Mikä on biosfääri?
Biosfäärin – eli elämän alueen – nimesi Eduard Suess vuonna 1875, mutta se kuvailtiin käsitteenä täydellisesti vasta Wladimir Vernadskin teoksessa 1920-luvulla. Biosfääri koostuu biomeista eli biofyysisistä vyöhykkeistä, jotka ovat täynnä monia ekosysteemejä. Kukin ekosysteemi koostuu monimutkaisesta joukosta lajeja, jotka ovat sopeutuneet vallitseviin olosuhteisiin merenpohjasta maan pinnalle ja korkeimpien vuorten yläpuolelle. Siihen kuuluu elämänmuotoja, joiden koko vaihtelee mikroskooppisen pienistä bakteereista valtavaan sinivalaaseen. Vaikka biosfääri on säilynyt miljardeja vuosia, se on kärsinyt geologisen menneisyyden aikana viidestä joukkosukupuutosta, ja nyt se kohtaa ihmisen toiminnasta johtuvia eksistentiaalisia uhkia lajien monimuotoisuudelle.
Miten biosfääri toimii?
Maailman elämän evoluution aikana alkukantaisista eliöistä nykyiseen joukkoon kaikki elämänmuodot ovat keksineet tapoja hankkia energiaa, hankkia ravintoaineita orgaanisten molekyylien rakentamista varten ja lisääntyä. Auringon energiaa keräävät fotosynteettiset eliöt, joita kutsutaan autotrofeiksi eli tuottajiksi ja jotka voivat valjastaa aurinkoenergian muuntamaan epäorgaanisia molekyylejä orgaanisiksi molekyyleiksi – elämän rakennusaineiksi. Nämä orgaaniset molekyylit varastoivat energiaa, ja muut kuin fotosynteettiset eliöt, joita kutsutaan heterotrofeiksi eli kuluttajiksi, kuluttavat niitä. Tämän näennäisen yksinkertaisen prosessin – esimerkiksi peurojen syömä ruoho – kehittyminen kesti miljardeja vuosia. Evoluutioprosessin kautta lajit monipuolistuvat täyttääkseen tarjolla olevat olemassaolomahdollisuudet, jolloin syntyy jatkuvasti muuttuva joukko kasveja ja eläimiä, joita löytyy maapallon biomeista tundrasta sademetsiin.
Elämän monimuotoisuus
Koralliriutta Papua-Uudessa-Guineassa. Koralliriuttoja kutsutaan joskus valtamerten sademetsiksi, koska niiden sisältämä elämä on erittäin runsasta. Kaikkiaan koralliriutoilla on havaittu 90 000 ainutlaatuista merikasvi- ja eläinlajia.
Elämää on kaikkialla maapallolla, mutta biologinen tuottavuus vaihtelee suuresti aavikoista sademetsiin. Noin 1,9 miljoonaa lajia on nimetty, mutta maapallon biologisen monimuotoisuuden muodostavat arviolta viidestä kolmeenkymmeneen miljoonaa lajia tai enemmän. Monet tunnistamattomista lajeista elävät erityisen vaikeapääsyisissä paikoissa, kuten Etelämantereen valtameriympäristöissä, tai extremofiilit, jotka elävät siellä, missä on erittäin kuuma, kylmä tai hapan. Jalkojen ja meren alla kuhisee tuhansia, ellei jopa miljoonia erilaisia eliöitä, joista monet ovat tunnistamattomia, koska aikaa ja huomiota ei ole vain ollut riittävästi kaikkien näiden pienten elämänmuotojen selvittämiseen.
Fytomassan eli kasvien massan arvioidaan olevan noin 500-800 GtC (miljardia tonnia hiiltä). Heterotrofisten eliöiden massaa koskevia arvioita hallitsevat suuret epävarmuustekijät, jotka koskevat maaperässä, syvällä maaperän alla ja valtamerten sedimenteissä elävien eliöiden massaa. Prokaryootit, yksinkertaiset organismit, joilla ei ole omaa ydintä (bakteerit ja arkeotit), voivat yksinään olla massaltaan yhtä suuria kuin kasvit. Muiden heterotrofisten maa- ja merieliöiden kuin prokaryoottien osuus kokonaismassasta on suhteellisen pieni. Arviot biosfäärin kokonaismassasta ovat yli 1 TtC (triljoona tonnia C:tä) ja ehkä jopa 4 TtC.
Metsä Blue Mountainsissa Australiassa. Suuri osa maailman biologisesta monimuotoisuudesta sijaitsee ympäri maapalloa hajallaan olevissa sademetsissä. Huolimatta sademetsien elintärkeästä merkityksestä ihmiselämälle ja koko maapallon järjestelmälle ne ovat jatkuvassa vaarassa ihmisten toimesta, jotka valtaavat näitä elämän kyllästämiä metsiä maanviljelyyn ja muuhun käyttöön.
Miten biosfääri muuttuu?
Evoluutioprosessin kautta maapallon lajien joukko muuttuu jatkuvasti. Geologisen ajan kuluessa on kuollut sukupuuttoon enemmän lajeja kuin nykyään on olemassa. Dramaattinen esimerkki tästä muutoksesta ovat menneet sukupuuttoon kuolemisen tapahtumat. Paleobiologit ja geologit ovat koonneet geologisesta aineistosta todisteita viidestä joukkosukupuutostapahtumasta, jotka ovat vähentäneet maapallon biologisen monimuotoisuuden osalle sen koko potentiaalista. Merkittävä esimerkki on 65 miljoonaa vuotta sitten tapahtunut joukkosukupuutto, joka ajoittui samaan aikaan dinosaurusten aikakauden päättymisen kanssa.
Massasukupuuttoihin liittyy keskeisesti elämän perustavanlaatuisten fysikaalisten ja kemiallisten tekijöiden äkillinen muutos. Jokaisen joukkosukupuuton jälkeen elämän monimuotoisuus palautuu hitaasti täyttämään maapallon ympäristössä käytettävissä olevan ekotilan. Tämä prosessi voi kestää miljoonia vuosia.
Mahdollisia syitä menneisyydessä tapahtuneisiin joukkosukupuuttoihin ovat olleet massiiviset ja pitkäkestoiset tulivuorenpurkaukset sekä komeettojen ja/tai asteroidien törmäykset, jotka molemmat aiheuttavat ilmakehän muuttumista, koska lentoon lennätetyt roskat estävät auringonvaloa. Jatkuva tai hyvin nopea ilmastonmuutos ja merenpinnan korkeuden muutos ovat myös mahdollisia selityksiä menneisyyden joukkokuolemille.
Viimeisimmän jääkauden jälkeen maankäyttöä muuttava ihmistoiminta on ollut dramaattinen tekijä lajien elinympäristöjen tuhoutumisessa. Esimerkiksi noin 35 prosenttia jäättömästä maasta on omistettu ihmisen harjoittamalle maanviljelylle, ja tämän laajentumisen seurauksena lajit pakotetaan ympäristöihin, joissa ne soveltuvat huonosti selviytymään. Teollisen vallankumouksen jälkeen ihmisen toiminta on muuttanut ilman ja veden laatua ja pakottaa muuttamaan ilmastoa. Nämä tekijät vaikuttavat maankäytön muutoksen lisäksi monimutkaisella tavalla biologiseen monimuotoisuuteen. Monet tutkijat pitävät nykyistä aikakauttamme kuudentena joukkokuolemana. Arvio tulevasta ilmastonmuutoksesta johtuvasta sukupuuttoon kuolemisesta (ennusteiden mukaan 3,6-5,4 celsiusastetta), kun siihen yhdistetään muut ihmisen vaikutukset biologiseen monimuotoisuuteen, osoittaa, että 20-30 prosenttia nykyisin tunnetuista tunnistetuista lajeista voisi kadota yhdessä niiden tarjoamien ekosysteemipalvelujen kanssa.
JOURNAL ACTIVITY
Materiaalit: Muistikirja, paperi ja kynä tai oma tietokoneen tiedosto, jossa voit säilyttää työsi.
- Poimi yksi tai useampi Biosfääri-kysymys.
- Kirjoita ylös tai luonnostele vastauksesi oman ymmärryksesi pohjalta etsimättä mitään.
- Kysy joltain perheenjäseneltä, ystävältä tai opettajalta sama(t) kysymys(t) ja kirjoita ylös tai luonnostele heidän vastauksensa.
- Mitä yhteisiä ajatuksia keräämissäsi vastauksissa on? Kirjoita tai luonnostele yhteiset teemat/ajatukset.
- Keksi oma strategiasi syvemmälle (kysy tutkijalta, tutustu yliopistojen ja valtion virastojen, kuten NASA:n ja NOAA:n, verkkosivuihin, käy kirjastossa, suunnittele ja suorita koe jne.), kunnes olet vakuuttunut siitä, että vastauksessa on jotain järkeä.
- Kerro yhteenvetona siitä, mitä tiedetään ja mitä ei tiedetä kysymyksen aihepiiristä (kysymyksistä). Merkitse myös, mitä todisteita on olemassa sen tueksi, mitä tiedetään, ja miten todisteet on saatu.
- Luokittele saamasi vastaus asteikolla 1-10, jossa 1 on heikko ja sisältää paljon epävarmuutta, 10 on täydellinen.