebensformen im tiefsten Teil des Marianengrabens am Challenger Deep in einer Tiefe von 11.034 m (36.201 ft; 6.856 mi) gefunden. Andere Forscher berichteten von verwandten Studien, dass Mikroorganismen in Gesteinen bis zu 580 m (1.900 Fuß; 0,36 Meilen) unter dem Meeresboden unter 2.590 m (8.500 Fuß; 1.61 Meilen) Ozean vor der Küste des Nordwestens der Vereinigten Staaten sowie 2.400 . gedeihen m (7.900 ft; 1,5 Meilen) unter dem Meeresboden vor Japan. Kultivierbare thermophile Mikroben wurden aus Bohrkernen gewonnen, die mehr als 5.000 m (16.000 ft; 3,1 mi) in die Erdkruste in Schweden gebohrt wurden , aus Gesteinen mit einer Temperatur zwischen 65 und 75 °C (149-167 °F). Die Temperatur steigt mit zunehmender Tiefe in die Erdkruste . Die Geschwindigkeit, mit der die Temperatur ansteigt, hängt von vielen Faktoren ab, einschließlich der Art der Kruste (kontinental vs. ozeanisch), der Gesteinsart, der geografischen Lage usw. Die größte bekannte Temperatur, bei der mikrobielles Leben existieren kann, beträgt 122 °C (252 °F). ( Methanopyrus kandleri Stamm 116), und es ist wahrscheinlich, dass die Grenze des Lebens in der „ tiefen Biosphäre “ eher durch die Temperatur als durch die absolute Tiefe definiert wird. Am 20. August 2014 bestätigten Wissenschaftler die Existenz von Mikroorganismen, die 800 m unter dem Eis der Antarktis leben . „Mikroben findet man überall – sie sind extrem anpassungsfähig und überleben, wo immer sie sind“, sagt ein Forscher.

Unsere Biosphäre ist in eine Reihe von Biomen unterteilt , die von einer ziemlich ähnlichen Flora und Fauna bewohnt werden . An Land werden Biome hauptsächlich nach Breitengraden getrennt . Terrestrische Biome, die innerhalb des Polar- und Antarktischen Kreises liegen, sind relativ karg von Pflanzen- und Tierleben , während die meisten der bevölkerungsreicheren Biome in der Nähe des Äquators liegen .

Jährliche Variation

An Land erscheint die Vegetation auf einer Skala von braun (geringe Vegetation) bis dunkelgrün (starke Vegetation);  An der Meeresoberfläche wird Phytoplankton auf einer Skala von lila (niedrig) bis gelb (hoch) angezeigt.  Diese Visualisierung wurde mit Daten von Satelliten wie SeaWiFS und Instrumenten wie der NASA/NOAA Visible Infrared Imaging Radiometer Suite und dem Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer erstellt.

Künstliche Biosphären

Biosphäre 2
Biosphäre 2 in Arizona.

Experimentelle Biosphären, auch geschlossene ökologische Systeme genannt , wurden geschaffen, um Ökosysteme und das Potenzial zur Unterstützung des Lebens außerhalb der Erde zu untersuchen. Dazu gehören Raumfahrzeuge und die folgenden terrestrischen Labors:

Außerirdische Biosphären

Außerhalb der Erde wurden keine Biosphären entdeckt; Daher bleibt die Existenz außerirdischer Biosphären hypothetisch. Die Hypothese der Seltenen Erden legt nahe, dass sie sehr selten sein sollten, außer denen, die nur aus mikrobiellem Leben bestehen. Auf der anderen Seite können Erdanaloga angesichts der großen Anzahl von Planeten zumindest in der Milchstraße recht zahlreich sein . Drei der entdeckten Planeten, die TRAPPIST-1 umkreisen, könnten möglicherweise Biosphären enthalten. Angesichts des begrenzten Verständnisses der Abiogenese ist derzeit nicht bekannt, wie viel Prozent dieser Planeten tatsächlich Biosphären entwickeln.

Basierend auf Beobachtungen des Kepler-Weltraumteleskop- Teams wurde berechnet, dass die nächste außerirdische Biosphäre innerhalb von 100 Lichtjahren von der Erde entfernt sein sollte, sofern die Wahrscheinlichkeit einer Abiogenese höher als 1 bis 1000 ist.

Möglich ist auch, dass in Zukunft künstliche Biosphären entstehen, etwa beim Terraforming des Mars .

Siehe auch

Verweise

Weiterlesen

Externe Links