Sinh quyển

Sinh quyển (từ Hy Lạp βίος bíos "sự sống" và σφαῖρα sphaira "quả cầu"), còn được gọi là tầng sinh thái (từ Hy Lạp οἶκος oîkos "phát triển" và σφαῖρα), là tổng số trên toàn thế giới của tất cả các hệ sinh thái. Nó cũng có thể được gọi là khu vực của sự sống trên Trái Đất, một hệ thống khép kín (ngoài hệ mặt trời, bức xạ vũ trụ và nhiệt từ bên trong Trái Đất) và phần lớn tự điều chỉnh. Nói chung nhất sinh lý học định nghĩa, sinh quyển là hệ thống sinh thái học, hệ thống tích hợp tất cả sinh vật và các mối quan hệ của chúng, bao gồm cả sự tương tác của chúng với các yếu tố của thạch quyển, địa quyển, thủy quyển và khí quyển. Sinh quyển yêu cầu có sự phát triển, bắt đầu bằng một quá trình sinh học (sự sống được tạo ra tự nhiên từ vật chất không sống, như các hợp chất hữu cơ đơn giản) hoặc sinh học (cuộc sống được tạo ra từ vật chất sống), ít nhất là khoảng 3,5 tỷ năm trước.

Hỗn hợp màu chỉ sự phân bổ sinh vật quang hợp của đại dương và đất liền, hình ảnh từ 09/2007 đến 08/2000 do Dự án SeaWiFS, NASA/Goddard Space Flight Center and ORBIMAGE.

Theo một nghĩa chung, sinh quyển là bất kỳ hệ thống khép kín, tự điều chỉnh có chứa hệ sinh thái tuần hoàn. Điều này bao gồm các sinh quyển nhân tạo như Biosphere 2 và BIOS-3 và các tiềm năng trên các hành tinh hoặc mặt trăng khác..

Nguồn gốc và cách sử dụng thuật ngữ

Sơ đồ 5 quyển của Trái Đất

Một cảnh biển trên Trái Đất, đồng thời hiển thị thạch quyển (mặt đất), thủy quyển (đại dương) và khí quyển (không khí)

Thuật ngữ "sinh quyển" được đặt ra bởi nhà địa chất Eduard Suess vào năm 1875, mà anh định nghĩa là nơi trên bề mặt Trái Đất có sự sống tồn tại.

Trong khi khái niệm này có nguồn gốc địa chất, nó là một dấu hiệu cho thấy ảnh hưởng của cả hai người là Charles Darwin và Matthew F. Maury trên Khoa học Trái Đất. Bối cảnh sinh thái của sinh quyển từ những năm 1920 (xem Vladimir I Vernadsky),trước khi giới thiệu năm 1935 của thuật ngữ "hệ sinh thái" bởi Arthur Tansley (tham khỏa lịch sử sinh thái). Vernadsky đã định nghĩa sinh thái như khoa học của sinh quyển. Nó là một liên ngành khái niệm để tích hợp thiên văn học, địa vật lý, khí tượng học, địa sinh học, sự phát triển, địa chất học, địa hóa, thủy văn nói chung, tất cả sự sống và khoa học Trái Đất nói riêng.

Định nghĩa hẹp

Các nhà địa lý định nghĩa sinh quyển là tổng số sinh vật sống ("sinh khối" hoặc" vùng sinh vật" như được đề cập bởi các nhà sinh học và nhà sinh thái học). Theo nghĩa này, sinh quyển chỉ là một trong bốn thành phần riêng biệt của mô hình địa hóa, ba thành phần còn lại địa quyển, thủy quyển, khí quyển. Khi bốn thành phần này được kết hợp thành một hệ thống, nó được gọi là không gian sinh thái. Thuật ngữ này được đặt ra trong những năm 1960 và bao gồm cả các thành phần sinh học và vật lý của hành tinh.

Hội nghị quốc tế lần thứ hai về Hệ thống cuộc sống khép kín đã định nghĩa sinh học là khoa học và công nghệ của các chất tương tự và mô hình của sinh quyểnTrái Đất; v.v; sinh quyển giống như Trái Đất. Những thứ khác có thể bao gồm việc tạo ra các sinh quyển không phải Trái Đất nhân tạo, ví dụ: các sinh quyển lấy con người làm trung tâm hoặc một sinh quyển Sao Hỏa, sinh quyển học như là một phần của chủ đề sinh học.

Sinh quyển Trái Đất

Tuổi

Hóa thạch Stromatolite ước tính 3,2 đến 3,23,6 tỷ năm tuổi

Tuổi là bằng chứng sớm nhất cho sự sống trên Trái Đất, bao gồm sinh học than chì được tìm thấy trong 3,7 tỷ năm tuổi đá trầm tích từ Miền Tây của nước Úc và thảm vi sinh hóa thạch được tìm thấy trong 3,48 tỷ năm tuổi sa thạch từ miền Tây nước Úc. Gần đây hơn, năm 2015, "phần còn lại của cuộc sống sinh học" đã được tìm thấy trong những tảng đá 4,1 tỷ năm tuổi ở Tây Úc. Năm 2017, hóa thạch giả định vi sinh vật (hoặc vi sợi) đã được thông báo và được phát hiện trong lỗ thông hơi thủy nhiệt bên trong Vành đai Greenstone của Quebec, Canada đã có tuổi thọ 4,28 tỷ năm, kỷ lục lâu đời nhất trên Trái Đất, cho thấy "sự xuất hiện gần như tức thời của sự sống" sau sự hình thành đại dương 4,4 tỷ năm trước và không lâu sau Thời đại của Trái Đất 4,54 tỷ năm trước. Theo nhà sinh học Hàng rào Stephen Blair, "Nếu sự sống phát sinh tương đối nhanh trên Trái Đất... thì nó có thể phổ biến ở vũ trụ."

Sự phân bố

Kền kền Rüppell

Xenophyophore, một sinh vật barophilic, từ điểm nóng Galapagos.

Mọi nơi trên hành tinh, từ cực chỏm băng đến Đường xích đạo, tính năng cuộc sống của một số loài. Những tiến bộ gần đây trong vi sinh vật đã chứng minh rằng các vi khuẩn sống sâu bên dưới bề mặt Trái Đất và tổng khối lượng của vi sinh vật cuộc sống trong cái gọi là "vùng không thể sống được" có thể, trong sinh khối, vượt quá tất cả đời sống động vật và thực vật trên bề mặt. Độ dày thực tế của sinh quyển trên Trái Đất rất khó đo lường. Chim thường bay ở độ cao cao tới 1.800 m (5,91 ft; 0,001118 dặm) và cá sống cao tới 8.372 m (27,47 ft; 0,005202 dặm) dưới nước trong Puerto Rico Trench.

Có nhiều ví dụ cực đoan hơn cho cuộc sống trên hành tinh: Kền kền Rüppell đã được tìm thấy tại độ cao 11.300 m (37,07 ft; 0,007021 dặm); Ngỗng đầu sọc di chuyển ở độ cao ít nhất 8.300 m (27,23 ft; 0,005157 dặm); bò Tây Tạng sống ở độ cao cao tới 5.400 m (17,72 ft; 0,003355 dặm) trên mực nước biển; dê núi sống tới 3.050 m (10,01 ft; 0,001895 dặm). Động vật ăn cỏ ở những độ cao này phụ thuộc vào địa y, cỏ và thảo mộc.

Các dạng sống sống trong mọi phần của sinh quyển Trái Đất, bao gồm đất, suối nước nóng, bên trong đá ít nhất 19 km (12 dặm) sâu dưới lòng đất, phần sâu nhất của đại dương và cao ít nhất 64 km (40 dặm) trong bầu khí quyển. vi sinh vật, trong những điều kiện thử nghiệm nhất định, đã được quan sát thấy tồn tại trong chân không ngoài vũ trụ. Tổng lượng đất và vi khuẩn dưới bề mặt carbon được ước tính là 5 × 1017 g, hoặc "trọng lượng của Vương quốc Anh". Khối lượng của sinh vật nhân sơ vi sinh vật, trong đó bao gồm vi khuẩn và vi khuẩn cổ, nhưng không phải là hạt nhân vi sinh vật nhân chuẩn—có thể lên tới 0,8 nghìn tỷ tấn carbon (trong tổng số sinh quyển quần thể sinh vật,ước tính từ 1 đến 4 nghìn tỷ tấn). Barophilic vi khuẩn biển đã được tìm thấy ở độ sâu hơn 10.000 m (32.808 ft; 0,006214 dặm) trong Rãnh Mariana,điểm sâu nhất trong các đại dương của Trái Đất. Trên thực tế, các dạng sống đơn bào đã được tìm thấy ở phần sâu nhất của rãnh Mariana, bởi chiều sâu, ở độ sâu 11.034 m (36,20 ft; 0,006856 dặm). Các nhà nghiên cứu khác đã báo cáo các nghiên cứu liên quan rằng vi sinh vật phát triển mạnh bên trong các tảng đá cao tới 580 m (1.900 ft; 0,36 dặm) dưới đáy biển dưới 2.590 m (8.500 ft; 1.61 dặm) của đại dương ngoài khơi bờ biển phía tây bắc Hoa Kỳ, cũng như 2.400 m (7.900 ft; 1.5 dặm) dưới đáy biển ngoài khơi Nhật Bản. Các vi sinh vật ưa nhiệt nuôi cấy đã được chiết xuất từ lõi khoan hơn 5.000 m (16.404 ft; 0,003107dặm) vào vỏ Trái Đất ở Thụy Điển, từ những tảng đá nằm giữa 65 đỉnh75 °C (149 trừ167 °F). Nhiệt độ tăng với độ sâu tăng vào vỏ Trái Đất.Tốc độ tăng nhiệt độ phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm loại vỏ (lục địa so với đại dương), loại đá, vị trí địa lý, v.v... Nhiệt độ lớn nhất được biết đến mà sự sống của vi sinh vật có thể tồn tại là 122 °C (252 °F) (Methanopyrus kandleri), có khả năng là giới hạn của cuộc sống trong "sinh quyển "được xác định bởi nhiệt độ chứ không phải độ sâu tuyệt đối. Vào ngày 20 tháng 8 năm 2014, các nhà khoa học đã xác nhận sự tồn tại của vi sinh vật sống 800 m (2.600 ft; 0,50 djăm) dưới lớp băng của Nam Cực. Theo một nhà nghiên cứu, "Bạn có thể tìm thấy vi khuẩn ở khắp mọi nơi - chúng cực kỳ thích nghi với điều kiện và tồn tại mọi lúc mọi nơi."

Sinh quyển của chúng tôi được chia thành một số quần xã sinh vật,nơi sinh sống khá giống nhau hệ thực vật và hệ động vật. Trên đất liền, quần xã sinh vật được phân tách chủ yếu bởi vĩ độ. Các quần xã sinh vật trên cạn nằm trong Bắc cực và Nam Cực tương đối cằn cỗi cây và động vật để sống, trong khi hầu hết các quần xã sinh vật đông dân hơn nằm gần Đường xích đạo.

Biến động hàng năm

Trên đất liền, thảm thực vật xuất hiện trên thang điểm từ màu nâu (thảm thực vật thấp) đến màu xanh đậm (thảm thực vật nặng); ở bề mặt đại dương, thực vật phù du được chỉ định theo thang điểm từ màu tím (thấp) đến vàng (cao). Hình dung này được tạo ra với dữ liệu từ các vệ tinh bao gồm SeaWiFS và các thiết bị bao gồm Bộ đo phóng xạ hình ảnh hồng ngoại có thể nhìn thấy của NASA / NOAA và Máy đo quang phổ hình ảnh độ phân giải vừa phải.

Sinh quyển nhân tạo

Biosphere 2 nằm ở Arizona.

Sinh quyển thực nghiệm, còn được gọi là Hệ sinh thái khép kín,đã được tạo ra để nghiên cứu các hệ sinh thái và tiềm năng hỗ trợ sự sống bên ngoài Trái Đất. Chúng bao gồm tàu vũ trụ và các phòng thí nghiệm trên mặt đất sau đây:

• Biosphere 2 ở Arizona, Hoa Kỳ, 3.15 acres (13,000 m²).
• BIOS-1, BIOS-2 và BIOS-3 tại Viện vật lý sinh học ở Krasnoyarsk, Siberia, thuộc Liên Xô trước đó.
• Biosphere J (CEEF, Cơ sở thí nghiệm sinh thái khép kín), một thử nghiệm của Nhật Bản.
• Hệ thống hỗ trợ cuộc sống vi sinh thái thay thế (MELiSSA) ở Đại học Autònoma de Barcelona

Sinh quyển ngoài Trái Đất

Không có sinh quyển nào được phát hiện ngoài Trái Đất; do đó, sự tồn tại của sinh quyển ngoài Trái Đất vẫn chỉ là giả thuyết. Các giả thuyết Trái Đất hiếm mà họ đề xuất rất hiếm, khi lưu những cái bao gồm cuộc sống của vi sinh vật. Mặt khác, hành tinh tương tự Trái Đất có thể khá nhiều, ít nhất là trong Dải ngân hà, với số lượng lớn các hành tinh. Ba trong số các hành tinh được phát hiện trên quỹ đạo TRAPPIST-1 có thể có thể chứa sinh quyển. Hiểu biết hạn chế về khoa học, hiện tại vẫn chưa biết bao nhiêu phần trăm các hành tinh này thực sự phát triển sinh quyển.

Dựa trên những quan sát của Kính thiên văn vũ trụ Kepler nhóm nghiên cứu đã tính toán rằng với điều kiện xác suất sinh sản cao hơn 1 đến 1000, sinh quyển ngoài hành tinh gần nhất phải cách Trái Đất trong vòng 100 năm ánh sáng.

Cũng có thể các sinh quyển nhân tạo sẽ được tạo ra trong tương lai, ví dụ như với địa hình của sao Hỏa.

Xem thêm

• Khu dự trữ sinh quyển thế giới
• Khu vực có thể sống được

Đọc thêm

• Sinh quyển (sách Scientific American), San Francisco, W.H. Freeman và Co., 1970, ISBN 0-7167-0945-7. Cuốn sách này, phát hành vào tháng 12 năm 1970 Scientific American, bao gồm hầu hết mọi mối quan tâm và khái niệm chính kể từ khi tranh luận về tài liệu và nguồn năng lượng (kể cả năng lượng mặt trời), xu hướng dân số, và suy thoái môi trường (kể cả sự nóng lên toàn).