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Qu’est-ce que la biosphère ?

La biosphère – la sphère de la vie – a été nommée par Eduard Suess en 1875 mais n’a pas été complètement décrite en tant que concept avant les travaux de Vladimir Vernadsky dans les années 1920. La biosphère est constituée de biomes, ou zones biophysiques, remplis de nombreux écosystèmes. Chaque écosystème est composé d’un ensemble complexe d’espèces adaptées aux conditions dominantes, du fond des océans à la surface de la terre, en passant par les plus hautes montagnes. Il comprend des formes de vie dont la taille varie de la bactérie microscopique à la gargantuesque baleine bleue. Bien que persistante depuis des milliards d’années, la biosphère a été frappée par cinq extinctions massives dans le passé géologique et fait maintenant face à des menaces existentielles pour la diversité des espèces en raison de l’activité humaine.

Comment fonctionne la biosphère ?

Tout au long de l’évolution de la vie sur Terre, des organismes primitifs à l’ensemble actuel, toutes les formes de vie ont trouvé des moyens d’obtenir de l’énergie, d’acquérir des nutriments pour construire des molécules organiques et de se reproduire. L’énergie du soleil est captée par des organismes photosynthétiques appelés autotrophes, ou producteurs, qui peuvent exploiter l’énergie solaire pour convertir des molécules inorganiques en molécules organiques – les éléments constitutifs de la vie. Ces molécules organiques stockent l’énergie et sont consommées par d’autres organismes non photosynthétiques appelés hétérotrophes, ou consommateurs. Ce processus apparemment simple – l’herbe est mangée par les cerfs, par exemple – a mis des milliards d’années à se développer. Grâce au processus d’évolution, les espèces se diversifient pour remplir les possibilités d’existence disponibles, créant un ensemble toujours changeant de plantes et d’animaux que l’on trouve dans les biomes de la Terre, de la toundra aux forêts tropicales.

Diversité de la vie

Récif de corail en Papouasie-Nouvelle-Guinée. Les récifs coralliens sont parfois appelés la forêt tropicale de l’océan en raison de la surabondance de vie qu’ils renferment. Au total, 90 000 espèces uniques de plantes et d’animaux marins ont été identifiées dans les récifs coralliens.

La vie est omniprésente sur Terre, mais la productivité biologique varie considérablement des déserts aux forêts tropicales. Quelque 1,9 million d’espèces ont été nommées, mais on estime que cinq à trente millions d’espèces ou plus composent la biodiversité de la Terre. Beaucoup d’espèces non identifiées se trouvent dans des endroits particulièrement difficiles d’accès, comme les milieux océaniques de l’Antarctique, ou des extrêmophiles vivant là où il fait intensément chaud ou froid ou acide. Sous le pied et sous la mer, des milliers, voire des millions d’organismes différents grouillent, beaucoup sont non identifiés car on n’a tout simplement pas eu assez de temps et d’attention pour trier toutes ces petites formes de vie.

La phytomasse, ou la masse des plantes, est estimée à environ 500 à 800 GtC (milliards de tonnes de carbone). Les estimations de la masse des hétérotrophes sont dominées par de grandes incertitudes concernant la masse des organismes vivant dans le sol, dans les profondeurs du sol et dans les sédiments océaniques. Les procaryotes, organismes simples sans noyau (bactéries et archées), peuvent à eux seuls atteindre une masse égale à celle des plantes. Les hétérotrophes terrestres et océaniques autres que les procaryotes représentent une contribution relativement faible à la masse totale. Les estimations de la masse totale de la biosphère sont supérieures à 1 TtC (trillion de tonnes de C) et peut-être même à 4 TtC.

Forêt humide dans les Blue Mountains, en Australie. Une grande partie de la biodiversité mondiale se trouve dans les forêts tropicales éparpillées sur le globe. Malgré l’importance vitale des forêts tropicales pour la vie humaine et le système terrestre dans son ensemble, elles sont constamment menacées par les humains qui s’approprient ces forêts saturées de vie pour l’agriculture et d’autres usages.

Comment la biosphère change-t-elle ?

La suite d’espèces sur Terre à un moment donné change continuellement grâce au processus d’évolution. Au cours des temps géologiques, plus d’espèces se sont éteintes qu’il n’en existe aujourd’hui. Les événements d’extinction passés sont un exemple dramatique de ce changement. Les paléobiologistes et les géologues ont rassemblé dans les archives géologiques les preuves de cinq extinctions massives qui ont réduit la biodiversité de la Terre à une partie de son plein potentiel. Un exemple notable est l’extinction massive d’il y a 65 millions d’années qui a coïncidé avec la fin de l’âge des dinosaures.

Un changement brusque des facteurs physiques et chimiques fondamentaux pour la vie est la clé des extinctions massives. Après chaque extinction massive, la diversité de la vie se rétablit lentement pour remplir l’espace écologique disponible dans l’environnement de la Terre. Ce processus peut prendre des millions d’années d’évolution.

Les causes potentielles d’extinctions massives dans le passé incluent des éruptions volcaniques massives et soutenues et des impacts de comètes et/ou d’astéroïdes – les deux provoquant une altération conséquente de l’atmosphère par les débris projetés qui bloquent la lumière solaire entrante. Un changement climatique soutenu ou très rapide et une modification du niveau de la mer sont également des explications possibles des extinctions de masse passées.

Depuis la dernière période glaciaire, l’activité humaine modifiant l’utilisation des terres a été un facteur dramatique dans la perturbation de l’habitat des espèces. Par exemple, environ 35 % des terres libres de glace sont consacrées à l’agriculture humaine et, en conséquence de cette expansion, les espèces sont contraintes de vivre dans des environnements dans lesquels elles sont mal adaptées pour survivre. Depuis la révolution industrielle, l’activité humaine a modifié la qualité de l’air et de l’eau et entraîne un changement de climat. Ces facteurs, auxquels s’ajoute le changement d’affectation des sols, interagissent de manière complexe pour affecter la biodiversité. De nombreux scientifiques considèrent que l’époque actuelle correspond à une sixième extinction de masse. Une estimation de l’extinction due aux changements climatiques futurs (projetés dans une fourchette de 3,6 à 5,4 deg F), lorsqu’elle est aggravée par d’autres impacts humains sur la biodiversité, constate que 20 à 30 % des espèces identifiées connues aujourd’hui pourraient être perdues ainsi que les services écosystémiques qu’elles fournissent.

ACTIVITÉ DE JOURNAL

Matériels : Cahier, papier et crayon ou fichier informatique dédié où vous pourrez conserver votre travail.

1. Posez une ou plusieurs des questions sur la biosphère.
2. Écrivez ou esquissez vos réponses en vous basant sur votre propre compréhension sans rien chercher.
3. Demandez la ou les mêmes questions à un membre de votre famille, un ami ou un enseignant et écrivez ou esquissez leurs réponses.
4. Quelles sont les idées communes dans les réponses que vous avez recueillies ? Écrivez ou esquissez les thèmes/idées communs.
5. Mettez au point votre propre stratégie pour creuser davantage (demandez à un scientifique, consultez les sites Web des universités et des agences gouvernementales comme la NASA et la NOAA, allez à la bibliothèque, concevez et réalisez une expérience, etc.) jusqu’à ce que vous soyez convaincu que la réponse a du sens pour vous.
6. Sommairez ce qui est connu et inconnu sur le sujet de la ou des questions. Notez également les preuves à l’appui de ce qui est connu et comment ces preuves ont été obtenues.
7. Évaluez la réponse que vous avez trouvée sur une échelle de 1 à 10, 1 étant faible avec beaucoup d’incertitude, 10 étant parfait.

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