Biyosfer

Eylül 2001'den Ağustos 2017'ye kadar küresel okyanus ve karasal fotoototrof bolluğunun sahte renkli bir bileşimi. SeaWiFS tarafından sağlanmıştır Projesi, NASA/Goddard Uzay Uçuş Merkezi ve ORBIMAGE. ⓘ

Ekosfer (Yunanca βίος bíos "yaşam" ve σφαῖρα sphaira "küre") olarak da bilinen biyosfer (Yunanca οἶκος oîkos "çevre" ve σφαῖρα), tüm ekosistemlerin dünya çapındaki toplamıdır. Dünya üzerindeki yaşam alanı olarak da adlandırılabilir. Biyosfer madde açısından neredeyse kapalı bir sistemdir, minimum girdi ve çıktıları vardır. Enerji açısından ise açık bir sistemdir ve fotosentez ile yılda yaklaşık 130 Terawatt oranında güneş enerjisi toplar. Bununla birlikte, enerjik dengeye yakın, kendi kendini düzenleyen bir sistemdir. En genel biyofizyolojik tanımıyla biyosfer, litosfer, kriyosfer, hidrosfer ve atmosfer unsurlarıyla etkileşimleri de dahil olmak üzere tüm canlı varlıkları ve bunların ilişkilerini bütünleştiren küresel ekolojik sistemdir. Biyosferin en az 3,5 milyar yıl önce biyopoez (basit organik bileşikler gibi cansız maddelerden doğal olarak yaratılan yaşam) veya biyogenez (canlı maddelerden yaratılan yaşam) süreci ile başlayarak evrimleştiği varsayılmaktadır. ⓘ

Genel anlamda biyosferler, ekosistemler içeren herhangi bir kapalı, kendi kendini düzenleyen sistemlerdir. Buna Biyosfer 2 ve BIOS-3 gibi yapay biyosferler ve potansiyel olarak diğer gezegenlerde veya uydularda bulunanlar da dahildir. ⓘ

Küresel biyosfer: plankton ve bitki örtüsünü göstermektedir.

Biyosfer, Dünya'da canlıların yaşadığı 16-20 km kalınlığındaki tabaka. "Canlı yüzey" de denir. ⓘ

Bu ad ilk kez Fransız bilgini Lamarck tarafından ortaya atıldı ve 20. yüzyılın başında bilim dünyasınca benimsendi. Biyosferin atmosfer içindeki yüksekliği 10000 m'ye ulaşır. Bu yükseklikten öte bakteri ve mantar sporlarına rastlanmamıştır. Yerde yaşayan kara hayvanları için biyosfer 6500–6800 m, yeşil bitkiler için 6200 m yüksekliğe kadar çıkabilir. Denizin altında 5000 m derinlikte canlıların yaşadığı saptandığından bu da biyosferin alt sınırını oluşturur. ⓘ

Biyosfer 1, Biyosfer 2, Biyosfer3

Biyosfer kelimesinin bir sayı ile anılması genellikle aşağıdaki anlamlara denk gelmektedir:

1. Biyosfer 1 - Dünya.
2. Biyosfer 2 - Arizona'da bir laboratuvar; 13,000 m²'den oluşan kapalı bir ekosistem.
3. Biyosfer 3 (BIOS-3 olarak da bilinir) - 1967-68'de Ruslar tarafından yapılan deneyler [1]5 Mayıs 2006 tarihinde Wayback Machine sitesinde arşivlendi. [2] [3].
4. Biosphere J - Japonya'da yapılan fazla bahsi geçmeyen bir deney

Terimin kökeni ve kullanımı

Dünya üzerinde litosfer (yer), hidrosfer (okyanus) ve atmosferi (hava) aynı anda gösteren bir sahil sahnesi ⓘ

"Biyosfer" terimi 1875 yılında jeolog Eduard Suess tarafından ortaya atılmış ve Suess bu terimi Dünya yüzeyinde yaşamın bulunduğu yer olarak tanımlamıştır. ⓘ

Kavram jeolojik bir kökene sahip olmakla birlikte, hem Charles Darwin'in hem de Matthew F. Maury'nin yer bilimleri üzerindeki etkisinin bir göstergesidir. Biyosferin ekolojik bağlamı 1920'lerden (bkz. Vladimir I. Vernadsky), 1935'te Sir Arthur Tansley tarafından "ekosistem" teriminin kullanılmasından (bkz. ekoloji tarihi) önce gelmektedir. Vernadsky ekolojiyi biyosfer bilimi olarak tanımlamıştır. Astronomi, jeofizik, meteoroloji, biyocoğrafya, evrim, jeoloji, jeokimya, hidroloji ve genel anlamda tüm yaşam ve yeryüzü bilimlerini bütünleştiren disiplinler arası bir kavramdır. ⓘ

Dar tanım

Jeokimyacılar biyosferi canlı organizmaların toplamı (biyologlar ve ekolojistler tarafından "biyokütle" veya "biyota" olarak adlandırılır) olarak tanımlar. Bu anlamda biyosfer, jeokimyasal modelin dört ayrı bileşeninden yalnızca biridir; diğer üçü jeosfer, hidrosfer ve atmosferdir. Bu dört bileşen küre tek bir sistemde birleştirildiğinde, Ekosfer olarak bilinir. Bu terim 1960'larda ortaya atılmıştır ve gezegenin hem biyolojik hem de fiziksel bileşenlerini kapsamaktadır. ⓘ

İkinci Uluslararası Kapalı Yaşam Sistemleri Konferansı biyosferi, Dünya'nın biyosferinin analogları ve modellerinin bilimi ve teknolojisi olarak tanımlamıştır; yani, yapay Dünya benzeri biyosferler. Diğerleri, biyosferik konusunun bir parçası olarak Dünya dışı yapay biyosferlerin (örneğin, insan merkezli biyosferler veya doğal bir Mars biyosferi) yaratılmasını içerebilir. ⓘ

Dünya'nın biyosferi

Yaş

Stromatolit fosilinin 3,2-3,6 milyar yaşında olduğu tahmin ediliyor ⓘ

Dünya üzerindeki yaşama dair en eski kanıtlar arasında Batı Grönland'daki 3,7 milyar yıllık metasedimenter kayalarda bulunan biyojenik grafit ve Batı Avustralya'daki 3,48 milyar yıllık kumtaşında bulunan mikrobiyal mat fosilleri yer almaktadır. Daha yakın bir tarihte, 2015 yılında, Batı Avustralya'daki 4,1 milyar yıllık kayalarda "biyotik yaşam kalıntıları" bulunmuştur. 2017 yılında, Kanada'nın Quebec eyaletindeki Nuvvuagittuq Kuşağı'ndaki hidrotermal menfez çökeltilerinde 4,28 milyar yıl kadar eski, yani yeryüzündeki yaşamın en eski kaydı olan ve 4,4 milyar yıl önce okyanus oluşumundan sonra ve 4,54 milyar yıl önce Dünya'nın oluşumundan kısa bir süre sonra "yaşamın neredeyse anlık olarak ortaya çıktığını" düşündüren varsayılan fosilleşmiş mikroorganizmaların (veya mikrofosillerin) keşfedildiği açıklandı. Biyolog Stephen Blair Hedges'e göre, "Eğer yaşam Dünya'da nispeten hızlı bir şekilde ortaya çıktıysa... o zaman evrende yaygın olabilir." ⓘ

Kapsam

Rüppell akbabası ⓘ

Galapagos Yarığı'ndan barofilik bir organizma olan Xenophyophore. ⓘ

Kutuplardaki buzullardan ekvatora kadar gezegenin her yerinde bir tür yaşam bulunmaktadır. Mikrobiyolojideki son gelişmeler, mikropların Dünya'nın karasal yüzeyinin derinliklerinde yaşadığını ve "yaşanmaz bölgeler" olarak adlandırılan bölgelerdeki toplam mikrobiyal yaşam kütlesinin, biyokütle olarak, yüzeydeki tüm hayvan ve bitki yaşamını aşabileceğini göstermiştir. Dünya üzerindeki biyosferin gerçek kalınlığını ölçmek zordur. Kuşlar tipik olarak 1.800 m (5.900 ft; 1,1 mil) yüksekliğe kadar uçmakta ve balıklar Porto Riko Çukuru'nda su altında 8.372 m (27.467 ft; 5,202 mil) kadar yaşamaktadır. ⓘ

Gezegendeki yaşam için daha uç örnekler de vardır: Rüppell akbabası 11.300 m (37.100 ft; 7,0 mil) yükseklikte bulunmuştur; çubuk başlı kazlar en az 8.300 m (27.200 ft; 5,2 mil) yükseklikte göç eder; yaklar deniz seviyesinden 5.400 m (17.700 ft; 3,4 mil) yüksekliğe kadar yaşar; dağ keçileri 3.050 m'ye (10.010 ft; 1,90 mil) kadar yaşar. Bu yüksekliklerde otçul hayvanlar likenlere, otlara ve bitkilere bağımlıdır. ⓘ

Yaşam formları toprak, sıcak su kaynakları, yeraltında en az 19 km (12 mil) derinlikteki kayaların içi, okyanusun en derin kısımları ve atmosferde en az 64 km (40 mil) yükseklik dahil olmak üzere Dünya'nın biyosferinin her yerinde yaşamaktadır. Mikroorganizmaların, belirli test koşulları altında, uzay boşluğunda hayatta kaldıkları gözlemlenmiştir. Toplam toprak ve yeraltı bakteriyel karbon miktarının 5 × 10¹⁷ g veya "Birleşik Krallık'ın ağırlığı" kadar olduğu tahmin edilmektedir. Prokaryot mikroorganizmaların kütlesi - bakteri ve arkeleri içerir, ancak çekirdekli ökaryot mikroorganizmaları içermez - 0,8 trilyon ton karbon kadar olabilir (toplam biyosfer kütlesinin 1 ila 4 trilyon ton arasında olduğu tahmin edilmektedir). Barofilik deniz mikropları, Dünya okyanuslarının en derin noktası olan Mariana Çukuru'nda 10.000 m'den (33.000 ft; 6,2 mil) daha fazla derinlikte bulunmuştur. Aslında, tek hücreli yaşam formları Mariana Çukuru'nun en derin kısmında, Challenger Deep tarafından 11.034 m (36.201 ft; 6.856 mil) derinlikte bulunmuştur. Diğer araştırmacılar, mikroorganizmaların Amerika Birleşik Devletleri'nin kuzeybatı kıyılarında okyanusun 2.590 m (8.500 ft; 1,61 mil) altında deniz tabanının 580 m (1.900 ft; 0,36 mil) altına kadar kayaların içinde ve Japonya açıklarında deniz tabanının 2.400 m (7.900 ft; 1,5 mil) altında geliştiğine dair ilgili çalışmalar bildirmiştir. İsveç'te yerkabuğunun 5.000 m'den (16.000 ft; 3,1 mil) daha derinlerinde açılan karotlardan 65-75 °C (149-167 °F) arasındaki kayalardan kültürlenebilir termofilik mikroplar çıkarılmıştır. Yerkabuğunun derinliği arttıkça sıcaklık da artar. Sıcaklığın artış hızı, kabuk türü (kıtasal ve okyanusal), kaya türü, coğrafi konum vb. dahil olmak üzere birçok faktöre bağlıdır. Mikrobiyal yaşamın var olabileceği bilinen en yüksek sıcaklık 122 °C'dir (252 °F) (Methanopyrus kandleri Strain 116) ve "derin biyosferdeki" yaşam sınırının mutlak derinlikten ziyade sıcaklıkla tanımlanması muhtemeldir. 20 Ağustos 2014 tarihinde bilim insanları Antarktika'da buzun 800 m (2,600 ft; 0.50 mil) altında yaşayan mikroorganizmaların varlığını doğruladı. Bir araştırmacıya göre, "Mikropları her yerde bulabilirsiniz - koşullara son derece uyumludurlar ve nerede olurlarsa olsunlar hayatta kalırlar." ⓘ

Biyosferimiz, oldukça benzer flora ve faunanın yaşadığı bir dizi biyoma ayrılmıştır. Karada, biyomlar öncelikle enleme göre ayrılır. Kuzey Kutbu ve Antarktika Çemberleri içinde kalan karasal biyomlar bitki ve hayvan yaşamı açısından nispeten kısırken, daha kalabalık biyomların çoğu ekvatorun yakınında yer alır. ⓘ

Yıllık değişim

Yapay biyosferler

Arizona'daki Biyosfer 2. ⓘ

Kapalı ekolojik sistemler olarak da adlandırılan deneysel biyosferler, ekosistemleri ve Dünya dışındaki yaşamı destekleme potansiyelini incelemek için oluşturulmuştur. Bunlar arasında uzay araçları ve aşağıdaki karasal laboratuvarlar bulunmaktadır:

• Arizona, Amerika Birleşik Devletleri'ndeki Biyosfer 2, 3,15 dönüm (13.000 m²).
• Krasnoyarsk, Sibirya'da, o zamanlar Sovyetler Birliği'nde bulunan Biyofizik Enstitüsü'ndeki BIOS-1, BIOS-2 ve BIOS-3.
• Biyosfer J (CEEF, Kapalı Ekoloji Deney Tesisleri), Japonya'da bir deney.
• Universitat Autònoma de Barcelona'da Mikro-Ekolojik Yaşam Destek Sistemi Alternatifi (MELiSSA) ⓘ

Dünya dışı biyosferler

Dünyanın ötesinde hiçbir biyosfer tespit edilmemiştir; bu nedenle dünya dışı biyosferlerin varlığı varsayımsal olarak kalmaktadır. Nadir Dünya hipotezi, sadece mikrobik yaşamdan oluşanlar hariç, çok nadir olmaları gerektiğini öne sürmektedir. Öte yandan, Dünya benzerleri, en azından Samanyolu galaksisinde, çok sayıda gezegen göz önüne alındığında, oldukça fazla sayıda olabilir. TRAPPIST-1'in yörüngesinde keşfedilen gezegenlerden üçü muhtemelen biyosfer içerebilir. Abiyogenez konusundaki sınırlı anlayış göz önüne alındığında, bu gezegenlerin yüzde kaçının gerçekten biyosfer geliştirdiği şu anda bilinmemektedir. ⓘ

Kepler Uzay Teleskobu ekibi tarafından yapılan gözlemlere dayanarak, abiyogenez olasılığının 1'e 1000'den yüksek olması durumunda, en yakın yabancı biyosferin Dünya'dan 100 ışık yılı uzaklıkta olması gerektiği hesaplanmıştır. ⓘ

Gelecekte, örneğin Mars'ın dünyalaştırılmasıyla yapay biyosferlerin yaratılması da mümkündür. ⓘ