Биосфера на разных планетах

Земные биосферы на других планетах могут быть редкостью

Новый анализ известных экзопланет показал, что условия, подобные земным, на потенциально пригодных для жизни планетах могут встречаться гораздо реже, чем считалось ранее.

Работа посвящена условиям, необходимым для развития на планете фотосинтеза на основе кислорода, что позволило бы создать сложные биосферы такого типа, как на Земле. Исследование опубликовано сегодня в Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Где могут быть сложные биосферы

Число подтвержденных планет в нашей собственной галактике Млечный Путь в настоящее время исчисляется тысячами. Однако планеты, похожие на Землю и находящиеся в пригодной для жизни зоне — области вокруг звезды, где температура как раз подходит для существования жидкой воды на поверхности — встречаются гораздо реже.

На данный момент известно лишь несколько таких каменистых и потенциально пригодных для жизни экзопланет. Однако новое исследование показывает, что ни на одной из них нет теоретических условий для поддержания биосферы, подобной земной, с помощью «кислородного» фотосинтеза — механизма, который используют растения на Земле для преобразования света и углекислого газа в кислород и питательные вещества.

Только одна из этих планет приближается к получению звездного излучения, необходимого для поддержания крупной биосферы: Kepler-442b, каменистая планета, масса которой примерно вдвое превышает массу Земли, вращается вокруг умеренно горячей звезды на расстоянии около 1 200 световых лет.

В исследовании подробно рассматривается вопрос о том, сколько энергии получает планета от звезды-хозяина и смогут ли живые организмы эффективно производить питательные вещества и молекулярный кислород, необходимые для сложной жизни, как мы ее знаем, посредством обычного кислородного фотосинтеза.

Рассчитав количество фотосинтетически активного излучения, которое планета получает от своей звезды, команда обнаружила, что звезды, температура которых примерно в два раза ниже температуры нашего Солнца, не могут поддерживать биосферу, подобную земной, поскольку они не дают достаточно энергии в нужном диапазоне длин волн. Кислородный фотосинтез все еще возможен, но такие планеты не могут поддерживать богатую биосферу.

Планеты вокруг еще более холодных звезд, известных как красные карлики, температура которых составляет примерно треть от температуры нашего Солнца, не могут получать достаточно энергии даже для активизации фотосинтеза. Звезды, более горячие, чем наше Солнце, гораздо ярче и излучают в десять раз больше радиации в диапазоне, необходимом для эффективного фотосинтеза, чем красные карлики, однако, как правило, они не живут достаточно долго для развития сложной жизни.

«Поскольку красные карлики являются наиболее распространенным типом звезд в нашей галактике, этот результат указывает на то, что условия, подобные земным, на других планетах могут быть гораздо менее распространены, чем мы могли бы надеяться», — комментирует профессор Джованни Ковоне из Университета Неаполя, ведущий автор исследования.

Он добавляет: «Это исследование накладывает сильные ограничения на пространство параметров для сложной жизни, так что, к сожалению, похоже, что «сладкая точка» для размещения богатой биосферы, подобной земной, не так уж широка».

Будущие миссии, такие как космический телескоп Джеймса Уэбба (JWST), запуск которого запланирован на конец этого года, будут обладать достаточной чувствительностью для изучения далеких миров вокруг других звезд и прольют новый свет на то, что действительно необходимо для того, чтобы на планете появилась жизнь, как мы ее знаем. опубликовано econet.ru по материалам phys.org

P.S. И помните, всего лишь изменяя свое потребление — мы вместе изменяем мир! © econet

Понравилась статья? Напишите свое мнение в комментариях.

Источник

Биосфера: что такое, структура, где находится, границы, фото и видео

Биосфера существует на Земле с тех пор, как начала появляться жизнь. Она включает в себя: воду, верхнюю часть земной коры и нижние слои атмосферы. Биосфера играет важную роль для всех организмов. Но из чего она состоит, и какие у нее особенности?

Что такое биосфера?

Биосфера – это область, в которой находятся все живые организмы на планете Земля. Вода практически полностью наполнена ими, а в земной коре разные существа встречаются даже на глубине до 7 км. Атмосфера заселена до озонового слоя, дальше солнечные лучи и низкая температура убивают все живое.

Где находится, границы

Верхняя граница биосферы проходит в атмосфере, на высоте в 15-20 км от поверхности. Далее заканчивается озоновый слой, а за его пределами жизнь погибает от солнечной активности.

Нижняя граница находится в земной коре (литосфере), проходит на глубине 3,5-7,5 км. Такой диапазон обусловлен тем, что температура планеты доходит до 100 градусов Цельсия на разных глубинах. При ней начинается свертывание белков, и существование жизни практически невозможно. Однако организмы обычно не распространяются глубже нескольких метров, так как дальше им не хватает питательных веществ, света, а горные породы препятствуют продвижению.

Для обозначения области между верхней и нижней границами, используется понятие “эубиосфера”. Это пространство, в котором проживает большая часть живых существ на планете Земля.

Биомасса биосферы

Биомасса – это вес всех живых организмов, проживающих в биосфере. Значение этого параметра равно примерно 2,5 x 1012 тонн. На сушу приходится больший процент всех организмов: биомасса океана составляет только 0,003 x 1012 тонн.

Данный параметр у растений в 500-1000 раз больше, чем у животных. Их масса равна 560 млрд тонн, а у зверей – лишь 5 млрд. Биомасса людей составляет 350 млн тонн, муравьи весят 3 млрд, морские рыбы 800-2000 млн., а планктон и водоросли, находящиеся в океане, 7 млрд. тонн.

Небольшое количество организмов живет в суровых условиях на территории пустынь и во льдах. Их биомасса очень мала, что обусловлено недостатком питательных веществ, кислородом.

Основные компоненты

Биосфера обладает определенной структурой, благодаря которой ученым гораздо легче изучать ее:

1. Живое вещество – все организмы, существующие на Земле. Их масса примерно равна 3,6 трлн тонн. Они не только населяют, но и преобразуют облик планеты, влияя на нее.
2. Биогенное вещество – результат жизнедеятельности организмов. Они постоянно поглощают и перерабатывают воду, воздух и минеральные вещества. То, что образуется в итоге, может не входить в состав организмов (уголь, торф, нефть).
3. Косное вещество – все ,что образуется без участия живого (горные породы, вода).
4. Биокосное вещество – все, что перерабатывают организмы горных и осадочных пород (почва, ил).
5. Вещество космического происхождения.

В совокупности компоненты представляют собой биосферу. Причем все они взаимосвязаны и непрерывно взаимодействуют друг с другом.

Состав биосферы – оболочки

Биосфера разделена на три уровня, обладающих определенными особенностями. Также их называют оболочками.

Атмосфера

Атмосфера – область над поверхностью планеты. Через нее Земля из космоса получает необходимые газы: водород и гелий. Она полностью пронизывается радиацией от Солнца, которое нагревает планету, способствует распаду молекул и ионизации атомов.

Атмосферу можно разделить на различные слои:

• тропосфера (0-10 км);
• стратосфера (10-47 км);
• мезосфера (47-80 км);
• термосфера (80-1000 км);
• экзосфера (от 1000 км), газы рассеиваются в космическое пространство.

В состав атмосферы входят: азот 78,8%, кислород 20,9%, аргон 0,93%, углекислый газ 0,03%. Также в ней присутствуют неон, гелий, метан, водород, водяной пар и озон.

Температура, давление и плотность атмосферы постоянно меняются в зависимости от времени года и суток, расположения. Например, масса водяного пара в разных местах будет отличаться: в тропиках 3%, в Антарктиде 0,00002 %.

Гидросфера

Гидросфера – это водная оболочка Земли. Жидкость присутствует повсюду: в виде пара находится в атмосфере, в естественном состоянии просачивается сквозь землю, а также составляет основу Мирового океана.

Морская вода содержит в себе такие элементы, как: кислород, водород, хлор, натрий, магний, кальций, калий, бром и сера. Также в разном количестве в ней присутствуют и другие вещества. Фактически, в некоторых водоемах может находиться большая часть химических элементов, и все они будут влиять на местные организмы. Вода также оказывает воздействие на человека, природу, климат, более того, именно в ней зародилась жизнь.

Мировой океан составляет 94% всех вод на планете. Поэтому большая часть подводных организмов проживает именно в нем. В морской воде много растворенных газов, например углекислого больше, чем в атмосфере, в 100 раз. А кислорода наоборот, в 100 раз меньше.

Вода активно поглощает тепло от Солнца, не давая температуре на Земле подниматься критически высоко. Поверхность океана в районе экватора нагревается, образует теплые течения и уносит жидкость в полярные области. Обратно же она возвращается охлажденной. А за счет испарений образуется круговорот воды в природе, что влияет на климат.

Литосфера

Литосфера – это земля, почва, полезные ископаемые – всё, что находится в твердом веществе на поверхности планеты. В её химический состав входят алюминий, железо, кальций, магний, натрий, калий.

Организмы проникают в почву на глубину до 3 км, дальше им не хватает ни воздуха, ни питательных веществ для того, чтобы выжить. Камни и горные породы препятствуют проходу животных и растений.

Почва включает в себя твердые, жидкие и газообразные элементы, ей присуща живая и неживая природа. Она – результат выветривания горных пород и взаимодействия климата, растений, животных. Самый плодородный – верхний слой (гумус), содержит продукты перегнивания органики, имеет глубину в 10-15 см.

Выделяют три основных элемента почвы:

• твердая часть – это органическое вещество, состоящее из растительного, животного и микробного происхождения;
• жидкая часть – почвенный раствор, в нем находятся элементы питания, необходимые для роста растений: ионы, молекулы, коллоиды;
• газообразная часть – это воздух, который заполняет поры, в его состав входят азот, озон, углекислый газ и множество других элементов в зависимости от места, окружающих условий.

В верхних слоях живых существ больше, чем в нижних. Почва – это среда обитания микроорганизмов, формирующих ее плодородие. Они способны разрушать все природные и органические соединения, участвуя в процессе почвообразования. Также микроорганизмы очищают окружающую среду от загрязнений.

Круговорот веществ в биосфере

Химические элементы, атомы – все находится в бесконечном круговороте веществ. Они перегруппировываются и преобразуются постоянно, их запас не исчезает и распределяется между видами.

Большой круговорот элементов длится сотни лет, превращает камни в песок, медленно движутся плиты материков.

Малый круговорот происходит на уровне экосистем. Питательные вещества перемещаются из одной среды в другую: тела животных разлагаются, питая почву, становятся растениями, которые едят другие животные.

Биогеохимический цикл – это круговорот неорганических химических веществ в органическую среду. Например, процесс фотосинтеза.

Очень важными для биосферы являются круговороты таких веществ, как углерод, кислород, азот, фосфор, сера. Они являются компонентами всего живого, участвуют в образовании белка, в процессах фотосинтеза.

История развития

Развитие биосферы можно отследить по живому и биокостному веществам. Земля образовалась примерно 4,5 млрд лет назад. Долгое время она формировалась и приобретала вид, отдаленно напоминающий современный. Жизнь на ней зародилась 3,5 млрд лет назад, в воде. Таков возраст древнейших останков, найденных учеными. Первыми живыми организмами на Земле стали одноклеточные.

С тех пор планета активно менялась, и биосфера также претерпевала соответствующие преобразования, пока не приобрела современный вид. Сейчас она продолжает меняться, причем нередко человек создает условия для этого. Люди пытаются увеличивать количество определенных живых существ с целью сохранения вида. Но иногда их деятельность приводит к резкому сокращению биосферы. Например, при сливе химических отходов в океан.

Искусственная биосфера

С полетами на Луну для человечества открылась эра космонавтики, все фантастические рассказы о жизни на других планетах стали планами. Но чтобы появилась возможность заселить другое небесное тело, требуется создать на нем все условия для образования биосферы. В этом поможет терраформирование. Это процесс создания искусственной биосферы на других планетах. Пока это только теория, не увенчавшаяся успехом в реальных условиях. Сейчас ученые лишь строят теории о том, как воссоздать условия для жизни на целой планете.

Механизмы устойчивости

Биосфера – саморегулирующаяся система, для нее характерна организованность (гомеостаз). Это значит, что при, слишком большой солнечной активности все живое не погибнет, а выработает механизмы сопротивления, приводящие систему в равновесие.

Живые организмы делятся на автотрофов и гетеротрофов. Первые производят органическое вещество, а вторые его потребляют и разрушают. Эти процессы должны быть в равновесии, и важнейшим их элементом является биоразнообразие, которое гарантирует замену одних элементов другими в случаях непредвиденных ситуаций, катаклизмов.

Факторы, определяющие устойчивость

Наличие организмов, обеспечивающих круговорот веществ в системе, это важнейший фактор устойчивости. Без них углерод, который необходим для образования всего живого, быстро бы исчерпал себя. Но круговорот делает процесс непрерывным.

Есть основные факторы, которые определяют устойчивость биосистемы:

• биоразнообразие – большое количество различных видов животных, растений, микроорганизмов;
• взаимозаменяемость компонентов: одни виды могут заменить другие в случае их исчезновения или из-за других непредвиденных обстоятельств;
• дублирование, когда разные организмы выполняют одну и ту же функцию;
• жизненная активность: организмы довольно быстро размножаются и распространяются при необходимости.

На экваторе наблюдается самое большое разнообразие видов, следовательно здесь экосистема находится в большем равновесии.

Биосфера пребывает в непрерывном движении. Людям необходимо охранять виды, которые вымирают, и не допускать слишком больших изменений, ведь они способны пошатнуть всю систему в целом.

Интересное видео о биосфере

Если Вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Источник