Jak mówisz, istnienie organizmu żyjącego ze związków chemicznych wydalanych przez kominy hydrotermalne ( chemoautotrofy), natychmiast oddaje zdanie „ Całe życie Ziemia czerpie energię ze słońca ”w przybliżeniu. Jednak niektóre przybliżenia są całkiem dobre do wszystkich celów praktycznych. Niemniej jednak to przybliżenie (nawet jeśli jest słuszne) ma pewne głębokie implikacje, jeśli chodzi o ocenę prawdopodobieństwa życia w innych ciałach niebieskich, takich jak księżyc Jowisza Europa, który jest rodzajem obaw, zaangażowany w ten temat.

Po pierwsze, należy dokonać bardzo ważnego rozróżnienia związanego z Twoim pytaniem, a właściwie dotyczy to

biomasa, która nie czerpie energii z fotosyntezy

Jak to opisujesz. Ale to jest bardzo inne niż „podziemna biomasa”. W szczególności poniższe zdanie, o którym wspominasz:

... spekuluje się, że biomasa podziemna jest większa niż znana biomasa powierzchniowa Ziemi.

Odnosi się do biomasy w glebie (tj. korzeni, grzybów, bakterii, stawonogów itp.), która jest rzeczywiście bardzo duża. Możesz również uwzględnić ekosystemy głębinowe. Ale we wszystkich tych przypadkach energia wykorzystywana przez organizm pochodziła z fotosyntezy, a ostatecznie ze Słońca. Energia dociera do ekosystemu podpowierzchniowego w postaci zakopanej martwej materii organicznej lub morskiego śniegu. Niektóre prace stawiają hipotezę o innych masywnych ekosystemach podpowierzchniowych żyjących głęboko w skorupie oceanicznej, obejmujących prawdopodobnie od 1/2 do 2/3 globalnej biomasy. Jednak, jak wskazał Whitman et. glin. (1998) (źródło powyższego rysunku): „aktualne dowody sugerują, że większość podpowierzchniowej biomasy jest podtrzymywana przez materię organiczną osadzoną z powierzchni”. Dlatego stanowiłby jeszcze jeden ekosystem wspomagany fotosyntetycznie.

To powiedziawszy, sedno Twojego pytania brzmi „Jaka jest wielkość biomasy, która nie czerpie energii z fotosyntezy?” Można to sprowadzić do: Co to jest ułamek globalnej pierwotnej produkcji netto, który pochodzi z chemosyntezy? .

Nie znam żadnego oszacowania tego ułamka, ale aby obliczyć górną granicę , ponieważ powinno to być całkiem proste, przynajmniej po to, aby mieć poczucie, jak dobre jest przybliżenie stwierdzenia, że ​​„całe życie czerpie energię ze słońca” i jak ważne może być chemosyntezą co najwyżej globalnej biomasy. Podajmy kilka liczb:

Najpierw zastanówmy się, ile energii jest dostępne do chemosyntezy. Aby to zrobić, należy zauważyć, że żaden organizm nie może uzyskać energii z gradientu energii wewnątrz Ziemi, więc ilość dostępnej energii NIE JEST wewnętrznym budżetem ciepła Ziemi. Zamiast tego odpowiada ilości energii dostępnej dla życia w postaci związków chemicznych pochodzących z wnętrza Ziemi. Według Gaidos i in., na najbardziej aktywnych hydrotermalnych polach wentylacyjnych odpowiada 0,157 MJ / m ^ 2 lata (czytane jako megadżule na metr kwadratowy rocznie). Ten sam artykuł wskazuje, że

Dla porównania, produkcja pierwotna w górnym oceanie jest równoważna strumieniowi energii biologicznej 315,36 $ MJ / m ^ 2 lata $, a to tylko 0,01% całkowitej energii dostępnej w świetle słonecznym.

Jednak ekosystem górnego oceanu ma ograniczone składniki odżywcze, więc wydajność może być znacznie wyższa w kominach hydrotermalnych. Być może najbardziej wydajnym ekosystemem jest tropikalny las deszczowy, którego wydajność jest rzędu kilku procent (~ 1-3%). Szukając więc górnej granicy, powiedzmy, że ekosystem przy kominach hydrotermalnych ma sprawność 10%. To daje nam 0,016 $ MJ / m ^ 2 lata $ na przemianę w materię organiczną.

Teraz: ile energii zawiera kilogram materii organicznej? Różni się, ale biorąc pod uwagę, że dążymy do górnej granicy , rozsądna (niska) typowa wartość to ~ 10 MJ / kg $.

Musimy również znać powierzchnię kominy hydrotermalne. Aby ponownie dążyć do górnej granicy, powiedzmy, że wszystkie grzbiety śródoceaniczne mają wymienioną powyżej dostępność energii (odnoszącą się do najbardziej aktywnych hydrotermalnych pól wentylacyjnych). Przy 80 000 km grzbietów śródoceanicznych i około ~ 15 km szerokości, mamy około 1,2 $ \ razy 10 ^ {12} $ m ^ 2 $. Należy pamiętać, że patrząc na globalne rozmieszczenie znanych kominów hydrotermalnych na poniższym rysunku, jest to najprawdopodobniej ogromne przeszacowanie:

Podsumowując, nasz górny limit biomasy chemosyntetycznej wynosiłby:

$ \ frac {0,016 MJ / m ^ 2 lata \ times 1,2 \ times 10 ^ {12} m ^ 2} {10 MJ / kg} = 1,92 \ razy 10 ^ 9 kg / rok $

Teraz, jeśli porównamy to z 1,7 $ \ razy 10 ^ {14} kg / rok $, który jest produkowany przez producentów pierwotnych fotosyntetyzujących. Otrzymujemy, że chemosynteza produkuje NAJWYŻSZEJ 0,001% biomasy .

Można argumentować, że chemosynteza zachodzi również poza komorami hydrotermalnymi. Ale te inne lokalizacje, takie jak gejzery i gorące źródła, są znacznie mniejsze. Zaproponowano inne, bardziej rozległe ekosystemy chemosyntetyczne, takie jak SLiME (Subsurface Lithoautotrophic Microbial Ecosystems), ale nawet gdyby istniały na rozległych obszarach, ich produktywność byłaby bardzo mała.

Podsumowując , bardziej poprawne byłoby stwierdzenie, że „ Ponad 99,999% życia na Ziemi czerpie energię ze Słońca ”. Biorąc pod uwagę wszystkie nasze szacunki, nie zdziwiłbym się, gdyby bardziej szczegółowe obliczenia dodały do ​​tej liczby kilka dodatkowych „9”.