Open Geography

Biosféra

aktualizováno

Biosféra je souhrn všech živých organismů na Zemi a prostředí, ve kterém žijí: prostor, kde se vyskytuje život, od hlubokých oceánských příkopů po vrstvy hornin několik kilometrů pod povrchem a po spodní část atmosféry. Celková biomasa se odhaduje na asi 550 miliard tun uhlíku, z toho přibližně 450 miliard tun tvoří rostliny.1 Pojem zavedl roku 1875 rakouský geolog Eduard Suess.

Co je biosféra

Biosféra je souhrn všech živých organismů na Zemi a prostředí, v němž žijí. Zahrnuje všechny ekosystémy, od lesů a luk po oceány, jeskyně a půdu. Název pochází z řeckého bios („život“) a sphaira („koule“). Dnes se pojem používá ve dvou významech: jako část planety, kde se vyskytuje život, a jako souhrn všech živých organismů.21

Termín biosféra poprvé použil roku 1875 rakouský geolog Eduard Suess v knize o vzniku Alp, kde jím označil část zemského povrchu osídlenou životem. Jako ucelený vědecký koncept ho ve dvacátých letech 20. století rozvinul ruský geochemik Vladimir Vernadskij, který ukázal, že živé organismy jsou geologickou silou, která mění složení atmosféry, oceánů i hornin.202223 V roce 1974 přišli James Lovelock a Lynn Margulisová s hypotézou Gaia, podle níž biosféra aktivně pomáhá udržovat podmínky vhodné pro život.2

Biosféra je jednou z pěti sfér, které zkoumá fyzická geografie, vedle litosféry, hydrosféry, atmosféry a pedosféry. Žije v nich a mění je: dýchatelný vzduch, půda i složení oceánů jsou do značné míry dílem organismů.

Kde život končí

Biosféra je překvapivě tlustá, ale jako celek velmi tenká: žije se hlavně u povrchu, v půdě, v nejsvrchnější vrstvě oceánu a ve spodní části atmosféry. Přesto se život vyskytuje i v extrémních prostředích. Omezujícím činitelem je spíše teplota než tlak nebo hloubka. Nejvyšší teplotu, při které bylo prokázáno množení buněk, naměřili Takai a kol. (2008) u archeonu z hlubokomořského hydrotermálního komínu: 122 °C.3

Velká část života žije skrytě pod povrchem. Podle Magnabosca a kol. (2018) obsahuje podpovrchová biosféra pevnin, tedy póry a trhliny v horninách až do hloubky několika kilometrů, odhadem řádově 10²⁹ buněk, převážně bakterií a archeí.4 Na rozdíl od zbytku biosféry nezávisí na slunečním světle, ale na chemické energii z hornin.

Kolik je života na Zemi

Rozložení biomasy, tedy celkové hmoty živých organismů, spočítali Bar-On, Phillips a Milo (2018). Celková biomasa Země odpovídá asi 550 miliardám tun uhlíku (Gt C). Z toho činí rostliny přibližně 450 Gt C (zhruba 82 %), bakterie asi 70 Gt C, houby asi 12 Gt C, archea asi 7 Gt C, prvoci a další protisté asi 4 Gt C a živočichové asi 2 Gt C. Viry mají asi 0,2 Gt C.1

Téměř všechna biomasa je na souši: asi 470 Gt C, zatímco v oceánu jen asi 6 Gt C, a to proto, že oceánskou produkci tvoří drobný plankton, který se rychle obmění a málo se hromadí.1 Lidé tvoří jen asi 0,06 Gt C, hospodářská zvířata asi 0,1 Gt C a všichni divocí savci asi 0,007 Gt C, takže domácí zvířata dnes převažují nad divokými mnohonásobně.1

Stromů je na Zemi podle Crowtherova mapování z roku 2015 asi 3,04 bilionu, což odpovídá zhruba 422 stromům na jednoho člověka. Jejich počet od počátku zemědělství klesl asi o polovinu.5

Mikroorganismů je nepředstavitelně mnoho. Whitman a kol. (1998) odhadli počet prokaryotických buněk na Zemi na 4 až 6 × 10³⁰.6

Energie a tok látek v biosféře

Biosféra je poháněna především slunečním zářením. Rostliny, řasy a sinice jej fotosyntézou přeměňují na chemickou energii v organických látkách a vznikají tím primární producenti. Podle odhadu Fielda a kol. (1998) činí celosvětová čistá primární produkce asi 105 miliard tun uhlíku ročně, z toho asi 56 miliard na souši a 49 miliard v oceánech.7

Energie postupuje potravními řetězci od producentů přes býložravce a masožravce k rozkladačům. Při každém přechodu se většina energie ztrácí jako teplo, proto jsou predátoři na vrcholu pyramidy vždy vzácnější než jejich kořist. Rozkladači, hlavně bakterie a houby, vracejí živiny zpět do oběhu.27

Některá společenstva, například ta kolem hlubokomořských hydrotermálních komínů, nezískávají energii ze Slunce, ale z chemických reakcí (chemosyntéza).26

Žížala obecná zpracovává organické zbytky v půdě a podílí se na koloběhu látek.Rob Hille, CC BY-SA 3.0, Wikimedia Commons

Biosféra a ostatní sféry

Biosféra není izolovaná. Mění atmosféru: kyslík v ní pochází z fotosyntézy a podle Lyonse a kol. (2014) se začal ve větším množství hromadit asi před 2,4 miliardami let.8 Vytváří půdu z hornin litosféry a ovlivňuje hydrosféru tím, že rostliny odpařují vodu a zadržují ji v krajině. Prostřednictvím koloběhu uhlíku se biosféra podílí na regulaci klimatu.

Biomy a ekoregiony

Biom je velká oblast se společným typem vegetace a podobným podnebím. Hlavní typy biomů se na Zemi střídají podle zeměpisné šířky a nadmořské výšky, protože je určuje především teplota a srážky. Nejběžnější členění vychází z práce Olsona a kol. (2001), kteří rozdělili souš na 14 biomů a 867 ekoregionů. Novější verze Dinersteina a kol. (2017) uvádí 846 ekoregionů.910

Hlavní biomy se zjednodušeně řadí od rovníku k pólům takto: tropické a subtropické deštné lesy, tropické savany a travnaté porosty, pouště a xerofilní křoviny, středomořské lesy a křoviny, listnaté a smíšené lesy mírného pásu, mírné travnaté porosty (stepi), jehličnaté lesy (tajga) a tundra. Specifické jsou horské biomy, mokřady a mangrovy. V oceánech se rozlišují například pobřežní mělčiny, korálové útesy, otevřené moře a hlubiny.10

Nejbohatší na druhy jsou biomy v okolí rovníku, nejchudší polární a pouštní. Příčinou je energie, voda a stabilní podmínky, které v tropech umožňují vznik velmi mnoha ekologických nik.28

Mapa 14 světových biomů podle klasifikace WWF v Robinsonově zobrazení.Terpsichores, CC BY-SA 3.0, Wikimedia Commons

Biogeografie: proč žijí druhy tam, kde žijí

Rozšířením organismů se zabývá biogeografie. Základy jí položil na počátku 19. století Alexander von Humboldt, který popsal vegetační pásma v Andách a vztah mezi podnebím a vegetací.24 Alfred Russel Wallace, často označovaný za otce biogeografie, shrnul roku 1876 v díle The Geographical Distribution of Animals rozdělení světa na zoogeografické oblasti a objevil takzvanou Wallaceovu linii, která odděluje faunu Asie od fauny Austrálie.25

Roku 1967 vytvořili Robert MacArthur a Edward O. Wilson teorii ostrovní biogeografie. Podle ní je počet druhů na ostrově výsledkem rovnováhy mezi přistěhováváním nových druhů a vymíráním stávajících: větší a blíže u pevniny ležící ostrovy mají druhů více.11 Tato teorie se uplatnila i v ochraně přírody, protože izolované chráněné oblasti v krajině se chovají jako ostrovy.

Další informace o biogeografii najdete v článku Fyzická geografie.

Biodiverzita

Biodiverzita neboli biologická rozmanitost zahrnuje rozmanitost druhů, genů a ekosystémů. Počet druhů na Zemi nikdo přesně nezná. Mora a kol. (2011) odhadli na základě taxonomických dat, že na Zemi žije asi 8,7 milionu druhů eukaryot (včetně asi 2,2 milionu mořských), z nichž jen malá část, kolem 1,2 milionu, je popsána.12 U mikroorganismů je odhad ještě nejistější: Locey a Lennon (2016) z vypočítaných zákonitostí usoudili, že jich může být až bilion druhů.13

Biodiverzita není jen otázka estetiky. Podle přehledu Cardinaleho a kol. (2012) ztráta druhů snižuje produktivitu a stabilitu ekosystémů a tím ohrožuje služby, které lidé z přírody mají: čistou vodu, opylování nebo úrodnou půdu.14

Letecký pohled na amazonský deštný les a řeku Solimões v Brazílii.lubasi, CC BY-SA 2.0, Wikimedia Commons

Ztráta biodiverzity a šesté vymírání

V dějinách života na Zemi proběhlo pět velkých hromadných vymírání. Barnosky a kol. (2011) srovnali současné tempo vymírání s tím, které je známé z fosilního záznamu, a došli k závěru, že pokud by byly dnes ohrožené druhy skutečně ztraceny, mohlo by se tempo přiblížit tempu velkých vymírání v řádu několika staletí.15

Ceballos a kol. (2015) odhadli, že současná míra vymírání obratlovců je podle konzervativních výpočtů výrazně vyšší než přirozená pozaďová míra, v některých odhadech až stokrát.16 Hlavními příčinami jsou přeměna krajiny, nadměrné využívání, invazní druhy, znečištění a změna klimatu. Sala a kol. (2000) označili za nejvýznamnější hrozbu pro biodiverzitu na souši právě změnu využití krajiny.17

Biosféra v Česku

V Česku se střídá několik vegetačních typů, od teplomilných doubrav a lesostepí na jižní Moravě a v Polabí přes lesy pahorkatin po horské smrčiny a alpínské bezlesí v nejvyšších polohách. Lesy zaujímaly podle údajů katastru nemovitostí z roku 2012 asi 33,75 % rozlohy země a zemědělská půda 53,6 %.18

V krajině se na biosféře výrazně podílí člověk. Mnohé z dnešních ekosystémů, například rybniční soustavy nebo louky, jsou výsledkem staletého hospodaření.29

Biosférické rezervace

Biosférická rezervace je území uznané v rámci programu UNESCO Člověk a biosféra (MAB), který byl vyhlášen na generální konferenci UNESCO v roce 1970. Na rozdíl od klasické rezervace nemá jen chránit přírodu: má propojovat ochranu přírodní a kulturní rozmanitosti, udržitelný rozvoj a výzkum a vzdělávání.19

Každá biosférická rezervace se člení na tři zóny: jádrovou (přísná ochrana), nárazníkovou (činnosti slučitelné s ochranou) a přechodovou (běžné hospodaření s důrazem na udržitelnost). V roce 2011 patřilo do světové sítě 564 rezervací ve 109 zemích, z toho šest v Česku: Šumava, Krkonoše, Křivoklátsko, Třeboňsko, Bílé Karpaty a Dolní Morava.19

Biosférická rezervace není zvláštní kategorie zákona o ochraně přírody a často se překrývá s národním parkem nebo chráněnou krajinnou oblastí, od nich se ale liší významem.19

Nejčastější omyly o biosféře

Biosféra není jen „příroda“. Zahrnuje všechny organismy včetně člověka, domácích zvířat a mikrobů, a ty tvoří hlavní část biomasy.1

Nejvíc biomasy netvoří živočichové, ale rostliny a mikroorganismy. Živočichové dohromady tvoří asi 0,4 % biomasy.1

Biosféra není totéž co biom ani ekosystém. Biom je velká oblast s typem vegetace, ekosystém je společenstvo organismů v jejich prostředí a biosféra je souhrn všech ekosystémů planety.10

Související témata

Další články: fyzická geografie (nadřazený obor), geografie, litosféra, hydrosféra, atmosféra a pedosféra.

Časté otázky

Co je biosféra?

Biosféra je souhrn všech živých organismů na Zemi a prostředí, v němž žijí. Zahrnuje všechny ekosystémy od oceánských hlubin po spodní část atmosféry.1

Reference

29 zdrojů

  1. 1Bar-On, Y. M., Phillips, R., Milo, R. (2018). The biomass distribution on Earth. PNAS 115, 6506–6511
  2. 2Lovelock, J. E., Margulis, L. (1974). Atmospheric homeostasis by and for the biosphere: the Gaia hypothesis. Tellus 26, 2–10
  3. 3Takai, K. a kol. (2008). Cell proliferation at 122 °C and isotopically heavy CH₄ production by a hyperthermophilic methanogen. PNAS 105, 10949–10954
  4. 4Magnabosco, C. a kol. (2018). The biomass and biodiversity of the continental subsurface. Nature Geoscience 11, 707–717
  5. 5Crowther, T. W. a kol. (2015). Mapping tree density at a global scale. Nature 525, 201–205
  6. 6Whitman, W. B., Coleman, D. C., Wiebe, W. J. (1998). Prokaryotes: The unseen majority. PNAS 95, 6578–6583
  7. 7Field, C. B. a kol. (1998). Primary Production of the Biosphere: Integrating Terrestrial and Oceanic Components. Science 281, 237–240
  8. 8Lyons, T. W., Reinhard, C. T., Planavsky, N. J. (2014). The rise of oxygen in Earth’s early ocean and atmosphere. Nature 506, 307–315
  9. 9Olson, D. M. a kol. (2001). Terrestrial Ecoregions of the World: A New Map of Life on Earth. BioScience 51, 933–938
  10. 10Dinerstein, E. a kol. (2017). An Ecoregion-Based Approach to Protecting Half the Terrestrial Realm. BioScience 67, 534–545
  11. 11MacArthur, R. H., Wilson, E. O. (1967). The Theory of Island Biogeography. Princeton University Press — Open Library
  12. 12Mora, C. a kol. (2011). How Many Species Are There on Earth and in the Ocean? PLoS Biology 9, e1001127
  13. 13Locey, K. J., Lennon, J. T. (2016). Scaling laws predict global microbial diversity. PNAS 113, 5970–5975
  14. 14Cardinale, B. J. a kol. (2012). Biodiversity loss and its impact on humanity. Nature 486, 59–67
  15. 15Barnosky, A. D. a kol. (2011). Has the Earth’s sixth mass extinction already arrived? Nature 471, 51–57
  16. 16Ceballos, G. a kol. (2015). Accelerated modern human–induced species losses: Entering the sixth mass extinction. Science Advances 1, e1400253
  17. 17Sala, O. E. a kol. (2000). Global Biodiversity Scenarios for the Year 2100. Science 287, 1770–1774
  18. 18Smolová, I.: Pedogeografické poměry ČR — Geografie České republiky, Univerzita Palackého (půdní fond, tab. 1)
  19. 19Čupa, P. (2011). Program UNESCO Člověk a biosféra (MaB). Živa 4/2011, LXV–LXVI
  20. 20Polunin, N., Grinevald, J. (1988). Vernadsky and Biospheral Ecology. Environmental Conservation 15, 117–122
  21. 21Hutchinson, G. E. (1970). The Biosphere. Scientific American 223, 44–53
  22. 22Suess, E. (1875). Die Entstehung der Alpen — Open Library
  23. 23Vernadsky, V. I. (1998). The Biosphere — Open Library
  24. 24Humboldt, A. von (1807). Essai sur la géographie des plantes — Open Library
  25. 25Wallace, A. R. (1876). The Geographical Distribution of Animals — Open Library
  26. 26Corliss, J. B. a kol. (1979). Submarine Thermal Springs on the Galápagos Rift. Science 203, 1073–1083
  27. 27Lindeman, R. L. (1942). The Trophic-Dynamic Aspect of Ecology. Ecology 23, 399–417
  28. 28Hillebrand, H. (2004). On the Generality of the Latitudinal Diversity Gradient. The American Naturalist 163, 192–211
  29. 29Šobr, M. (2022). Vodní zdroje na našem území (rybníky a přehrady). Živa 5/2022, 206–210