Biosfer

Biosfer (yun. βίος bios "həyat" və σφαῖρα sfaira "sfera") — dünya miqyasındakı bütün ekosistemlərin məcmusu. Onu Yerdəki həyat zonası da adlandırmaq olar. Biosfer maddəyə nəzərən faktiki qapalı sistemdir, giriş və çıxışlar minimaldır. Enerji baxımından isə o açıq sistemdir, fotosintez nəticəsində təxminən ildə 130 Teravatt sürətlə günəş enerjisini qəbul edir. Bununla belə, o, enerji tarazlığına yaxın olan özünü tənzimləyən sistemdir. Yerdəki torpaq karbon süngəri bu sistemin tənzimləyici komponentidir. Ən ümumi biofizioloji təriflə, biosfer bütün canlıları və onların əlaqələrini, o cümlədən litosfer, kriosfer, hidrosfer, rizosfer və atmosfer elementləri ilə qarşılıqlı əlaqəsini birləşdirən qlobal ekoloji sistemdir. Biosferin ən azı təxminən 3,5 milyard il əvvəl biopoez (təbii olaraq qeyri-canlı maddələrdən, məsələn, sadə üzvi birləşmələrdən yaranmış həyat) və ya biogenez (canlı maddədən yarannmış həyat) prosesindən başlayaraq təkamülə uğradığı güman edilir.
Ümumi mənada biosferlər ekosistemləri ehtiva edən hər hansı qapalı, özünü tənzimləyən sistemlərdir. Buraya Biosphere 2 və BIOS-3 kimi süni biosferlər və potensial olaraq digər planetlər və ya aylardakı biosferlər daxildir.
"Biosfer" termini 1875-ci ildə geoloq Eduard Zyuss tərəfindən Yer səthində canlıların məskunlaşdığı mühit mənasında işlədilmişdir.
Konsepsiya geoloji mənşəli olsa da, həm Çarlz Darvinin, həm də Metyu F. Maurinin Yer elmlərinə təsirinin göstəricisidir. Biosferin ekoloji konteksti 1935-ci ildə Artur Tansley tərəfindən "ekosistem" termininin işlədilməsindən əvvəl 1920-ci illərdən gəlir. Vladimir Vernadski ekologiyanı biosfer haqqında elm kimi müəyyən etmişdir. Bu astronomiya, geofizika, meteorologiya, biocoğrafiya, təkamül, geologiya, geokimya, hidrologiya və ümumiyyətlə, bütün həyat və Yer elmlərini birləşdirən fənlərarası konsepsiyadır.
Geokimyaçılar biosferi canlı orqanizmlərin ümumi məcmusu kimi müəyyən edirlər (bioloq və ekoloqların istinad etdiyi "biokütlə" və ya "biom"). Bu mənada biosfer geokimyəvi modelin dörd ayrı komponentindən biridir, digər üçü isə geosfer, hidrosfer və atmosferdir. Bu dörd komponentli sfera bir sistemdə birləşdirildikdə, o, ekosfer kimi tanınır. Bu termin 1960-cı illərdə istifadə edilmişdir və planetin həm bioloji, həm də fiziki komponentlərini əhatə edir.
Qapalı Həyat Sistemləri üzrə İkinci Beynəlxalq Konfrans biosferi Yer biosferinin analoq və modellərinin elm və texnologiyası kimi müəyyən etdi; yəni Yerə bənzər süni biosferləri.
Yer kürəsində həyatın ən erkən dəlillərinə Qərbi Qrenlandiyanın 3,7 milyard illik metamorfik çökmə süxurlarda tapılan biogen qrafit və Qərbi Avstraliyadan olan 3,48 milyard illik qum daşında tapılan mikrob mat fosilləri daxildir. Bu yaxınlarda, 2015-ci ildə Qərbi Avstraliyada 4,1 milyard illik süxurlarda "biotik həyat qalıqları" tapıldı. 2017-ci ildə, Kanadanın Kvebek əyalətinin Nuvvuagittuq qurşağında 4,28 milyard il yaşı olan hidrotermal çöküntülərdə ehtimal edilən fosilləşmiş mikroorqanizmlərin (və ya mikrofosillərin) aşkar edildiyi elan edildi ki, bu da yer üzündəki həyatın ən qədim rekordu idi ki, bu da okeanların əmələ gəlməsindən 4,4 milyarddan sonra "həyatın demək olar ki, ani olaraq ortaya çıxdığını" göstərir. Bioloq Stefen Bleyr Hedcesin fikrincə, "Əgər həyat Yer üzündə nisbətən tez yaransaydı ... o zaman kainatda yayğın ola bilərdi".
Qütb buzlaqlarından tutmuş ekvatora qədər planetin hər bir hissəsində bir növ həyat var. Mikrobiologiyanın son nailiyyətləri mikrobların Yerin yer səthinin dərinliklərində yaşadığını və "yaşamaq üçün əlverişsiz zonalar" adlanan ərazilərdə mikrob həyatının ümumi kütləsinin biokütlədə səthdəki bütün heyvanat və bitkilər aləminindən çox ola biləcəyini nümayiş etdirdi. Yerdəki biosferin faktiki qalınlığını ölçmək çətindir. Quşlar, adətən, 1,800 m (5,900 fut; 1,1 mil) yüksəklikldə uçur və balıqlar Puerto Riko çökəkliyində 8,372 m (27,467 fut; 5,202 mil) suyun altında yaşayırlar.
Planetdə həyat üçün daha ekstremal nümunələr var: Rüppel kərkəsi 11.300 m (37.100 fut; 7.0 mil) yüksəklikdə tapılmışdır; zolaqlıbaş qazlar ən azı 8,300 m (27,200 fut; 5,2 mil) yüksəklikdən miqrasiya edirlər; yaklar dəniz səviyyəsindən 5,400 m (17,700 fut; 3,4 mil) yüksəklikdə yaşayır; dağ keçiləri 3,050 m (10,010 fut; 1,90 mil) hündürlükdə yaşayır. Bu yüksəkliklərdə otyeyən heyvanlar şibyələrdən, otlardan və digər bitkilərdən asılıdır.
Həyat formaları torpaq, isti bulaqlar, yerin ən azı 19 km (12 mil) dərinliyində, okeanın ən dərin hissələrində və atmosferdə ən azı 64 km (40 mil) yüksəklikdə olan qayaların içərisində də daxil olmaqla Yer biosferinin hər yerində mövcuddur. Mikroorqanizmlərin müəyyən sınaq şərtləri altında kosmosun vakuumunda sağ qalması müşahidə edilmişdir. Torpaq və yeraltı bakterial karbonun ümumi miqdarı 5 × 1017 q və ya "Birləşmiş Krallığın çəkisi" kimi qiymətləndirilir. Nüvəli eukariot mikroorqanizmləri deyil, bakteriya və arxeyləri əhatə edən prokariot mikroorqanizmlərin kütləsi 0,8 trilyon ton karbon ola bilər (ümumi biosfer kütləsinin 1 ilə 4 trilyon ton arasında olduğu təxmin edilir). Barofil dəniz mikrobları Yer okeanlarının ən dərin nöqtəsi olan Mariana çökəkliyində 10.000 m (33.000 fut; 6.2 mil) dərinlikdə aşkar edilmişdir. Əslində, birhüceyrəli həyat formaları Mariana çökəkliyinin ən dərin hissəsində, Çəllencer Dərinliyi tərəfindən 11,034 m (36,201 fut; 6,856 mil) dərinlikdə aşkar edilmişdir. Digər tədqiqatçılar, mikroorqanizmlərin ABŞ-nin şimal-qərb sahillərində okeanın 2590 m (8500 fut; 1.61 mil) altında dəniz dibindən 580 m (1,900 fut; 0,36 mil) aşağıya qədər olan qayaların içərisində inkişaf etdiyi ilə bağlı araşdırmalar bildirdilər, eləcə də 2400 m (7900 fut; 1,5 mil) Yaponiyadan dəniz dibinin altında. İsveçdə Yer qabığına 5000 m (16,000 fut; 3,1 mil)-dən çox qazılmış nüvələrdən, 65–75 °C (149–167 °F) arasında olan süxurlardan kultivasiya edilə bilən termofilik mikroblar çıxarılmışdır. Yer qabığının dərinliyi artdıqca temperatur artır. Temperaturun yüksəlmə sürəti bir çox amillərdən, o cümlədən qabığın növündən (kontinental və okeanik), qayanın növündən, coğrafi yerdən və s. asılıdır. Mikrob üçün həyatını sürdürə biləcəyi ən böyük məlum temperatur 122 °C-dir (252 °F) (Methanopyrus kandleri Strain 116) və çox güman ki, "dərin biosferdə" həyatın həddi mütləq dərinlikdən çox temperaturla müəyyən edilir. 20 avqust 2014-cü ildə elm adamları Antarktida buzunun altında 800 m dərinlikdə yaşayan mikroorqanizmlərin mövcudluğunu təsdiq etdilər ( 2,600 fut; 0,50 mil). Bir tədqiqatçıya görə, "Mikrobları hər yerdə tapa bilərsiniz - onlar şəraitə çox uyğunlaşa bilirlər və harada olurlarsa olsunlar, sağ qalırlar".
Bizim biosferimiz kifayət qədər oxşar flora və faunanın yaşadığı bir sıra biomlara bölünür. Quruda biomlar ilk növbədə enliyə görə ayrılır. Arktika və Antarktika Çevrələri daxilində yerləşən yer biomları nisbətən bitki və heyvanat aləmindən kasaddır, biomların əksəriyyəti isə daha çox ekvatorun yaxınlığında yerləşir.
Eksperimental biosferlər, həmçinin qapalı ekoloji sistemlər adlanır, ekosistemləri və Yerdən kənarda həyatı dəstəkləmək potensialını öyrənmək üçün yaradılmışdır. Bunlara kosmik gəmilər və aşağıdakı yerüstü laboratoriyalar daxildir:
Yerdən kənarda heç bir biosfer aşkar edilməmişdir; buna görə də yerdənkənar biosferlərin mövcudluğu hipotetik olaraq qalır. Nadir Yer fərziyyəsi onların yalnız mikrob həyatından ibarət olanlar istisna olmaqla, çox nadir olmalarını təklif edir. Digər tərəfdən, planetlərin çoxluğunu nəzərə alsaq, Yerin analoqları ən azı Süd Yolu qalaktikasında kifayət qədər çox ola bilər. TRAPPIST-1 orbitində fırlanan kəşf edilmiş planetlərdən üçü, ehtimal ki, biosferləri ehtiva edə bilər. Abiogenez haqqında məhdud anlayışı nəzərə alaraq, bu planetlərin neçə faizinin əslində biosferləri inkişaf etdirdiyi hələlik məlum deyil.
Kepler Kosmik Teleskopu komandasının müşahidələri əsasında hesablanıb ki, abiogenez ehtimalı 1-dən 1000-ə qədər olarsa, ən yaxın yadplanetli biosferi Yerdən 100 işıq ili məsafədə olmalıdır.
Gələcəkdə, məsələn, Marsın terraformasiyasıyla süni biosferlərin yaradılması da mümkündür.