生物圈
生物圈（Biosphere）是指地球上所有生態系的統合整體，是地球的一個外層圈，其範圍為海平面上下垂直各約10[1]公里(共約20公里)。它包括地球上有生命存在和由生命過程變化和轉變的空氣、陸地、岩石圈和水。從地質學的廣義角度上來看生物圈是結合所有生物以及它們之間的關係的全球性的生態系統，包括生物與岩石圈、水圈和空氣的相互作用。生物圈是一個封閉且能自我調控的系統。地球目前是整個宇宙中唯一已知的有生物生存的地方。一般認為生物圈是從35億年前生命起源後演化而來的。[2][3]
詞源和使用[編輯]
地質學家愛德華·修斯於1875年最早使用了「生物圈」（biosphere）一詞，並將其定義為「地球表面生命居住的地方」[4]。該詞彙最初是地質學詞語，用以顯示達爾文和馬修·方丹·莫里的理論對地球科學的影響。1920年代，生物圈一詞獲得其生態意義。1935年生態系統這個詞被引入。弗拉基米爾·伊萬諾維奇·維爾納茨基將生態學定義為研究生物圈的科學。如今，生物圈的概念集合了天文學、地質物理學、氣象學、生物地理學、演化論、地質學、地質化學、水文學等多項科學，可以說它集合了所有與地球和生命有關的科學。
狹義定義[編輯]
一些生物學家和地質學家使用生物圈這個詞時使用一個比較狹義的定義。比如地質化學家將生物圈定義為所有生物的總和。「人為定義，隨着人的發現改變」這個定義將生物圈定義為地球的四個圈（另三個為大氣圈、水圈和岩石圈）之一，通常認為該圈位於大氣圈底部、水圈全部和岩石圈上部。這個狹義的定義是現代科學的專業化導致的。有些科學家更喜歡使用1960年代出現的「生態圈」這個詞來代表這個狹義的定義。[5]
廣義定義[編輯]
另外的一些學者則採取廣義的生物圈定義：任何包含多個生態系，形成封閉而能自我調控的系統總稱 [6]。 例如：1990年代的生物圈計劃「生物圈二號」和外太空中的某些具生物的星球，即被部份學者視為是一個生物圈。
生物環境和小生境[編輯]
生長環境和小生境是地球生物圈的更小單位。生長環境是植物和動物生長的自然去處。例如，洞穴、山和海洋。在身長環境裏還有小生境。活物在小生境的生物圈內佔據地盤。
地球生物圈[編輯]
地球生物圈的範圍是陸域環境、淡鹹水區、低層大氣。 垂直上下各約10公里，共20公里。
歷史[編輯]
地球生命的早期證據包括在格陵蘭島發現的，包含有生物活動痕跡的石墨，這個樣本距今大約37億年。[7]此外，人們還在澳大利亞西部34.8億年歷史的砂岩中發現了微生物席化石。[8]最近，在2015年，在澳大利亞西部發現了距今41億年的「生命遺蹟」。[9][10]2017年，科學家宣佈在加拿大魁北克省 Nuvvuagittuq 的海底熱泉噴口沉積物中發現了疑似微體化石，其年齡達到42.8億年，堪稱地球上最古老的生命記錄，這表明，地球在44億年前形成海洋之後 「幾乎瞬間就出現了生命」。[11][12][13][14]生物學家 Stephen Blair Hedges 認為，「如果地球上的生命出現的如此之快，那麼生命在宇宙中的分佈或許十分常見。」[9]
範圍[編輯]
地球的每個部分，從極地冰蓋到赤道，每一處都遍佈着生命的痕跡。最近的微生物研究發現，在地球的地層以下也有生物的存在，並且生存在這「非宜居區域」微生物形式的生物量可能超過了地球表面動物與植物的總和。地球生物圈的實際厚度難以估計。許多鳥類可以飛行至1800米的高空，而魚類可以遨遊在8372米下的深海。[15]
並且我們還發現了許多更為極端的案例，黑白兀鷲可以飛上高達11000米的平流層；斑頭雁遷徙飛行時的高度達到8300米；氂牛生活在海拔5400米的高原；雪羊生活在3050米的高山。這些居住在高海拔地區的生物依賴地衣、草本生存。
在地球生物圈的每個角落我們都能發現各種生命形式。在土壤、熱泉、地表19000米下的岩石、海洋的最深處、64000米的高層大氣中，我們都發現了生命的存在。[16][17]在實驗環境中，微生物甚至可以在外太空的真空環境存活。[18][19]土壤以及地表以下的細菌的總碳質量大約為 5 × 1017 g，大概相當於一個英國的重量。[16]原核生物（包括細菌和古菌）的總碳質量可能高達0.8萬億噸（生物圈總碳質量估計在1-4萬億噸之間）。[20]人們在深達10000多米的馬里亞納海溝中發現了適應高壓環境的微生物（耐壓生物）的存在，事實上，在深度11000米的挑戰者深淵中也發現了有單細胞生命的活動痕跡。[21]其它研究指出，微生物能夠在美國西北部2590米的海床以下580米的岩石中興盛繁衍。[22]在瑞典，科學家從鑽入地殼5000多米的岩芯中提取到了可培養的嗜熱微生物，[23]此處岩石溫度在65-75°C。地底溫度會隨着進入地殼深度的增加而上升，溫度上升的趨勢取決於許多因素，包括地殼類型（大陸/海洋）、岩石類型、地理位置等。已知微生物生命可以在最高122°C的溫度中生存（Methanopyrus kandleri Strain 116），「深層生物圈」 的生命極限很可能是由溫度而不是絕對深度來定義的。2014年8月20日，科學家證實了南極洲冰層下800米有微生物的存在。 [24][25]正如一位研究者所說：「你可以在任何地方找到微生物，它們對環境的適應性極強，無論在哪裏都能生存」。[22]
年度變化[編輯]
人造生物圈[編輯]
人們在實驗環境中製造了一些生物圈，它們也被稱為是封閉的生態系統。這些人造生物圈被用於研究生態系統的演變以及地外生命的可能性。這些生物圈包括：
- 位於美國亞利桑那州的生物圈二號，佔地面積13000m2
- 蘇聯時期在西伯利亞克拉斯諾亞爾斯克的生物物理學學會建造的BIOS-1、BIOS-2和BIOS-3[26]
- 在日本進行的生物圈-J（CEEF, Closed Ecology Experiment Facilities）實驗[27][28]
- 在巴塞隆拿自治大學進行的微生態生命支持系統替代方案（MELiSSA）實驗
地外生物圈[編輯]
目前人類還未發現有地外生命存在的痕跡，所以關於地外生物圈的學說還處於猜想階段。地球殊異假說認為，類似地球的環境是十分罕見的，可能在大多數存在生命的地外星球中，其中的生命也只能以微生物的形式存在。相反，地球相似理論（Earth analog）則認為，宇宙中應該存在大量與地球類似的地外行星，因為畢竟地外行星的數目十分巨大。[29]TRAPPIST-1星系中可能存在有三顆與地球類似的行星，它們之中或許存在生物圈。[30]我們對於生命的起源尚未有完整的認識，所以還不清楚在地外行星中到底有多大一部分發展出了實際的生物圈。
根據開普勒太空望遠鏡的觀測結果，科學家推算，如果生命的發生概率大於千分之一，那麼距離地球最近的地外生物圈可能在100光年以內。[31]
將來人類也可能在外星球建立人造生物圈，例如火星地球化構想。[32]
相關條目[編輯]
註釋[編輯]
參考文獻[編輯]
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