Biosphère

La biosphère, également appelée écosphère, est la somme mondiale de tous les écosystèmes. On peut aussi l’appeler la zone de vie sur Terre, un système fermé (hormis le rayonnement solaire et cosmique et la chaleur de l’intérieur de la Terre), et s’autorégulant largement. Selon la définition biophysiologique la plus générale, la biosphère est le système écologique global intégrant tous les êtres vivants et leurs relations, y compris leur interaction avec les éléments de la lithosphère, de la géosphère, de l’hydrosphère et de l’atmosphère. La biosphère est supposée avoir évolué, en commençant par un processus de biopoïèse (vie créée naturellement à partir de matière non vivante, telle que de simples composés organiques) ou de biogenèse (vie créée à partir de matière vivante), il y a au moins 3,5 milliards d’années.

De manière générale, les biosphères sont des systèmes fermés d’autorégulation contenant des écosystèmes. Cela inclut les biosphères artificielles telles que la biosphère 2 et le BIOS-3, et potentiellement les autres sur les planètes ou les lunes.

Origine et usage du terme
Le terme “biosphère” a été inventé par le géologue Eduard Suess en 1875, qu’il définit comme le lieu sur la surface de la Terre où réside la vie.

Bien que le concept ait une origine géologique, il est une indication de l’effet de Charles Darwin et de Matthew F. Maury sur les sciences de la Terre. Le contexte écologique de la biosphère provient des années 1920 (voir Vladimir I. Vernadsky), précédant l’introduction en 1935 du terme “écosystème” de Sir Arthur Tansley (voir Histoire de l’écologie). Vernadsky a défini l’écologie comme la science de la biosphère. C’est un concept interdisciplinaire pour l’intégration de l’astronomie, de la géophysique, de la météorologie, de la biogéographie, de l’évolution, de la géologie, de la géochimie, de l’hydrologie et, de manière générale, de toutes les sciences de la vie et de la terre.

Définition étroite
Les géochimistes définissent la biosphère comme étant la somme totale des organismes vivants (la «biomasse» ou «biote», comme le mentionnent les biologistes et les écologistes). En ce sens, la biosphère n’est que l’une des quatre composantes distinctes du modèle géochimique, les trois autres étant la géosphère, l’hydrosphère et l’atmosphère. Lorsque ces quatre sphères sont combinées en un seul système, on parle alors d’écosphère. Ce terme a été inventé dans les années 1960 et englobe les composants biologiques et physiques de la planète.

La deuxième conférence internationale sur les systèmes à vie fermée a défini la biosphérique comme la science et la technologie des analogues et des modèles de la biosphère de la Terre; c’est-à-dire des biosphères artificielles semblables à la Terre. D’autres peuvent inclure la création de biosphères artificielles non terrestres – par exemple, des biosphères centrées sur l’homme ou une biosphère martienne native – dans le cadre du thème de la biosphère.

Biosphère terrestre

Âge
Les preuves les plus anciennes de la vie sur Terre comprennent le graphite biogénique trouvé dans des roches métasédimentaires de l’ouest du Groenland datant de 3,7 milliards d’années et des fossiles microbiens trouvés dans du grès de 3,48 milliards d’années de l’Australie occidentale. Plus récemment, en 2015, des “restes de vie biotique” ont été découverts dans des roches vieilles de 4,1 milliards d’années en Australie occidentale. En 2017, on a découvert que des micro-organismes (ou microfossiles) fossilisés présumés avaient été découverts dans des précipités hydrothermaux dans la ceinture de Nuvvuagittuq au Québec, datant de 4,28 milliards d’années. émergence de la vie “après la formation de l’océan il y a 4,4 milliards d’années et peu de temps après la formation de la Terre il y a 4,54 milliards d’années. Selon le biologiste Stephen Blair Hedges, “Si la vie apparaissait relativement rapidement sur Terre … alors elle pourrait être courante dans l’univers.”

Ampleur
Chaque partie de la planète, des calottes polaires à l’équateur, présente une vie quelconque. Les progrès récents en microbiologie ont démontré que les microbes vivent profondément sous la surface terrestre de la Terre et que la masse totale de la vie microbienne dans les “zones inhabitables” peut, en biomasse, dépasser la totalité de la vie animale et végétale à la surface. L’épaisseur réelle de la biosphère sur Terre est difficile à mesurer. Les oiseaux volent généralement à des altitudes allant jusqu’à 1 800 m et les poissons vivent jusqu’à 8 372 m sous l’eau dans la tranchée de Porto Rico.

Il existe des exemples plus extrêmes de la vie sur la planète: le vautour de Rüppell a été trouvé à une altitude de 11 300 m (37 100 pi; 7,0 mi); les oies à tête barrée migrent à une altitude d’au moins 8 300 m (27 200 ft; 5,2 mi); Les yacks vivent à des altitudes atteignant 5 400 m (17 700 ft; 3,4 mi) au-dessus du niveau de la mer; les chèvres de montagne vivent jusqu’à 3 050 m (10 010 pi; 1,90 mi). Les animaux herbivores à ces altitudes dépendent des lichens, des herbes et des herbes.

Les formes de vie vivent dans toutes les parties de la biosphère terrestre, y compris le sol, les sources chaudes, des roches profondes d’au moins 19 km (12 mi) de profondeur, les parties les plus profondes de l’océan et une hauteur d’au moins 64 km (40 mi) dans l’atmosphère. . Des micro-organismes, dans certaines conditions d’essai, ont été observés pour survivre au vide de l’espace extra-atmosphérique. La quantité totale de carbone bactérien du sol et du sous-sol est estimée à 5 × 1017 g, soit le «poids du Royaume-Uni». La masse de microorganismes procaryotes – qui comprend les bactéries et les archaea, mais pas les microorganismes eucaryotes nucléés – peut atteindre 0,8 billion de tonnes de carbone (de la masse totale de la biosphère, estimée entre 1 et 4 billions de tonnes). Des microbes marins barophiles ont été découverts à plus de 10 000 m de profondeur dans la fosse des Mariannes, le point le plus profond de l’océan. En fait, le Challenger Deep a découvert des formes de vie unicellulaires dans la partie la plus profonde de la fosse des Mariannes, à des profondeurs de 11 034 m (36 201 pi; 6,856 mi). D’autres chercheurs ont rapporté que des microorganismes se développaient à l’intérieur de roches jusqu’à 580 m au-dessous du fond marin, à moins de 2 590 m d’océan au large des côtes du nord-ouest des États-Unis m (7 900 pieds; 1,5 mi) sous les fonds marins au large du Japon. Des microbes thermophiles culturables ont été extraits de carottes forées à plus de 5 000 m dans la croûte terrestre en Suède, à partir de roches situées entre 65 et 75 ° C (149 et 167 ° F). La température augmente avec la profondeur dans la croûte terrestre. La vitesse à laquelle la température augmente dépend de nombreux facteurs, notamment le type de croûte (continentale ou océanique), le type de roche, l’emplacement géographique, etc. La température maximale à laquelle la vie microbienne peut exister est de 122 ° C (252 ° F) (Methanopyrus kandleri Strain 116), et il est probable que la limite de la vie dans la «biosphère profonde» soit définie par la température plutôt que par la profondeur absolue. Le 20 août 2014, des scientifiques ont confirmé l’existence de micro-organismes vivant à 800 m sous la glace de l’Antarctique. Selon un chercheur, “on peut trouver des microbes partout – ils sont extrêmement adaptables aux conditions et survivent où qu’ils soient”.

Notre biosphère est divisée en un certain nombre de biomes, habités par une flore et une faune assez similaires. Sur terre, les biomes sont principalement séparés par la latitude. Les biomes terrestres situés dans les cercles arctique et antarctique sont relativement dépourvus de vie végétale et animale, tandis que la plupart des biomes les plus peuplés se trouvent près de l’équateur.

Distribution de la vie
Elle constitue une couche mince de dimensions irrégulières, tout comme la densité de la biomasse, la diversité et la production primaire sont irrégulières. Il recouvre la surface et le fond des océans et des mers, où il s’est développé pour la première fois, à la surface des continents et à la surface de la croûte terrestre, où la vie se développe, avec une faible densité, entre les pores et les interstices des roches. .

Océans
Dans les océans, la vie se concentre dans la couche de surface, la zone photique, dans laquelle la lumière. La chaîne trophique commence ici avec des photosynthétiseurs qui sont principalement des cyanobactéries et des protistes, généralement unicellulaires et planctoniques. Les facteurs limitants pour le développement de la vie sont ici certains nutriments essentiels, tels que le fer, qui sont rares, et une productivité maximale que nous retrouvons dans les mers froides et dans certaines régions tropicales, contiguës aux continents, dans lesquels les courants tirent les nutriments de le fond de la mer. En dehors de ces endroits, les régions pélagiques (au large) des latitudes chaudes sont des déserts biologiques à faible densité de vie. Les écosystèmes marins les plus riches et les plus complexes sont cependant tropicaux et se développent à très faible profondeur, à seulement quelques mètres, riches en vie benthique près du rivage; L’exemple le plus clair est celui des récifs coralliens.

En plus de la zone photique, il existe une vie marine prospère dans chacun des fonds marins sombres et étendus, qui dépend, pour sa nutrition, de la matière organique qui tombe d’en haut, sous forme de déchets et de cadavres. Dans certains endroits où les processus géotectoniques dégagent des eaux chaudes chargées de sels, les principaux producteurs autotrophes, qui tirent l’énergie de réactions chimiques basées sur des substrats inorganiques, sont importants; le type de matabolisme que nous appelons la chimiosynthèse.

Contre certains préjugés, la densité moyenne de la vie est plus grande sur les continents que dans les océans de la biosphère actuelle; bien que l’océan soit beaucoup plus vaste, correspond environ 50% de la production primaire totale de la planète.

Les continents
Sur les continents, la chaîne trophique commence avec les plantes terrestres, les photosynthétiseurs qui tirent les nutriments minéraux du sol grâce aux mêmes structures d’ancrage, les racines faisant circuler l’eau vers le feuillage où elles s’évaporent. Pour cette raison, le principal facteur limitant sur les continents est la disponibilité de l’eau dans le sol, en même temps que la température, qui est plus variable que dans les mers, où la chaleur spécifique élevée de l’eau assure un environnement thermique très homogène. et stable dans le temps.

Pour la raison indiquée, la biomasse, la productivité brute et la diversité écologique sont distribuées:

Suivant un gradient, avec un maximum vers l’équateur et un minimum dans les régions polaires, en corrélation avec l’énergie disponible.
Concentré en trois bandes latitudinalement étendues. La première est la région équatoriale, où les pluies produites par le front intertropical, de type zénith, ont lieu toute l’année ou alternent avec une saison sèche. Les deux autres, plus ou moins symétriques, couvrent les latitudes moyennes ou tempérées, où il y a une plus ou moins grande abondance de pluies cyclonales qui accompagnent les tempêtes.

Parmi ces zones humides et cette vie dense, il existe deux bandes symétriques de régions tropicales désertiques ou semi-désertiques, où, malgré une biomasse faible, la biodiversité est élevée. Aux hautes latitudes des deux hémisphères, nous avons enfin les régions polaires, où la pauvreté de la vie s’explique par le manque d’eau liquide ainsi que par le manque d’énergie.

Biosphère profonde
Jusqu’à récemment, le niveau était fixé comme limite à la vie, à quelques mètres de profondeur, jusqu’à l’endroit où les racines des plantes s’étendent. Nous avons maintenant vérifié que non seulement dans les fonds océaniques, il existe des écosystèmes qui dépendent d’organismes chimioautotrophes, mais que la vie de ce type s’étend jusqu’aux niveaux profonds de la croûte. Il est constitué de bactéries et d’archéas extrémophiles, qui extraient de l’énergie à partir de processus chimiques inorganiques (chimiosynthèse). Ils prospèrent sans doute mieux dans les endroits où apparaissent des mélanges minéraux instables, offrant un potentiel d’énergie chimique; mais la Terre est géologiquement une planète encore vivante, où les processus internes génèrent toujours des situations de ce type.

Extension
La biosphère en forme de gaine commence à environ 60 km au-dessus de la surface de la Terre et se termine à environ 5 km sous la surface de la Terre. Il commence dans l’hémisphère inférieur de la mésosphère, envahit les couches restantes de l’atmosphère terrestre et les parties supérieures de l’hydrosphère, pénètre dans la pédosphère et se termine dans la partie supérieure de la lithosphère, après quelques kilomètres dans la croûte terrestre. Au moins lorsque l’on s’intéresse aux microorganismes, la biosphère s’étend sur toute la surface de la terre, des océans et des fonds marins.

Extension verticale
Selon les connaissances actuelles, la limite supérieure de la biosphère terrestre se situe légèrement au-dessus de la stratopause, dans la mésosphère la plus basse à 60 km d’altitude. Il existe encore certains micro-organismes en étapes permanentes. À ces altitudes atmosphériques, ils défient les températures basses comprises entre environ -50 ° C (stratosphère inférieure) et environ 0 ° C (mésosphère inférieure), ainsi que le manque presque complet d’eau et le fort rayonnement ultraviolet. supposons que les microorganismes trouvés ne passent pas tout leur cycle de vie aussi loin de la surface de la Terre. Au lieu de cela, ils ne devraient être balayés de différentes manières sur la surface de la Terre, puis rester dans la stratosphère et la plus basse mésosphère pendant un certain temps.

Au-dessous de la stratosphère se trouve la troposphère, la couche la plus dense et la plus basse de l’atmosphère terrestre. Grâce à l’effet de serre naturel, l’air a des températures de l’air plus élevées et son rayonnement est relativement faible en raison de la couche d’ozone stratosphérique située au-dessus. Pour ces raisons, il existe des habitats de créatures terrestres dans la troposphère, induits par la température, même juste en dessous de la zone altitudinale nivale.

Au-dessous de la troposphère, d’une part, les fonds de la pédosphère et, d’autre part, les eaux de l’hydrosphère. Les sols sont habités par une variété d’organismes du sol. Leur habitat est limité au fond par l’apport de l’eau du sol et de l’air du sol, avec des microorganismes pénétrant au plus profond. Des micro-organismes intacts, mais congelés, se retrouvent toujours au fond du pergélisol. Dans les eaux, des formes de vie existent au fond et, une fois de plus, à plusieurs mètres de profondeur dans les eaux boueuses. En fait, une plus grande proportion de la biomasse totale de Terre se présente sous la forme d’archaea et de bactéries dans les sédiments océaniques. Mais les membres les plus en vue de la vie aquatique gardent au sommet et des couches d’eau épipélagiales remplies de lumière. Au-delà de cela, les densités des espèces et des individus peuvent devenir très petites. Cela est particulièrement vrai pour les grands fonds. Cependant, leur froide obscurité est interrompue par des îles volcaniques et des atolls, qui surplombent la surface de l’eau. Les sous-marins, les Guyots et les monts sous-marins fournissent des habitats à de nombreux organismes, certaines de ces montagnes sous-marines pouvant atteindre l’épipélagique. Vu dans le monde entier, les monts sous-marins sont très fréquents et occupent une superficie équivalente à celle de l’Europe. Collectivement, ils constitueront probablement l’un des principaux biomes. En fonction de la profondeur de l’eau, les îles volcaniques, les atolls, les monts sous-marins et les guyots peuvent trouver diverses communautés qui interrompent ainsi la vie désertique des grands fonds.

Au-dessous des sols et des cours d’eau boueux, les roches de la lithosphère se rejoignent. On a découvert que les grottes contiennent de simples écosystèmes de grottes constituées de microorganismes et de quelques organismes multicellulaires. Toutes les autres communautés de la lithosphère sont composées exclusivement de microorganismes. Certains vivent dans des gisements de pétrole, des veines de charbon, des hydrates de gaz, dans des aquifères profonds ou dans des pores fins directement dans le substrat rocheux. En outre, au moins certains stades microbiens à long terme se produisent également dans les dômes de sel. On peut supposer que la biosphère dans la lithosphère s’enfonce jusqu’à la profondeur à partir de laquelle la température ambiante monte géothermiquement au-dessus de 150 ° C. À cette température, elle devrait devenir trop chaude, même pour les microbes hyperthermophiles. En règle générale, on suppose que la température ambiante augmente de 3 ° C par 100 mètres de profondeur. Ainsi, la biosphère devrait se terminer sur environ 5 km de profondeur de lithosphère. Cependant, il existe de fortes déviations régionales par rapport à cette règle empirique.

Les écosystèmes microbiens peuvent également être trouvés dans les lacs sous-glaciaires, qui sont complètement isolés de l’environnement par la glace glaciaire qui se chevauchent. Les micro-organismes se trouvent également au fond de la glace même. On ignore dans quelle mesure ils ne survivent ou ne montrent que des processus de vie actifs dans ce pays.

Extension horizontale
Les êtres vivants ne se répartissent pas uniformément sur la biosphère. Premièrement, il y a des biomes avec de grandes espèces et des densités d’individus. Celles-ci incluent, par exemple, les forêts tropicales humides et les récifs coralliens. Par ailleurs, il existe également des zones à très faible densité de vie macroscopique et microscopique. Ceux-ci comprennent les déserts froids et les déserts secs dans la campagne et les fonds marins dans les océans des mers profondes sans lumière et froides (Bathyal, Abyssal, Hadal). Toutefois, dans les zones désertiques dispersées à l’intérieur des zones de grande biodiversité: oasis d’eau dans les déserts secs, phénomènes post-volcaniques (sources thermales, solfatars, fumerolles, mofettes) dans les déserts froids, ainsi que sources hydrothermales (fumeurs noirs, fumeurs blancs) ) ,, et des sources de méthane (suintements froids) sur les fonds marins profonds,

Construction
Seule une mince coquille de la terre est un espace avec la vie. Mesurée par le volume total de la Terre, la biosphère n’a qu’un volume minuscule. Car les organismes terrestres ont certaines revendications sur leur environnement abiotique. La plupart des régions du monde ne peuvent pas répondre à la demande.

Les revendications des êtres vivants commencent par l’exigence d’espace. Ils ne peuvent rester que dans des endroits offrant suffisamment d’espace pour la taille de leur corps. Si suffisamment d’espace est disponible, l’endroit doit également offrir des possibilités appropriées de rester dans la salle. Les options appropriées diffèrent d’une forme de vie à l’autre. Par exemple, les arbres ont besoin d’un espace d’enracinement suffisant et de sites d’attachement tangentiels sur le fond marin, alors que le phytoplancton s’entend déjà avec la masse d’eau libre. Les informations de localisation peuvent varier selon les saisons et l’âge.

Exemple: les King Albatros adultes ont besoin d’espace pour leurs ailes de trois mètres de large. Ils parcourent les couches d’air basses au-dessus de l’océan. Là, ils attrapent principalement des pieuvres, boivent de l’eau de mer, dorment dans l’air ou flottent à la surface de la mer. Les couvées d’algues roi adultes n’ont besoin d’aucune possibilité de règlement solide. Cependant, cela change de façon saisonnière. Parce qu’ils volent vers le continent tous les deux ans. Là, ils se vantent, occupent un lieu de reproduction, l’incuber pendant 79 jours et protéger les jeunes oiseaux sans défense au cours des cinq premières semaines de leur vie. Ensuite, les parents s’envolent à nouveau vers la mer. Cependant, ils reviennent à intervalles irréguliers sur le site de reproduction pour nourrir les jeunes oiseaux. Les jeunes oiseaux doivent persévérer sur la terre,

De plus, les éco-facteurs abiotiques (physio-système, localisation) doivent aller dans des largeurs de bande tolérables pour les formes de vie terrestres. Ceci s’applique de manière remarquable aux offres d’énergie thermique et d’eau liquide et en aval des autres facteurs écologiques abiotiques. De plus, la localisation doit également assurer la nutrition des êtres vivants. Les organismes autotrophes doivent avoir suffisamment de nutriments et d’organismes hétérotrophes en nutriments suffisants.

Au cours de l’histoire de la Terre, les formes de vie ont évolué de tailles, de méthodes de peuplement, de Physiosystemansprüche et de régimes alimentaires très différents. Or, les mêmes conditions ne prévalent pas partout dans la biosphère. Par conséquent, aucune chose vivante ne se produit dans tous les endroits de la biosphère. Des formes de vie ayant des adaptations similaires ou complémentaires se retrouvent ensemble au même endroit. Ensemble, ils forment des écorégions (Eu-biome) et des écozones (zonobioms).

La localisation des zones écologiques du continent dépend du climat. Le climat dépend du degré de latitude (→ zones d’éclairage), de la distance à la mer (→ océanicité / continentalité) et éventuellement de hautes montagnes empêchant les précipitations (→ climat glacier). Dans l’ensemble, les écozones sont à peu près parallèles au cercle large.

L’emplacement des écozones des océans (royaumes) dépend de la température de l’eau à la surface. Il convient également de garder à l’esprit que, pour de nombreux organismes marins, les rives continentales ou l’immensité des océans sont des barrières limitant leur propagation. Au total, douze éco-zones marines se distinguent dans le monde entier. Dans une écologie marine, les écorégions ressemblant à des déserts côtoient des écorégions d’une grande abondance d’organismes. En effet, les mêmes conditions trophiques ne prévalent pas partout dans les océans: le phytoplancton ne peut prospérer de manière extensive que dans les parties de la mer riches en matériaux de construction. Le phytoplancton est à la base des réseaux trophiques marins. Par conséquent, les autres formes de vie marine sont particulièrement nombreuses. Les zones marines à forte concentration de matériaux de construction sont des zones d’upwelling dans lesquelles l’eau profonde riche en bâtiments monte à la surface de l’eau. De grandes quantités de runot peuvent produire un effet similaire (pompe à baleine).

Structure organismique
La taille de la biosphère est principalement déterminée par les microorganismes. Aux frontières extérieures de la biosphère, on ne trouve que des stades permanents de microbes immunisés contre les conditions inhospitalières. Cela vaut pour la mésosphère et la stratosphère ainsi que pour les sols de pergélisol, les dômes de sel et la glace profonde. Mais même dans les limites de la biosphère, on peut trouver de nombreux écosystèmes composés exclusivement de micro-organismes. Ceci s’applique à toutes les communautés de la lithosphère, à savoir les gisements de pétrole brut, d’hydrate de charbon et de gaz ainsi que les aquifères profonds, les sédiments plus profonds de l’océan et les écosystèmes dans de simples roches solides. De plus, les microorganismes occupent toutes les pièces habitées par des organismes multicellulaires. Ils vivent même sur et dans ces métabiontes, sur la peau et la rhizosphère ainsi que sur les feuilles et dans les voies digestives. La biosphère terrestre se révèle être une sphère de micro-organismes partout, surtout dans ses régions les plus extrêmes. En comparaison, l’habitat des métabiontes semble très limité.

Construction trophique
Au sens strict, la biosphère est constituée de nombreux écosystèmes plus ou moins étroitement liés. Dans chaque écosystème, les êtres vivants remplissent l’une des trois fonctions trophiques différentes: Les producteurs primaires – également appelés autotrophes – construisent de la biomasse à partir de matériaux de construction à faible consommation d’énergie. Cette biomasse est ensuite consommée par les consommateurs. Pendant la production et la consommation, de grandes quantités de déchets sont collectées. Le stock de déchets provient d’organismes de la troisième fonction trophique, le Destruenten, extrait des matériaux de construction à faible énergie. Les matériaux de construction peuvent ensuite être réutilisés par les producteurs primaires pour construire une nouvelle biomasse.

L’existence de consommateurs et de destructeurs dépend de la présence de producteurs primaires. Des écosystèmes complets ne peuvent être développés que dans des endroits où les producteurs primaires trouvent des conditions de vie convenables. Cela s’applique finalement à toute la biosphère. L’étendue et l’existence de la biosphère entière sont spatio-temporelles en fonction de la présence de producteurs primaires.

Les principaux producteurs primaires de la biosphère terrestre sont les organismes photoautotrophes. Ils opèrent la photosynthèse afin de produire leur biomasse à partir de matériaux de construction à faible consommation d’énergie à l’aide de la lumière. Parmi les organismes photoautotrophes les plus connus figurent les plantes terrestres et les algues (→ organismes phototrophes), où plus de 99% de la biomasse végétale totale est produite par des plantes terrestres. La production primaire photoautotrophe des océans est principalement effectuée par des haptophytes non calcifiantes et des cyanobactéries.

Les organismes photoautotrophes sont à la base de nombreux écosystèmes terrestres. La biosphère présente ses écosystèmes les plus riches en espèces et en individus là où des plantes ou d’autres formes de vie photoautotrophes peuvent exister. À la campagne, à la lumière du jour, mais à l’extérieur des déserts froids, en dehors des déserts secs et au-dessous du niveau de nivalen. Dans l’eau dans la zone euphotique de l’épipelagial.

Au-delà des zones de lumière du jour, des relations à long terme ne peuvent être établies que si leurs producteurs primaires phototrophes sont satisfaits d’une activité volcanique limitée – ou s’ils deviennent totalement indépendants de la biomasse photo-autotrophique. À la base de tels écosystèmes complètement indépendants de la lumière se trouvent alors les producteurs primaires chimioautotrophes. Les organismes chimioautotrophes développent également leur biomasse à partir de matériaux de construction à faible énergie. Ils gagnent l’énergie nécessaire non pas de la lumière, mais de certaines réactions chimiques. Les écosystèmes qui reposent sur les principaux producteurs chimioautotrophes comprennent les hydrothermaux (fumeurs noirs, fumeurs blancs), les suintements froids, les lacs sous-glaciaires, les grottes complètement isolées du monde extérieur et divers écosystèmes microbiens situés au fond du substratum (Endolites).

Cependant, la biosphère comprend également des espaces qui ne sont pas directement associés aux écosystèmes photoautotrophes ou chimioautotrophes. Au lieu de cela, ils se trouvent entre et en dehors d’eux. En raison de conditions de vie défavorables, les salles ne peuvent être colonisées par les producteurs primaires. Cependant, ces zones inhospitalières peuvent être temporairement prises en charge par les consommateurs, qui retournent ensuite dans des écosystèmes autotrophiques.

Exemple: De nombreux oiseaux migrateurs traversent leurs habitats avec une vie autotrophe extrêmement clairsemée lors de leurs migrations annuelles. Les cigognes blanches traversent donc le désert aride du Sahara. Les oies rayées traversent la crête principale de l’Himalaya, exempte de végétation. Cependant, les deux espèces d’oiseaux choisissent à nouveau leurs zones d’hiver et de reproduction dans des habitats habités par des plantes. Ils ne restent donc que temporairement en dehors des écosystèmes photoautotrophiquement maintenus.

La migration verticale est semblable à la migration annuelle d’oiseaux: selon l’heure de la journée, de nombreux organismes aquatiques migrent entre les couches épipélagiales et les couches d’eau basses situées en dessous. Certains membres du phytoplancton migrent la nuit pour acquérir des matériaux de construction dans les couches profondes de l’eau. Au lever du jour, ils retournent à la surface de l’eau. Dans le même temps, il y a un mouvement opposé du zooplancton et de certains animaux plus gros. Ils nagent à l’abri des ténèbres jusqu’à la surface de l’eau pour faire des proies, et reviennent à l’aube dans les profondeurs pour se mettre à l’abri, même des plus grands prédateurs.

De plus, les déchets des écosystèmes à maintien autotrophe s’écoulent sans cesse. Les déchets peuvent être recyclés par des destructeurs au-delà des limites réelles de ces écosystèmes. De cette manière, les écosystèmes peuvent émerger – et donc élargir la biosphère – qui ne sont pas directement basés sur les producteurs primaires actuels, mais sur les déchets. Des exemples typiques de tels écosystèmes sont les sols, qui sont soumis à une diversité constante de stocks vivants terrestres. Mais aussi les masses d’eau et les couches d’eau plus profondes situées au-dessous de la zone euphotique lui appartiennent, auxquelles les déchets d’inventaire se déversent de l’épipélagie et des berges. Il convient de mentionner en particulier les chutes de baleines: les baleines mortes tombent au fond de la mer et fournissent de grandes quantités de déchets utilisables aux habitants des grands fonds. Les walkadavers servent également de stations intermédiaires pour les organismes des grands fonds lors de leurs migrations entre les écosystèmes chimioautotropes des sources hydrothermales (fumeurs) et méthaniques largement répandues (suintements froids). La réduction des déchets marins dans la mer se produit à des taux inférieurs, même dans les zones appauvries en oxygène (zones à oxygène minimum) par des organismes appropriés. Outre les sols et les masses d’eau lointaines, de nombreuses grottes font partie des écosystèmes à base de déchets, dans la mesure où elles ne sont pas complètement isolées du monde extérieur. Dans les grottes, le guano de chauve-souris en est un exemple.

Biosphères artificielles
Des biosphères expérimentales, également appelées systèmes écologiques fermés, ont été créées pour étudier les écosystèmes et le potentiel de soutien de la vie en dehors de la Terre. Ceux-ci comprennent les engins spatiaux et les laboratoires terrestres suivants:

Biosphere 2 en Arizona, États-Unis, 3,15 acres (13 000 m2).
BIOS-1, BIOS-2 et BIOS-3 à l’Institut de biophysique de Krasnoyarsk, en Sibérie, dans ce qui était alors l’Union soviétique.
Biosphere J (CEEF), une expérience au Japon.
Alternative au système de soutien à la vie micro-écologique (MELiSSA) de l’Université autonome de Barcelone

Biosphères extraterrestres
Aucune biosphère n’a été détectée au-delà de la Terre; par conséquent, l’existence de biosphères extraterrestres reste hypothétique. L’hypothèse de la Terre rare suggère qu’ils devraient être très rares, sauf ceux composés uniquement de la vie microbienne. D’un autre côté, les analogues de la Terre peuvent être assez nombreux, au moins dans la galaxie de la Voie Lactée, étant donné le grand nombre de planètes. Trois des planètes découvertes en orbite autour de TRAPPIST-1 pourraient éventuellement contenir des biosphères. Compte tenu de la compréhension limitée de l’abiogenèse, on ignore actuellement quel pourcentage de ces planètes développent réellement des biosphères.

D’après les observations de l’équipe du télescope spatial Kepler, il a été calculé que, si la probabilité d’abiogenèse est supérieure à 1 pour 1000, la biosphère exogène la plus proche devrait se situer à moins de 100 années-lumière de la Terre.

Il est également possible que des biosphères artificielles soient créées dans le futur, par exemple sur Mars. Le processus de création d’un système non confiné qui imite la fonction de la biosphère terrestre s’appelle le terraforming.