КРУГОВОРОТ ВЕЩЕСТВ и энергии В БИОСФЕРЕ
Задачи: познакомить учащихся с закономерностями круговорота веществ в биосфере, рассмотреть биогеохимические циклы углерода, серы, азота, фосфора в природе.
Элементы содержания: биогеохимический цикл, биогенные (питательные) вещества, микротрофные и макротрофные вещества, микроэлементы и макроэлементы.
Тип урока: комбинированный.
Ход урока
Проверка знаний учащихся.
Беседа по вопросам:
1. В чем проявляется воздействие живых организмов на среду обитания?
2. Какие виды воздействия живых организмов на среду вам известны? Приведите примеры.
3. Какова роль растений и животных в жизни нашей планеты?
III. Изучение нового материала.
Взаимные связи внутри любого биогеоценоза поддерживаются в процессе круговорота веществ. Основное условие поддержания жизни в биосфере определяют живые организмы, осуществляя круговорот неорганических и органических веществ.
| Круговорот веществ – циклический процесс превращения и перемещения химических элементов |
Биогеохимические циклы – это циркуляция химических элементов абиотического происхождения, которые попадают из окружающей среды в организмы и из организмов в окружающую среду.
Биогенный круговорот веществ состоит из двух взаимопротивоположных процессов:
1) аккумуляции химических элементов в живых организмах;
2) минерализации веществ в результате разложения мертвой органики.
Необходимые для жизни химические элементы называются биогенными элементами,или питательными веществами.
В биосфере все время совершаются круговороты воды и всех элементов, входящих в состав живых организмов. Процесс этот длится десятки миллионов лет.
Неорганические элементы вносятся в ткани растений и животных в процессе их роста и развития и входят в состав органических веществ. После смерти организма эти элементы подвергаются сложным превращениям, после чего снова попадают в новые организмы. К главным циклам относятся биохимические циклы углерода, азота, воды, фосфора и серы.
Круговорот углерода.
Всего за 7–8 лет живые организмы пропускают через свои тела весь углерод, содержащийся в атмосфере. В океане и на суше углерод фиксируется в процессе фотосинтеза в виде С6Н12О6. Большая его часть потом высвобождается при дыхании растений и животных в виде СО2, часть углерода высвобождается при сжигании ископаемого топлива, но этого количества вполне достаточно для постепенного увеличения концентрации двуокиси углерода в атмосфере и в океанах. Большая доля углерода содержится в осадочных породах.
БИОГЕННЫЙ КРУГОВОРОТ УГЛЕРОДА
Условные обозначения:
1. Фотосинтез.
2. Дыхание.
3. Питание.
4. Разложение, отмирание.
5. Окисление.
6. Горение.
Круговорот азота.
Круговорот азота имеет свои особенности. Известно, что атмосфера состоит на 79 % из азота, но так как этот элемент очень инертен, то он редко встречается в связанном состоянии.
Он входит в состав аминокислот и белков. В биологический круговорот азот атмосферы вовлекается в основном благодаря биологической фиксации микроорганизмами (азотфиксация).
В атмосферу азот возвращается в результате денитрификации, которая осуществляется как при участии бактерий, так и в ходе химических реакций без участия организмов.
БИОГЕННЫЙ КРУГОВОРОТ АЗОТА
Условные обозначения:
1. Цепи питания.
2. Отмирание организмов.
3. При участии бактерий.
4. Фиксация азота при помощи клубеньковых бактерий.
Круговорот серы.
Земная кора содержит много серы. В осадочных породах сера находится в виде сульфидов, которые не могут усваиваться растениями. Растения получают серу в основном в виде сульфатов (доступная для них форма серы). Микроорганизмы переводят сульфиды в эту доступную форму. Сера является необходимым компонентом почти всех белков. Животные восполняют потребности в сере, получая ее от растений (см. схему).
БИОГЕННЫЙ КРУГОВОРОТ СЕРЫ
Условные обозначения:
1. Всасывание корнями.
2. Питание.
3. Отмирание, гниение.
4. Бактерии.
Круговорот фосфора.
Круговорот фосфора менее сложен, поскольку его в газообразном состоянии нет. Миграция фосфора осуществляется за счет живых организмов, а значительная его часть попадает в конечном счете в океан и откладывается в осадочных породах.
БИОГЕННЫЙ КРУГОВОРОТ ФОСФОРА
IV. Закрепление изученного материала.
Решение задачи.
Задача. На сегодня общее содержание углекислого газа в атмосфере Земли составляет около 1100 млрд т. За один год все растения на Земле ассимилируют почти 1 млрд т углерода и примерно столько же (вместе с гетеротрофными организмами) выделяют его в атмосферу.
Задание: определите, за какой срок весь содержащийся в атмосфере углерод пройдет через живые организмы.
Решение: в 44 т СО2 содержится 12 т углерода, следовательно в 1100 млрд т СО2 содержится 1100 × 12: 44 = 300 млрд т углерода. Весь этот углерод «пройдет» через живые организмы за 300: 1 = 300 лет.