Biosfera

La biosfera (del griego βίος bíos "vida" y σφαῖρα sphaira "esfera"), también conocida como ecosfera (del griego οἶκος oîkos "medio ambiente" y σφαῖρα), es la suma mundial de todos los ecosistemas. También puede denominarse la zona de la vida en la Tierra. La biosfera es virtualmente un sistema cerrado con respecto a la materia, con entradas y salidas mínimas. En cuanto a la energía, es un sistema abierto, con fotosíntesis capturando la energía solar a razón de unos 130 Teravatios al año. Sin embargo es un sistema autorregulador cercano al equilibrio energético.Según la definición biofisiológica más general, la biosfera es el sistema ecológico global que integra a todos los seres vivos y sus relaciones, incluida su interacción con los elementos de la litosfera, la criosfera, la hidrosfera y la atmósfera. Se postula que la biosfera evolucionó, comenzando con un proceso de biopoiesis (vida creada naturalmente a partir de materia no viva, como compuestos orgánicos simples) o biogénesis (vida creada a partir de materia viva), hace al menos unos 3.500 millones de años.

En un sentido general, las biosferas son sistemas cerrados y autorreguladores que contienen ecosistemas. Esto incluye biosferas artificiales como Biosphere 2 y BIOS-3, y potencialmente otras en otros planetas o lunas.

Origen y uso del término

El término "biosfera" fue acuñado por el geólogo Eduard Suess en 1875, que definió como el lugar en la superficie de la Tierra donde habita la vida.

Si bien el concepto tiene un origen geológico, es una indicación del efecto de Charles Darwin y Matthew F. Maury en las ciencias de la Tierra. El contexto ecológico de la biosfera proviene de la década de 1920 (ver Vladimir I. Vernadsky), anterior a la introducción en 1935 del término "ecosistema" por Sir Arthur Tansley (ver historia de la ecología). Vernadsky definió la ecología como la ciencia de la biosfera. Es un concepto interdisciplinario para integrar la astronomía, la geofísica, la meteorología, la biogeografía, la evolución, la geología, la geoquímica, la hidrología y, en general, todas las ciencias de la vida y de la Tierra.

Definición estrecha

Los geoquímicos definen la biosfera como la suma total de organismos vivos (la "biomasa" o "biota" como la denominan biólogos y ecologistas). En este sentido, la biosfera es solo uno de los cuatro componentes separados del modelo geoquímico, los otros tres son la geosfera, la hidrosfera y la atmósfera. Cuando estas cuatro esferas componentes se combinan en un solo sistema, se conoce como la Ecosfera. Este término fue acuñado durante la década de 1960 y abarca los componentes tanto biológicos como físicos del planeta.

La Segunda Conferencia Internacional sobre Sistemas de Vida Cerrados definió la biosférica como la ciencia y la tecnología de los análogos y modelos de la biosfera de la Tierra; es decir, biosferas artificiales similares a la Tierra. Otros pueden incluir la creación de biosferas artificiales no terrestres, por ejemplo, biosferas centradas en el ser humano o una biosfera marciana nativa, como parte del tema de la biosfera.

Biosfera de la tierra

Edad

La evidencia más temprana de vida en la Tierra incluye grafito biogénico encontrado en rocas metasedimentarias de 3.700 millones de años del oeste de Groenlandia y fósiles microbianos encontrados en arenisca de 3.480 millones de años del oeste de Australia. Más recientemente, en 2015, se encontraron "restos de vida biótica" en rocas de 4.100 millones de años en Australia Occidental. En 2017, se anunció el descubrimiento de supuestos microorganismos fosilizados (o microfósiles) en precipitados de respiraderos hidrotermales en el cinturón de Nuvvuagittuq de Quebec, Canadá, que tenían una antigüedad de 4280 millones de años, el registro más antiguo de vida en la Tierra, lo que sugiere "una vida casi instantánea". emergencia de la vida" después de la formación de los océanos hace 4.400 millones de años, y no mucho después de la formación de la Tierra hace 4.540 millones de años.Según el biólogo Stephen Blair Hedges, "si la vida surgiera relativamente rápido en la Tierra... entonces podría ser común en el universo".

Medida

Cada parte del planeta, desde los casquetes polares hasta el ecuador, presenta algún tipo de vida. Avances recientes en microbiología han demostrado que los microbios viven en las profundidades de la superficie terrestre y que la masa total de vida microbiana en las llamadas "zonas inhabitables" puede, en biomasa, exceder toda la vida animal y vegetal en la superficie. El grosor real de la biosfera en la tierra es difícil de medir. Las aves suelen volar a altitudes de hasta 1.800 m (5.900 pies; 1,1 millas) y los peces viven hasta 8.372 m (27.467 pies; 5,202 millas) bajo el agua en la Fosa de Puerto Rico.

Hay ejemplos más extremos de vida en el planeta: el buitre de Rüppell se ha encontrado a altitudes de 11.300 m (37.100 pies; 7,0 millas); los gansos cabeza de barra migran a altitudes de al menos 8300 m (27 200 pies; 5,2 millas); los yaks viven en elevaciones de hasta 5400 m (17 700 pies; 3,4 millas) sobre el nivel del mar; las cabras montesas viven hasta 3.050 m (10.010 pies; 1,90 millas). Los animales herbívoros en estas elevaciones dependen de líquenes, pastos y hierbas.

Las formas de vida viven en cada parte de la biosfera de la Tierra, incluido el suelo, las fuentes termales, el interior de las rocas al menos a 19 km (12 mi) de profundidad bajo tierra, las partes más profundas del océano y al menos a 64 km (40 mi) de altura en la atmósfera.. Se ha observado que los microorganismos, bajo ciertas condiciones de prueba, sobreviven al vacío del espacio exterior. La cantidad total de carbono bacteriano del suelo y del subsuelo se estima en 5 × 10 g, o el "peso del Reino Unido". La masa de microorganismos procariotas, que incluye bacterias y arqueas, pero no los microorganismos eucariotas nucleados, puede llegar a 0,8 billones de toneladas de carbono (de la masa total de la biosfera, estimada entre 1 y 4 billones de toneladas).Se han encontrado microbios marinos barófilos a más de 10 000 m de profundidad (33 000 pies; 6,2 millas) en la Fosa de las Marianas, el lugar más profundo de los océanos de la Tierra. De hecho, se han encontrado formas de vida unicelulares en la parte más profunda de la Fosa de las Marianas, junto al Abismo Challenger, a profundidades de 11 034 m (36 201 pies; 6,856 mi). Otros investigadores informaron estudios relacionados que los microorganismos prosperan dentro de rocas hasta 580 m (1900 pies; 0,36 millas) por debajo del fondo del mar bajo 2590 m (8500 pies; 1,61 millas) de océano frente a la costa del noroeste de los Estados Unidos, así como 2400 m (7.900 pies; 1,5 millas) debajo del lecho marino frente a Japón. Se han extraído microbios termófilos cultivables de núcleos perforados a más de 5.000 m (16.000 pies; 3,1 millas) en la corteza terrestre en Suecia.de rocas entre 65 y 75 ° C (149 y 167 ° F). La temperatura aumenta con el aumento de la profundidad en la corteza terrestre. La velocidad a la que aumenta la temperatura depende de muchos factores, incluido el tipo de corteza (continental frente a oceánica), el tipo de roca, la ubicación geográfica, etc. La temperatura máxima conocida a la que puede existir vida microbiana es de 122 °C (252 °F) ( Methanopyrus kandleri Strain 116), y es probable que el límite de la vida en la "biosfera profunda" esté definido por la temperatura en lugar de la profundidad absoluta. El 20 de agosto de 2014, los científicos confirmaron la existencia de microorganismos que viven a 800 m (2600 pies; 0,50 millas) por debajo del hielo de la Antártida. Según un investigador, "Puedes encontrar microbios en todas partes: son extremadamente adaptables a las condiciones y sobreviven donde sea que estén".

Nuestra biosfera está dividida en varios biomas, habitados por flora y fauna bastante similares. En tierra, los biomas están separados principalmente por la latitud. Los biomas terrestres que se encuentran dentro de los círculos polares ártico y antártico están relativamente desprovistos de vida vegetal y animal, mientras que la mayoría de los biomas más poblados se encuentran cerca del ecuador.

Variación anual

Biosferas artificiales

Se han creado biosferas experimentales, también llamadas sistemas ecológicos cerrados, para estudiar los ecosistemas y el potencial para albergar vida fuera de la Tierra. Estos incluyen naves espaciales y los siguientes laboratorios terrestres:

• Biosfera 2 en Arizona, Estados Unidos, 3,15 acres (13.000 m ).
• BIOS-1, BIOS-2 y BIOS-3 en el Instituto de Biofísica de Krasnoyarsk, Siberia, en lo que entonces era la Unión Soviética.
• Biosphere J (CEEF, Instalaciones de Experimento de Ecología Cerrada), un experimento en Japón.
• Micro-Ecological Life Support System Alternative (MELiSSA) en la Universitat Autònoma de Barcelona

Biosferas extraterrestres

No se han detectado biosferas más allá de la Tierra; por lo tanto, la existencia de biosferas extraterrestres sigue siendo hipotética. La hipótesis de la Tierra rara sugiere que deberían ser muy raros, excepto los compuestos solo de vida microbiana. Por otro lado, los análogos de la Tierra pueden ser bastante numerosos, al menos en la Vía Láctea, dada la gran cantidad de planetas. Tres de los planetas descubiertos que orbitan TRAPPIST-1 posiblemente podrían contener biosferas. Dada la comprensión limitada de la abiogénesis, actualmente se desconoce qué porcentaje de estos planetas realmente desarrollan biosferas.

Sobre la base de las observaciones del equipo del Telescopio Espacial Kepler, se ha calculado que, siempre que la probabilidad de abiogénesis sea superior a 1 a 1000, la biosfera alienígena más cercana debería estar a 100 años luz de la Tierra.

También es posible que en el futuro se creen biosferas artificiales, por ejemplo con la terraformación de Marte.