محيط حيوي

يعرف الجيوكيميائيون المحيط الحيوي بأنه المجموع الكلي للكائنات الحية ("الكتلة الحيوية"أو"بيوتا"كما أشار علماء الأحياء وعلماء البيئة). بهذا المعنى، فإن المحيط الحيوي ليس سوى واحد من أربعة مكونات منفصلة للنموذج الجيوكيميائي، والثلاثة الأخرى هي الغلاف الأرضي, الغلاف المائي، والغلاف الجوي. عندما يتم الجمع بين هذه المجالات المكونة الأربعة في نظام واحد، فإنه يعرف باسم المحيط. وقد صاغ هذا المصطلح خلال 1960 ويشمل كلا من المكونات البيولوجية والفيزيائية للكوكب.[7]

المؤتمر الدولي الثاني حول أنظمة الحياة المغلقة بيوسفيريكس كما العلم والتكنولوجيا من النظير ونماذج من الأرضالمحيط الحيوي؛ أي المحيط الحيوي الاصطناعي الشبيه بالأرض.[8] قد يشمل البعض الآخر إنشاء محيطات حيوية اصطناعية غير أرضية-على سبيل المثال، محيطات حيوية محورها الإنسان أو مواطن المريخ المحيط الحيوي-كجزء من موضوع بيوسفيريكس. 

حفرية ستروماتوليت تقدر بعمر 3.2-3.6 مليار سنة

أقرب دليل ل الحياة على الأرض يشمل بيوجينيك الجرافيت وجدت في 3.7 مليار سنة الصخور الرسوبية المتحولة من غرب جرينلاند[9] وحصيرة الميكروبية الحفريات وجدت في 3.48 مليار سنة الحجر الرملي من أستراليا الغربية.[10][11] في الآونة الأخيرة، في عام 2015، «بقايا الحياة الحيوية» تم العثور عليها في 4.1 صخور عمرها مليار عام في غرب أستراليا.[12][13] في عام 2017، متحجر مفترض الكائنات الدقيقة (أو الأحافير الدقيقة تم الإعلان عن اكتشافه في ترسب التهوية الحرارية المائية في الحزام نوففواجيتوق من كيبيك، كندا التي كانت قديمة قدم 4.28 مليار سنة، أقدم سجل للحياة على الأرض، مما يشير إلى «ظهور فوري تقريبا للحياة» بعد تكوين المحيطات قبل 4.4 مليار سنة، ولم يمض وقت طويل بعد تشكيل الأرض 4.54 قبل مليار سنة.[14][15][16][17] وفقا لعالم الأحياء ستيفن بلير هيدجز، «إذا نشأت الحياة بسرعة نسبية على الأرض ثم يمكن أن يكون شائعا في الكون.»[12]

نسر ركبل

زينوفيوفور، كائن حي باروفيليك ، من غالاباغوس المتصدع.

كل جزء من الكوكب، من المناطق القطبية الجليدية إلى خط الاستواء، ملامح الحياة من نوع ما موجودة في غالبية المناطق. التطورات الحديثة في الميكروبيولوجيا قد أثبتت أن الميكروبات تعيش عميقا تحت سطح الأرض، وأن الكتلة الإجمالية للحياة الميكروبية في ما يسمى ب «مناطق غير صالحة للسكن» في الكتلة الحيوية، تتجاوز كل الحياة الحيوانية والنباتية على السطح. من الصعب قياس السماكة الفعلية للمحيط الحيوي على الأرض. الطيور تطير عادة على ارتفاعات عالية مثل 1,800 متر (5,900 قدم؛ 1.1 ميل) والأسماك تعيش بقدر 8,372 متر (27,467 قدم؛ 5.202 ميل) تحت الماء في خندق بورتو ريكو.[18]

هناك أمثلة أكثر تطرفًا للحياة على هذا الكوكب: تم العثور على نسر روبل على ارتفاعات 11,300 متر (37,100 قدم؛ 7.0 ميل)؛ يهاجر الأوز ذو الرأس العريض على ارتفاعات لا تقل عن 8,300 متر (27,200 قدم؛ 5.2 ميل)؛ تعيش الياك على ارتفاعات تصل إلى 5,400 متر (17,700 قدم؛ 3.4 ميل) فوق مستوى سطح البحر؛ يعيش الماعز الجبلي 3,050 متر (10,010 قدم؛ 1.90 ميل). تعتمد الحيوانات العاشبة في هذه المرتفعات على الأشنات والأعشاب والأعشاب.

تعيش أشكال الحياة في كل جزء من المحيط الحيوي للأرض، بما في ذلك التربة والينابيع الساخنة وداخل الصخور على الأقل 12 ميل (19 كـم) تحت الأرض، وأعمق أجزاء المحيط، وما لا يقل عن 40 ميل (64 كـم) عالية في الغلاف الجوي.[19] [20] [21] وقد لوحظ أن الكائنات الحية الدقيقة، في ظل ظروف اختبار معينة، تعيش في فراغ الفضاء الخارجي.[22] [23] تقدر الكمية الإجمالية للتربة والكربون البكتيري الجوفي بـ 5 × 10 ¹⁷ جم، أو «وزن المملكة المتحدة».[19] كتلة الكائنات الحية الدقيقة بدائيات النوى التي تشمل البكتيريا والعتائق، ولكن ليس الكائنات الدقيقة النواة النواة قد تصل إلى 0.8 تريليون طن من الكربون (من إجمالي كتلة المحيط الحيوي، تقدر بين 1 و4 تريليون طن).[24] تم العثور على الميكروبات البحرية المحبة للباروفيليا 10,000 متر (33,000 قدم؛ 6.2 ميل) في خندق ماريانا، أعمق بقعة في محيطات الأرض.[25] في الواقع، تم العثور على أشكال الحياة أحادية الخلية في أعمق جزء من خندق ماريانا، بواسطة تشالنجر ديب، على أعماق 11,034 متر (36,201 قدم؛ 6.856 ميل).[26] [27] [28] أفاد باحثون آخرون بدراسات ذات صلة بأن الكائنات الحية الدقيقة تزدهر داخل الصخور حتى 580 متر (1,900 قدم؛ 0.36 ميل) تحت قاع البحر تحت 2,590 متر (8,500 قدم؛ 1.61 ميل) من المحيط قبالة سواحل شمال غرب الولايات المتحدة، [27] [29] وكذلك 2,400 متر (7,900 قدم؛ 1.5 ميل) تحت قاع البحر قبالة اليابان.[30] تم استخراج الميكروبات المحبة للحرارة القابلة للزراعة من النوى التي تم حفر أكثر من 5,000 متر (16,000 قدم؛ 3.1 ميل) في القشرة الأرضية في السويد، [31] من الصخور بين 65–75 °م (149–167 °ف). تزداد درجة الحرارة مع زيادة العمق في القشرة الأرضية. يعتمد معدل ارتفاع درجة الحرارة على العديد من العوامل، بما في ذلك نوع القشرة (القارية مقابل المحيطية)، ونوع الصخور، والموقع الجغرافي، وما إلى ذلك. أعلى درجة حرارة معروفة يمكن أن توجد فيها الحياة الميكروبية هي 122 °م (252 °ف)، ومن المحتمل أن حدود الحياة في «المحيط الحيوي العميق» يتم تحديدها بواسطة درجة الحرارة بدلاً من العمق المطلق. في 20 أغسطس 2014، أكد العلماء وجود الكائنات الحية الدقيقة التي تعيش 800 متر (2,600 قدم؛ 0.50 ميل) تحت جليد القارة القطبية الجنوبية.[32] [33] وفقًا لأحد الباحثين، «يمكنك العثور على الميكروبات في كل مكان فهي قابلة للتكيف للغاية مع الظروف، وتعيش أينما كانت.» [27]

ينقسم المحيط الحيوي على الأرض إلى عدد من المناطق الأحيائية، يسكنها نباتات وحيوانات متشابهة إلى حد ما، يتم فصل المناطق الأحيائية بشكل أساسي عن طريق خطوط العرض. تعد المناطق الأحيائية الأرضية الواقعة داخل دوائر القطب الشمالي والقطب الجنوبي جرداء نسبيًا من الحياة النباتية والحيوانية، بينما تقع معظم المناطق الأحيائية الأكثر اكتظاظًا بالسكان بالقرب من خط الاستواء.