Кіріспе
Жердегі барлық экожүйелердің жалпы жиынтығы – барлық экожүйелердің жиынтығы. Биосфера (грекше βίος bíos "өмір" және σφαῖρα sphaira "сфера"), сонымен қатар экосфера (грекше οἶκος oîkos "орта" және σφαῖρα) деп аталады, – бұл барлық экожүйелердің жаһандық жиынтығы. Оны Жердегі тіршілік аймағы деп те атайды. Биосфера (техникалық тұрғыдан шар тәрізді қабық) – заттарға қатысты дерлік жабық жүйе, кіріс және шығыс минималды. Энергияға қатысты ол ашық жүйе болып табылады, фотосинтез арқылы күн энергиясы шамамен 100 тераваттық қуатпен сіңіріледі. Ең жалпы биофизиологиялық анықтама бойынша, биосфера – бұл барлық тірі организмдер мен олардың байланыстарын, соның ішінде литосфера, криосфера, гидросфера және атмосфера элементтерімен өзара әрекеттесуін біріктіретін жаһандық экологиялық жүйе. Биосфераның пайда болуы кем дегенде 3,5 миллиард жыл бұрын биопоэз (тірі емес заттардан, мысалы қарапайым органикалық қосылыстардан өмірдің пайда болуы) немесе биогенез (тірі заттардан өмірдің пайда болуы) процесінен басталып дамыған деп есептеледі. Жалпы алғанда, биосфералар – экожүйелерді қамтитын, өзін-өзі реттейтін жабық жүйелер. Бұған Biosphere 2 және BIOS 3 сияқты жасанды биосфералар, сондай-ақ басқа планеталар мен айлардағы биосфералар да жатуы мүмкін.
the sum of all ecosystems
The biosphere (from Greek βίος bíos "life" and σφαῖρα sphaira "sphere"), also known as the ecosphere (from Greek οἶκος oîkos "environment" and σφαῖρα), is the worldwide sum of all ecosystems. It can also be termed the zone of life on Earth. The biosphere (which is technically a spherical shell) is virtually a closed system with regard to matter, with minimal inputs and outputs. Regarding energy, it is an open system, with photosynthesis capturing solar energy at a rate of around 100 terawatts. By the most general biophysiological definition, the biosphere is the global ecological system integrating all living beings and their relationships, including their interaction with the elements of the lithosphere, cryosphere, hydrosphere, and atmosphere. The biosphere is postulated to have evolved, beginning with a process of biopoiesis (life created naturally from non living matter, such as simple organic compounds) or biogenesis (life created from living matter), at least some 3.5 billion years ago. In a general sense, biospheres are any closed, self regulating systems containing ecosystems. This includes artificial biospheres such as Biosphere 2 and BIOS 3, and potentially ones on other planets or moons.
Терминнің пайда болуы және қолданылуы
"Биосфера" термині 1875 жылы геолог Эдуард Сьюсс енгізді, ол оны Жер бетінде тіршілік мекендейтін орын деп анықтады. Бұл ұғым геологиялық түбірге ие болғанымен, Чарльз Дарвин мен Мэтью Ф. Моридің Жер ғылымдарына тигізген әсерін көрсетеді. Биосфераның экологиялық контексі 1920 жылдарға дейін жетеді (Владимир И. Вернадскийді қараңыз), ал 1935 жылы сэр Артур Тансли "экожүйе" терминін енгізді (экология тарихын қараңыз). Вернадский экологияны биосфераны зерттейтін ғылым деп анықтады. Бұл астрономия, геофизика, метеорология, биогеография, эволюция, геология, геохимия, гидрология және жалпы алғанда, барлық тіршілік және Жер ғылымдарын интеграциялайтын пәраралық концепция.
Тар анықтама
Геохимиктер биосфераны тірі организмдердің барлық жиынтығы ("биомасса" немесе биологтар мен экологтар айтатын "биота") деп анықтайды. Осыған орай, биосфера – геохимиялық модельдің төрт жеке компонентінің бірі ғана, ал қалған үшеуі – геосфера, гидросфера және атмосфера. Осы төрт компоненттік сфералар бір жүйеге біріктірілгенде, ол экосфера деп аталады. Бұл термин 1960 жылдары қолданысқа енді және планетаның биологиялық және физикалық компоненттерін қамтиды. Жабық өмірлік жүйелер жөніндегі екінші халықаралық конференция биосфераны Жердің биосферасының аналогтары мен модельдерін зерттейтін ғылым және технология ретінде анықтады, яғни жасанды Жерге ұқсас биосфералар. Басқалар биосфералық зерттеулерге жасанды, Жерден тыс биосфераларды – мысалы, адамдарға бағытталған биосфераларды немесе Марстағы жергілікті биосфераны құруды да қосуы мүмкін.
Шолу
Қазіргі уақытта Жердегі тірі жасушалардың жалпы саны 1030 деп есептеледі; Жердің пайда болуынан бергі жалпы саны 1040, ал Жер планетасының өмірге жарамды болған барлық кезеңдегі жалпы саны 1041. Бұл, байқалатын ғаламдағы бағаланған 1024 жұлдыздың (және Жерге ұқсас планеталардың) жалпы санынан әлдеқайда артық, бұл сан Жердегі барлық жағажай құмының түйіршіктерінен де көп; бірақ байқалатын ғаламдағы бағаланған 1082 атомның жалпы санынан кем; және инфляциялық ғаламдағы (көрінетін және көрінбейтін) жұлдыздардың бағаланған жалпы саны 10100-ден де кем.
Жасы
Жердегі тіршілікке қатысты ең ерте дәлелдерге Батыс Гренландиядан 3,7 миллиард жыл бұрын табылған метаседиментарлық жыныстардағы биогендік графит және Батыс Австралиядан 3,48 миллиард жыл бұрын табылған құмтастағы микробтық қабатша қазбалары жатады. Жақында, 2015 жылы, Батыс Австралияда 4,1 миллиард жылдық тастардан “биотикалық өмірдің қалдықтары” табылды. 2017 жылы Канаданың Квебек провинциясындағы Нувагиттук белдеуіндегі гидротермальдық шөгінділерде 4,28 миллиард жыл бұрын пайда болған деп есептелетін фоссилді микроорганизмдер (немесе микрофоссилдер) табылды, бұл Жердегі өмірдің ең көне жазбасы болып табылады. Бұл 4,4 миллиард жыл бұрын мұхит пайда болғаннан кейін “өмірдің дерлік бірден пайда болғанын” және Жердің 4,54 миллиард жыл бұрын пайда болғаннан кейін көп ұзамай пайда болғанын көрсетеді. Биолог Стивен Блэр Хеджестің айтуынша, “Егер Жерде өмір салыстырмалы түрде жылдам пайда болса, онда ол ғаламшарда кең таралған болуы мүмкін”. Әлемдік мұхиттың ең терең бөліктерінде теңіз тіршілігінің көптеген түрлері табылды, ал терең теңіздің көп бөлігі әлі зерттелмеген. Микроорганизмдер, белгілі бір сынақ жағдайларында, ғарыш кеңістігінің вакуумында тіршілік ете алады. Топырақ және жер асты бактериялық көміртегінің жалпы мөлшері 5 × 1017 г деп бағаланады. Барофильді теңіз микробы Жер мұхиттарының ең терең нүктесі – Мариан шұңқырында, 1 метрден артық тереңдікте табылды. Шындығында, бір жасушалы тірі организмдер Мариан шұңқырының ең терең бөлігінде, Чалленджер Дипте табылды. Басқа зерттеушілер микроорганизмдердің теңіз түбінен 2 километрден астам тереңдікте, Солтүстік-Батыс АҚШ жағалауындағы мұхит түбінде және Жапония жағалауындағы теңіз түбінен 3 километр тереңдікте тастардың ішінде гөтегеліп тіршілік ететіні туралы хабарлады. Термофильді микроорганизмдер Швециядағы жер қыртысына 5 километрден артық тереңдікке бұрғыланған өзектен алынды, температура Жер қыртысының тереңдігіне қарай артады. Температураның өсу қарқыны көптеген факторларға байланысты, соның ішінде жер қыртысының түрі (континенттік немесе мұхиттық), тау жыныстарының түрі, географиялық орналасуы және т.б. Микробтық тіршілікке мүмкіндік беретін ең жоғары белгілі температура (Methanopyrus kandleri Strain 116) құрайды, және “терең биосферадағы” өмірдің шегі абсолютті тереңдікке емес, температураға байланысты анықталады. 2014 жылдың 20 тамызында ғалымдар Антарктида мұзының астында тіршілік ететін микроорганизмдердің бар екенін растады. Жердің биосферасы бір-біріне ұқсас флора мен фаунаға ие бірнеше биомаларға бөлінеді. Құрлықта биомалар негізінен ендік бойынша бөлінеді. Арктикалық және Антарктикалық аймақтардағы жер бетіндегі биомалар өсімдіктер мен жануарлар әлеміне қатысты салыстырмалы түрде шөлді, ал ең көп халыққа ие биомалар экваторға жақын орналасқан.
Жерден тыс биосфералар
Жерден тыс биосфералар анықталған жоқ, сондықтан ғарыштық биосфералардың болуы әлі де гипотеза болып қана тұр. Сирек Жер гипотезасы олардың өте сирек болуы керек екенін, тек микробтық өмірден тұратындарды қоспағанда, айтады. Дегенмен, Жерге ұқсас планеталар, кем дегенде Көше жолы галактикасында, планеталардың көптігін ескере отырып, көп болуы мүмкін. TRAPPIST 1 планетасының айналысында ашылған үш планетада биосфералар болуы мүмкін. Абиогенезді түсіну шектеулі болғандықтан, қазіргі таңда осы планеталардың қанша пайызы биосфераны дамытатыны белгісіз. Кеплер ғарыш телескопының командасының бақылауларына сүйене отырып, егер абиогенездің ықтималдығы 1:1000-нан жоғары болса, ең жақын ғарыштық биосфера Жерден 100 жарық жылы қашықтықта болуы мүмкін деп есептелді. Сонымен қатар, болашақта жасанды биосфералар жасалуы мүмкін, мысалы, Марстың терраформациясы арқылы.