Bioszféra

A bioszféra fogalma

Biológiai értelemben a bioszféra a Föld összes ökológiai rendszere együtt, amely nem csak az összes élőlényt tartalmazza, hanem az élőlények egymás közötti és élettelen környezettel való kapcsolatait is. A bioszféra szóból a szféra rész burkot jelent, amely a Föld három burkára utal; a levegő-, a víz- és a kőzetburokra. Ez a három burok jól elkülönül egymást, viszont a bioszféra nem, mivel csak részben van átfedésben a három földrajzi értelemben vett burokkal. A bioszféra fogalmának eltérő jelentése lehet más, a biológiánál kisebb tudományterületeken.

 

 

A bioszféra kiterjedése és az élőlények térbeli eloszlása

A bioszféra pontos kiterjedését nehéz körülhatárolni, mivel egy szélsőséges helyen észlelt élőlény nem feltétlen jelenti azt, hogy az élőlény képes lenne túlélni az észlelés helyén tartósan. A Föld felszíne mentén az Északi-sarkvidéktől a Déli-sarkvidékig élnek élőlények. Erősen leegyszerűsítve, az Egyenlítőtől a két Sarkvidék felé haladva egyre kevesebb élőlényt találunk az élőlények különböző társulásaiban. Függőleges irányban észleltek már karvalykeselyűt 11 km magasan, illetve a légburok nagyobb magasságaiban is találhatóak mikrobák. Halak élnek 8 km mélyen az óceánban, illetve a Föld legmélyebb óceáni árkában, a Mariana-árokban, szintén mikrobákat fedeztek fel. Mikrobák élnek az Antarktisz sok helyen több kilométer vastag jégmezői alatt. A legújabb tudományos eredmények azt mutatják, hogy messze a felszíntől, a kőzetburok mélyen is számottevő mennyiségű mikroba él. Megint csak leegyszerűsítve, a tengerszint környékén több élőlény található, mint a szárazföldön és levegőburokban felfele, illetve a kőzetburokban és vízburokban lefele haladva.

A bioszféra eredete és evolúciója

A bioszféra kora kézenfekvő módon egyidős a földi élettel. Az élet kezdetének hozzávetőleges időpontjára csak különböző, biológiai eredetű szervetlen anyagnyomokból lehet következtetni. A legrégebbi ilyen anyagnyom, amit széleskörben elfogadnak, mint bizonyíték, a 3,7 milliárd éves biológiai eredetű grafit Grönlandról. Vannak 4 milliárd évnél idősebb anyagnyomok is, amik feltételezhetően élőlények hoztak létre, de ezek biológiai eredete jól vitatottabb. A bioszféra az élőlények összetettségének növekedésével együtt lett egyre inkább kiterjed és összetett. Az első élőlények egyszerűbb felépítésű sejtek (prokarióták) voltak, amelyek a tengerben éltek, majd ezek az egyszerűbb sejtek, illetve a belőlük kifejlődött bonyolultabb felépítésű sejtek (eukarióták) és többsejtű élőlények innen népesítették be a szárazföldeket.

A bioszféra energia háztartása

A bioszférát alkotó egyed feletti szerveződési szintek, mint például a társulások, képe rendkívül változatos, ezért az élőlények mennyisége, eloszlása és ökológiai kapcsolataik bonyolultsága szintén nagyon sokszínű a Földön. Ha ettől eltekintünk, és egy egységes ökológiai rendszerként tekintünk a bioszférára, akkor a bioszféra az anyagáramlás szempontjából zárt rendszernek tekinthető. Tehát minimális anyag érkezik a bioszférába a világűrből, és minimális anyag távozik belőle a világűrbe. Az energia tekintetében viszont nyitott rendszer. A bioszférába folyamatosan érkezik a napenergia. Egyes élőlények egy biokémiai folyamattal, a fotoszintézissel, képesek megkötni a napenergiát. A fotoszintézissel energiát megkötő élőlények ökológiai szempontból a termelők közé tartoznak. A termelők döntő része napenergia segítségével állítja elő szervetlen szénvegyületekből az élőlényeket felépítő szerves szénvegyületeket, és csak jóval kisebb részük használ ehhez kémiai energiaforrásokat. A termelők által előállított szerves szénvegyületeket veszi fel közvetlenül vagy közvetve a többi élőlény, amelyeket a fogyasztó és a lebontó élőlények ökológiai kategóriájába sorolunk. A bioszféra összes termelője hozzávetőleges becslések alapján 8500 millió TJ napenergiát köt meg évente, amit a bioszféra összes élőlénye együttesen gyakorlatilag maradéktalanul elhasznál az élettevékenységeihez. Összehasonlításképp az emberiség éves energia fogyasztását 580 millió TJ-ra becsülik, ami nem sokkal kevesebb, mint a tizede a teljes bioszféra biológiai energiaigényének. A Nap szolgáltatja az összetett földi élethez szükséges hatalmas mennyiségű energiának a döntő részét.

A bioszféra biomasszája

A biomassza az összes élőlény vagy az élőlények egy részének szerves anyag tartalma egy adott területen vagy ökológiai rendszerben. A szerves anyag tartalmat ki lehet fejezni a szerves anyagok teljes tömegével, a bennük megtalálható szén tömegével vagy az energia tartalmukkal. Becslések szerint a bioszférában megtalálható összes élőlény biomasszája 550 milliárd tonna szenet (gigatonna szén, Gt C) tartalmaz. A prokarióták (baktériumok és kékmoszatok) biomasszája 77 Gt C, az egysejtű eukariótáké 4 Gt C, a gombáké 12 Gt C, a növényeké 450 Gt C és az állatoké 2 Gt C. Tehát a termelők, azaz a növények, illetve a prokarióták és az egysejtű eukarióták egy részének, a biomasszája egy nagyságrenddel nagyobb a fogyasztók és lebontók közé tartozó összes többi élőlény egyesített biomasszájánál. A gombák és a növények biomasszájának döntő része a szárazföldeken található meg. Az egysejtű eukarióták és állatok biomasszája inkább a tengervízbe összpontosul. Bár a prokarióták biomasszájának becslésében lényegesen nagyobb a bizonytalanság, mint más élőlénycsoportok esetében, azt feltételezik, hogy a prokarióták biomasszájának döntő része a kőzetburok mélyebb részeiben található meg.

Az ember hatása a bioszférára

Több mint 8 milliárd ember él a Földön, és az emberek összesített biomasszája 0,06 Gt C. Az ember által tartott haszonállatok jó része emlős, és ezek biomasszája 0,1 Gt C. Ezzel szemben a vadon élő emlősállatoké csak 0,007 Gt C. Az ember elterjedése előtti időszakban, 60-70 ezer évvel ezelőtt, a vadon élő emlősök biomasszája 0,2 Gt C volt. A természetes élőhelyek területének csökkenése nem csak az emlősöket, hanem más élőlényeket és azok biomasszáját is érinti. Például a nagyléptékű erdőirtások nem csak az erdőben élő összes élőlény természetes élőhelyét pusztítják el, hanem csökkentik a növények biomasszáját is. Hiába termesztenek az erdők eredeti területén növényeket, a termesztett növények ültetvényei a legjobb esetben is csak rendkívül alacsony ökológiai sokféleséggel jellemezhető társulásnak foghatóak fel, amelyeknek biomasszája lényegesen kisebb az eredeti erdő biomasszájánál.

Ha a bioszféra egy évi összes energia fogyasztását elosztjuk a biomassza összesített szén tartalmának tömegével, akkor 1 kg szén tartalmú biomassza fenntartására (kg C) évente átlagosan nagyjából 15 ezer kJ energia fogy el. Ugyanez a mérőszám az ember esetében, figyelembevéve a állattenyésztést is, 3600 ezer kJ energia / kg C. Az ember melegvérű emlősállat, így nagyjából egy nagyságrenddel több energiát fogyaszt el egy év alatt 1 kg széntartalomra levetítve, mint a bioszféra átlaga. Ezt a szűkebben vett biológiai igényekre felhasznált energiát levonva az összes emberi energia fogyasztásból, még mindig 3450 ezer kJ / kg C / év energia marad. Tehát az emberi energia túlfogyasztás nagyjából a 230-szorosa a bioszféra átlagos, éves, széntartalomra levetített energiaigényének. Az energia túlfogyasztás egy része tágabb értelemben vett biológiai igényeket elégít ki, mint például a klimatizált környezet fenntartása, vagy az állattenyészés. Más része nem biológiai igényeket szolgál, ilyen például az utazgatás belső égésű motorokkal hajtott közlekedési eszközökkel.