Круговорот веществ и превращения энергии в биосфере, биология

Биосфера Земли – это подвижная динамическая система, которая постоянно обменивается с другими геологическими оболочками как химическими элементами, так и энергией. Круговорот веществ в биосфере носит непрерывный характер и происходит при участии живых организмов. Его еще называют биогеохимическим циклом.

История открытия

Изучение глобальных природных циклов началось в первой половине XIX века. В 1809 году знаменитый французский естествоиспытатель Ламарк кратко описал концепцию биосферы.

В середине XIX столетия известные химики Буссенго и Либих сформулировали основные принципы круговорота веществ. В 1875 году австрийский геолог Зюсс впервые ввел в научный обиход термин «биосфера».

Основоположником учения о биосфере и биогеохимических циклах считается выдающийся российский ученый Владимир Вернадский. Он первый указал на неразрывную связь между живой и неживой природой и оценил ключевую роль организмов в преобразовании облика планеты.

Ученый предположил, что биологический оборот вещества – это главный фактор миграции химических элементов.

Виды круговоротов

Химические вещества, которые доступны для живых организмов в биосфере, ограничены. Поэтому только цикличность процессов позволяет жизни непрерывно существовать и развиваться на протяжении миллиарда лет.

Различают три круговорота:

  • биологический;
  • геологический;
  • антропогенный.

После появления первых живых организмов на планете запустился биологический круговорот – его еще называют малым. Он представляет собой непрерывный процесс превращения элементов и веществ.

Круговорот веществ и превращения энергии в биосфере, Биология

Совокупность биологических и геологических процессов составляет биогеохимический цикл.

Значение и суть циклов

Биогеохимический цикл – это сложный комплекс перемещения различных веществ в биосфере и других геологических оболочках. Такие циклы обеспечивают постоянство биосферы, дают возможность для ее саморегуляции.

Любой подобный цикл не замкнут полностью – обратимость основных химических элементов составляет примерно 95%. Несбалансированный круговорот веществ – одна основных особенностей подобных циклов, которая имеет планетарное значение.

Солнце – главный источник энергии, обеспечивающий круговорот веществ. Это основная движущая сила биогеохимических циклов.

Большой круговорот перераспределяет элементы между биосферой и глубокими слоями планеты. Он связан с вулканической активностью, перемещением огромных воздушных и водных масс, процессами разрушения пород.

Круговорот веществ и превращения энергии в биосфере, Биология

Растения-автотрофы, используя энергию фотосинтеза, превращают неорганические соединения в органические, которые затем используют консументы и деструкторы. Биологический круговорот приводит к перемещению и перераспределению огромного количества химических веществ.

За миллиарды лет эволюции живые организмы существенно изменили облик планеты. Они насытили атмосферу кислородом и азотом, создали огромные осадочные отложения, изменили ландшафты, образовали почву.

Резервный и обменный фонды

В биологическом круговороте веществ участвуют 30-40 элементов периодической системы. Некоторые из них, включая углерод, азот, кислород, нужны организмам в значительных количествах, другие – в самых минимальных.

Необходимые вещества практически никогда не бывают распределены в природе равномерно, нередко они находятся в малопригодной форме. Элементы, участвующие в процессе круговорота веществ, могут быть в составе одного из двух фондов:

Первый обладает значительной массой, но практически не связан с биосферой. Второй – имеет меньший объем, но непосредственно связан с живыми организмами и энергично взаимодействует с ними. Газообразные вещества имеют резервный фонд в воде и атмосфере, а элементы осадочного цикла – в коре.

Редуценты и их функции

Круговорот веществ и превращения энергии в биосфере, Биология

Обменный фонд элементов, из которого обеспечивают свои потребности большинство организмов, может пополняться двумя путями:

  • при первичной экскреции;
  • при разложении останков редуцентами.

Второй путь пополнения обменного фонда особенно важен для биоценозов степей, лесов, пастбищ. Поэтому грибы и бактерии, включаясь в круговорот веществ, выполняют важнейшую работу.

Важнейшие циклы

В биогеохимическом цикле участвуют многие химические элементы. Самыми важными из них считаются: круговорот кислорода, азота, углерода, водорода, серы, фосфора, а также некоторых металлов.

Первые четыре элемента требуются в особенно больших количествах – из них строятся большинство биологических молекул.

Не менее важен круговорот серы и круговорот фосфора – эти элементы включены в состав белков, ДНК и АТФ.

Вода

Круговорот веществ и превращения энергии в биосфере, Биология

Ежегодно в цикл вовлекается около 500 тыс. куб. км воды. Схема ее круговорота замкнута, в ее состав входит нескольких этапов:

  • испарение воды;
  • выпадение в виде осадков;
  • перенос в реки и другие водоемы.

Вода не только необходима для метаболизма, с ее помощью осуществляется растворение и перенос элементов и соединений. Для круговорота воды характерна высокая скорость обновления.

Углерод

Углерод – настоящая основа жизни на планете. В схему его круговорота в природе вовлечены все биологические объекты.

Основным резервуаром этого элемента является углекислый газ воздуха. В процессе фотосинтеза автотрофы продуцируют из него углеводы, которыми питаются другие организмы. Можно сказать, что растения – это движущая сила данного цикла в биосфере. Автотрофы замыкают круг, возвращая в процессе дыхания CO2 в атмосферу.

Углекислый газ из атмосферы – это обменный фонд углерода для водорослей и наземных растений. Ученые подсчитали, что живые организмы за восемь лет прогоняют через себя весь углерод воздуха.

Значительный запас этого элемента скрыт в виде угля, нефти, газа, осадочных пород. В его круговороте велика роль антропогенного фактора. За последние десятилетия благодаря нашей деятельности в атмосферу попали миллионы тонн углерода.

Азот

Круговорот веществ и превращения энергии в биосфере, Биология

Главным резервным фондом свободного азота в биосфере является атмосфера, где он содержится в газообразном состоянии. В таком виде он недоступен для растений, которые могут усваивать его только в виде ионов или сложных соединений. Ключевую роль в круговороте азота в природе играют микроорганизмы, которые улавливают этот элемент из воздуха, а затем нитрифицируют его.

  • Растения поглощают нитраты, превращая их в аминокислоты, затем они передаются по пищевой цепочке.
  • Без бактерий, улавливающих азот из воздуха, жизнь на планете практически прекратиться.
  • В последние время на круговорот азота все большее влияние оказывает человек.

Сера

Круговорот веществ и превращения энергии в биосфере, Биология

Резервуаром элемента являются сульфиды горных пород. Ключевую роль в схеме круговорота серы в природе играют микроорганизмы, которые превращают серные соединения в сульфаты. Это единственная форма, пригодная для усвоения растениями. В дальнейшем элемент следуют по пищевой цепи.

Сера скапливается в океанах, куда попадает с речными стоками.

В последние годы на круговорот серы все большее влияние оказывает деятельность человека. Это происходит потому, что выбросы предприятий принимают все более угрожающие масштабы.

Фосфор

Круговорот веществ и превращения энергии в биосфере, Биология

Резервуаром этого элемента служат отложения и горные породы. Он может усваиваться растениями исключительно в виде ионов PO34+. Дальше он потребляется животными.

Круговорот фосфора в природе имеет одну особенность. Соединения элемента, попав в океан, опускаются на дно и превращаются в осадочные породы. Следовательно, круговорот фосфора в биосфере постоянно уменьшается.

Кислород

Круговорот веществ и превращения энергии в биосфере, Биология

Круговорот кислорода в биосфере начинается с молекул хлорофилла, где он появляется в качестве побочного продукта реакции фотолиза. Затем растения выделяют газ в атмосферу, где он расходуется на процессы дыхания и окисления. Весь кислород воздуха имеет биогенное происхождение. Его природным резервуаром служит вода.

В последние столетия на круговорот кислорода в природе активно влияет человек. Он сжигает большое количество этого газа при использовании ископаемого топлива.

Свинец

Круговорот веществ и превращения энергии в биосфере, Биология

Существуют строгие нормы содержания свинца в воде, пище и воздухе. Их превышение грозит серьезным отравлением, в том числе и с летальным исходом. Опасны и многочисленные сложные вещества, содержащие этот металл.

Ртуть

Это тяжелый и очень ядовитый металл, который не относится к биогенным элементам. В земной коре этот элемент встречается довольно редко, хотя и в очень концентрированной форме. В биосферу ртуть может попадать в газообразной форме или в виде растворов.

В небольших количествах этот металл входит в состав нефти.

Из-за высокой токсичности ртути за ее оборотом осуществляется жесткий контроль.

Железо

Железо является одним из самых распространенных химических элементов в природе. В чистом виде оно практически не встречается, чаще всего этот металл находят в виде сульфидов, оксидов или силикатов.

Железо – самый популярный и используемый металл, велико и его биологическое значение. Он входит в состав дыхательных ферментов, которые осуществляют перенос кислорода к тканям. У человека и других животных к ним относится гемоглобин. Он обладает способностью обратимо связываться с кислородом.

Происхождение железа – наглядный пример воздействия живых организмов на неорганическое вещество. Большинство существующих месторождений железа – продукт жизнедеятельности железобактерий. Эти организмы окисляют металл до гидроксида, получая при этом энергию.

Скорость биогеохимических процессов

В природе все круговороты веществ протекают с разной скоростью. На нее влияет множество факторов. Например, форма нахождения элемента, активность его взаимодействия, роль в метаболических процессах и многое другое.

Круговорот кислорода занимает примерно 2 тыс. лет. За этот срок весь газ из атмосферы проходит через живое вещество. Скорость круговорота воды может достигать 2 млн лет, причем время обновления сильно зависит от ее местонахождения (грунт, ледники или атмосфера). Еще больше времени занимают циклы более редких элементов. Например, круговорот фосфора занимает многие миллионы лет.

Основа существования биосферы: экология для «чайников»

Круговорот веществ и превращения энергии в биосфере, Биология

Стандартной биологии для обучении в вузах явно недостаточно. Поэтому минобр решил сделать все возможное, чтобы запутать умы и без того запутанных студентов и ввести качественно новый предмет – биология с основами экологии. Учебник для вузов по этому предмету не то чтобы очень сложный для понимания, но некоторые понятия все же требуют нашего вмешательства и разъяснения. Например, это касается такого явления как биогеохимический круговорот…

Читайте также:  Неклеточные формы жизни. Прионы. Вироиды и Вирусы

Основа существования биосферы

Основу стабильного существования биосферы обеспечивает множество компонентов, а не какой-то один. Все эти компоненты неразрывно связаны друг с другом. И то, как они сотрудничают, влияет на общую стабильность системы и непрерывное превращение энергии.

В основе существования биосферы лежит круговорот. А вот круговорот чего – это уже другой вопрос.

Круговоротов существует множество, все они отличаются и по масштабу, и по качеству протекающих в них явлений (к примеру, круговорот углерода, воды, азота).

Но в каждом из них обязательно принимают участие ВСЕ компоненты биосферы, так как все эти компоненты входят в состав одного общего биогеохимического круговорота.

Биогеохимический круговорот – это обмен веществ и превращение энергии между разными компонентами биосферы, связанные с деятельностью ее организмов. Заказать шпаргалки на экзамены вы можете прямо по ссылке. Обращайтесь!

Круговорот энергии

Круговорот веществ и превращения энергии в биосфере, Биология
Энергия тоже постоянно перерождается

Энергия – это основная движущая сила биогеохимического круговорота. Она непрерывна, позволяя так же непрерывно происходить всем остальным процессам и обеспечивать живым веществам деятельность.

Чтобы в организме поддерживалась жизнедеятельность, им необходимо энергия, которая может существовать в нескольких формах в природе:

  • Механическая,
  • Тепловая,
  • Химическая,
  • Электрическая,
  • Световая,
  • Атомная и пр.

Преобразование энергии – это ее переход из одной формы в другую (например, из механической в электрическую и т.д.).

Такой переход одной формы энергии в другую действует четко по законам сохранения энергии, согласно которому:

Энергия может превращаться из одной формы в другую, но не может быть создана или уничтожена.

Основным источником энергии является, конечно же, солнце, а точнее – его энергия. Именно она способствует нагреванию атмосферы и гидросферы, что способствует движению воздушных масс, океанических течений, испарению воды, таянию снегов.

Круговорот веществ и превращения энергии в биосфере, Биология
Солнечная энергия дает толчок если не всем, то очень многим процессам

Зеленые растения и прочие представители автотрофных организмов преобразуют солнечную энергию в энергию химических связей – так происходит Его Величество Фотосинтез. Вот почему у многих авторов именно фотосинтез выступает как основа существования энергетики биосферы.

Основная часть этой энергии тратится самими растениями для поддержания своей жизнедеятельности. Меньшую часть растение передает по пищевой цепочке животным, которые затем преобразуют эту энергию в другие ее виды (световую, электрическую, тепловую). Какая-то часть солнечной энергии может накапливаться и в виде природных запасов (горючие сланцы, уголь, торф).

Круговорот веществ и превращения энергии в биосфере, Биология
Вот как выглядит поток энергии в биосфере

Так что можно утверждать, что как такового круговорота энергии в биосфере не происходит, происходит лишь ее перерождение из одной формы в другую.

Круговорот воды

Вода – это наша альфа и омега. В среднем все живые тела на 80% состоят из этого вещества, а наша планета на две трети покрыта Мировым океаном.

Круговорот веществ и превращения энергии в биосфере, Биология
Вот так распределяется вода на нашей планете

Вот так распределяется вода на нашей планете

Вода испаряется с поверхности морей и океанов под воздействием солнечных лучей. Эти испарения переносятся ветром на материки, где испарения в виде осадков выпадают на землю.

Выпадая в жидком виде, вода сразу становится доступной живым организмам или же стекает к рекам и грунтовым водам, возвращаясь обратно в океаны. Если же вода выпадает в виде связанных осадков (снег и лед), то некоторое время она будет недоступной для организмов.

Круговорот веществ и превращения энергии в биосфере, Биология
В таком виде происходит круговорот воды

В таком виде происходит круговорот воды

Из почвы вода поглощается растениями, частично расходуясь на фотосинтез, а частично испаряясь с поверхности листьев. К животным вода поступает в виде еды и пищи, а выходит из их организмов при дыхании, выделении пота и в составе других продуктов жизнедеятельности.

Круговорот углерода

Круговорот веществ и превращения энергии в биосфере, Биология
Так выглядит в природе круговорот углерода

Углерод – необходимый химический элемент органических веществ любых классов.

Львиная доля круговорота этого вещества в круговороте принадлежит растениям. Именно они в процессе фотосинтеза  способствуют ассимиляции углекислого газа атмосферы и гидросферы растениями и цианобактериями, образуя углеводы.

Когда же живой организм дышит, происходит обратный процесс – образуется углекислый газ из углерода органических соединений.

Так что циркуляции углерода в биосфере способствуют всего лишь 2 казалось бы естественных и таких незаметных процесса – дыхание и фотосинтез.

Круговорот азота

Главный источник азота в биосфере – атмосферный азот в форме газа. В небольшом объеме азот и кислородный воздух связывается в нитраты в процессе образования грозовых разрядов.

Круговорот веществ и превращения энергии в биосфере, Биология
Разряды молнии помогают молекулам азота связываться с нитратами

А вот схема круговорота азота в биосфере:

Круговорот веществ и превращения энергии в биосфере, Биология
Отсюда становится ясно, что главным связующим звеном азота с биосферой являются азотофиксирующие бактерии, которые живут в почве

Отсюда становится ясно, что главным связующим звеном азота с биосферой являются азотофиксирующие бактерии, которые живут в почве.

Когда азот становится частью органических соединений (от процессов жизнедеятельности животных или растений), он поступает в почву в виде аммиачных соединений, которые окисляются и становятся нитратами и нитритами, после чего снова используются животными и растениями.

Вот, пожалуй, самое основное, что вам нужно знать об основах биосферы и о биогеохимическом круговороте. Для понимания этого вполне хватит, чтобы сдать зачет или небольшой экзамен.

А если вам вдруг понадобится написать сложный реферат или контрольную работы на тему Основы экологии, наши авторы не только помогут с подбором актуальной и полезной информации, но и грамотно оформят работу согласно требованиям вашего учебного заведения! 

Круговорот веществ в биосфере, геологический и биохимический виды, значение живых организмов

Длительное существование жизни на Земле возможно благодаря постоянному круговороту веществ в биосфере. Все элементы, которые есть на планете, находятся в ограниченном количестве. Использование всех запасов привело бы к исчезновению всего живого. Поэтому в природе существуют механизмы, обеспечивающие перемещение химических соединений из живого к неживой природе и обратно.

Круговорот веществ и превращения энергии в биосфере, Биология

Виды круговоротов веществ

Неоднократное использование существующих элементов способствует постоянству жизненных процессов при достаточном количестве энергетических ресурсов. Главный источник энергии, обеспечивающий круговорот веществ в биосфере — Солнце.

Выделяют три круговорота: геологический, биогеохимический и антропогенный (появился после возникновения человечества).

Геологический

Геологический или большой круговорот веществ функционирует благодаря внешним и внутренним геологическим процессам.

Эндогенные (глубинные) процессы происходят под воздействием внутренней энергии планеты. Ее источником служит радиоактивность, а также ряд биохимических реакций при формировании минералов и др. К глубинным процессам относят: перемещение земной коры, землетрясения, возникновение магматических расплавов, преобразования твердых пород.

Экзогенные процессы вызваны влиянием солнечной энергии. Основные из них: разрушение и изменение минеральных и органических пород, перенос этих остатков на другие участки земли, формирование осадочных пород. Экзогенные процессы также включают деятельность живой природы и человека.

Континенты, впадины океанического дна — результат влияния эндогенных факторов, а незначительные изменения существующего рельефа сформировались под действием экзогенных процессов (холмы, овраги, дюны). По сути, деятельность эндогенных и экзогенных факторов направлена друг на друга. Эндогенные отвечают за создание крупных форм рельефа, а экзогенные сглаживают их.

Силикатный расплав земной коры (магма) после выветривания переходит в осадочные породы. Проходя через подвижныеслои земной коры, они опускаются вглубь земного шара, где плавятся и обращаются в магму. Она снова извергается на поверхность и, после застывания, превращается в магматические породы.

Так, большой круговорот обеспечивает постоянный обмен вещества между биосферой и глубинами Земли.

Биохимический

Биогеохимический или малый круговорот осуществляется благодаря взаимодействию всего живого. Отличие от геологического состоит в том, что малый ограничен границами биосферы.

Круговорот веществ и превращения энергии в биосфере, БиологияБиохимический круговорот в биосфере

Благодаря солнечной энергии здесь идет важный процесс — фотосинтез. При этом органические вещества продуцируются автотрофами, путем синтеза из неорганических. Далее они поглощаются гетеротрофами. После, отмершие тела животных и растений минерализуются (превращаются в неорганические продукты). Полученные неорганические вещества снова используются автотрофными организмами.

Малый круговорот веществ делится на две составляющие:

  • Резервный фонд — та доля веществ, что еще не используется живыми особями;
  • обменный фонд — небольшая доля вещества, задействованная в обменных процессах.
Читайте также:  Вид. популяция - биология

Резервный фонд делится на 2 вида:

  • Газового типа — это резервный фонд воздушной и водной среды (задействованы следующие элементы: C, O, N);
  • осадочного типа — резервный фонд, что находится в твердой оболочке земли (задействованы следующие элементы: P, Ca, Fe).

Интенсивные обменные процессы возможны при достаточном поступлении воды и оптимальном температурном режиме. Поэтому в тропических широтах круговорот протекает быстрее, чем в северных.

Какую функцию выполняет круговорот веществ в биосфере?

Единство биосферы поддерживается круговоротом вещества и энергии. Постоянное их взаимодействие поддерживает жизнь на всей планете. Углерод — один из незаменимых элементов живых существ. Круговорот углерода поддерживается за счет деятельности представителей растительного мира.

Углерод вступает в круговорот веществ в биосфере и завершает его в форме углекислого газа. Во время фотосинтеза из атмосферы поглощается диоксид углерода, который превращается фотосинтезирующими организмами в углеводы. Назад возвращается CO2 в процессе дыхания.

Азот — важный элемент, структурная часть ДНК, АТФ, белков. Он в большей мере представлен молекулярным азотом, и в таком виде не усваивается растениями. Круговороту азота способствуют бактерии и цианобактерии.

Они могут переводить молекулы N в соединения, которые доступны для растений. После гибели органика поддается действию сапрогенных бактерий и расщепляется до аммиака.

Часть которого подымается в верхние слои атмосферы и вместе с диоксидом углерода удерживает тепло планеты.

Функция и значение живых организмов

Круговорот веществ и превращения энергии в биосфере, БиологияЖивые организмы в круговороте веществ

Все живое участвует в круговороте веществ, при этом усваивая одни вещества и выделяя другие. Существует ряд функций, которые выполняют живые организмы.

  1. Энергетическая
  2. Газовая
  3. Концетрационная
  4. Окислительно-востановительная
  5. Деструктивная
  6. Транспортная
  7. Средообразующая

Роль редуцентов в круговороте веществ

Редуценты в процессе круговорота веществ возвращают минералы и водные ресурсы в почву, при этом они становятся доступными для автотрофных организмов. Таким образом, вся живая природа не может существовать без редуцентов. Типичными представителями редуцентов являются грибы и бактерии.

Значение бактерий

Бактерии в круговороте веществ в биосфере играют огромную роль. Значимость микроорганизмов определяется, главным образом, их широкой распространённостью, быстрыми обменными процессами.

Бактерии разлагают органические соединения отмерших растений и освобождают в биосферу углерод. Также бактерии способны осуществлять химические реакции, недоступные для других живых существ (азотфиксирующие бактерии).

Какова роль грибов в круговороте веществ в биосфере?

Они превращают органические соединения в неорганические, которые становятся источником питания для растений. Также некоторые грибы участвуют в почвообразовании. Накопившаяся органика в теле гриба после его отмирания превращается в перегной.

Оцените, пожалуйста, статью. Мы старались:) (1

Биологический круговорот и превращение энергии в биосфере, роль в нем организмов разных царств. Эволюция биосферы

Биологический круговорот и превращение энергии в биосфере, роль в нем организмов разных царств. Эволюция биосферы добавить в закладки Круговорот веществ и превращения энергии в биосфере, Биология

Наша планета окружена тремя оболочками. Круговорот веществ – это многократное участие веществ в процессах, протекающих в различных оболочках Земли. 

Этот процесс – явление непрерывное, циклическое. Круговорот веществ сопровождается превращением, потерями, закономерными перераспределениями органических и неорганических веществ. 

В процессе круговорота образуется живое вещество из неорганических соединений, впоследствии органика распадается на неорганические компоненты.

Круговорот веществ в биосфере происходит при участии живых организмов, которые преобразуют и передают энергию по пищевой цепочке. Биологический круговорот осуществляется по трофическим цепям (сетям) экосистемы и подчиняется закону Линдемана. В этом круговороте участие принимают все химические элементы, из них выделяют самые необходимые:

  • Углерод. Основным его источником является углекислота. Именно она необходима для его переработки в органическое вещество. В процессе фотосинтеза, поглощенная зелеными растениями углекислота перерабатывается в сахар, а благодаря другим процессам биосинтеза преобразуется в липиды, протеиды и тому подобное. Именно эти вещества являются источником питания для растений. 
  • Азот. В атмосфере содержится около 78% азота, однако он находится в том состоянии, в котором не может использоваться большинством живых организмов. Для того чтобы, организмы смогли им воспользоваться, азот должен быть зафиксирован в виде химических соединений. Фиксация протекает при вулканической активности, грозовых разрядах или же сгорании метеоритов, но основная фиксация происходит за счет микроорганизмов, обитающих на корнях высших растений, реже на листьях. 
  • Кислород. Главная составляющая живой природы. В тканях живых организмов содержится около 62,8% кислорода и 19%углерода. Круговорот кислорода усложняется тем фактором, что он может образовывать большое количество различных химических соединений. При определенном содержании кислорода, он может быть губителен для клеток аэробных организмов. Луи Пастер доказал, что ни один анаэробный организм не выживет при концентрации кислорода превышающей 1%. Круговорот этого вещества происходит между живыми организмами и атмосферой. Процесс продуцирования и выделения кислорода растениями при фотосинтезе противоположен процессу потребления и выделения углекислого газа при дыхании. 

Эволюция биосферы

Биосфера – это весьма сложный комплекс, состоящий из массы элементов, взаимодействующих друг с другом на протяжении миллиардов лет. В планетарной биосфере различают материковую и  океаническую биосферы, отличающиеся   биологическими,  физическими  и  другими  условиями. Целостный характер биосферы определяется совокупностью живого вещества планеты.

В состав биологической оболочки входят лишь самые нижние слои атмосферы. Жизнь в них не может протекать без связи с литосферой и гидросферой. Распространение жизни в атмосфере ограничивается тропосферой.

Основные изменения биосфера претерпела с момента появления человека. Протяженности биосферы  составляет порядка 3000 км,  теоретически ее размеры могут быть более протяженными. 

Возникновение жизни, согласно одной из теорий, происходило в условиях первобытной Земли, под воздействием специфических физико-химических процессов. Проблема происхождения жизни является одним из актуальных вопросов. Снижение температуры способствовало формированию водной оболочки планеты.

Эволюция Земли включает 4 этапа.

  1. В ходе первого этапа происходило формирование земной коры, атмосферы и гидросферы. Возник первичный круговорот веществ. Первичная атмосфера состояла из метана, аммиака, пара, углекислого газа, сероводорода, практически не содержала кислорода и озона.
  2. Второй этап – химическая эволюция, в ходе которой происходили процессы синтеза и накопления простых органических соединений.
  3. Третий этап – возникновение жизни. Ему предшествовало появление первоначальных белковых молекул, из которых, впоследствии строились микроскопические живые организмы. Завоевание суши организмами привело к резкому росту биомассы живой материи. 
  4. Появление человека и преобразование его в биосоциальное существо, изменяющее биосферу.

Возникновению жизни предшествовало накопление в Мировом океане органических веществ, образованных без участия живых организмов. Продуценты синтезировали органические вещества из неорганических молекул.

Появление фотосинтезирующих растений привело к формированию кислородной атмосферы. Органическое вещество стало служить пищей гетеротрофным организмам.

В силурийском периоде палеозойской эры живые организмы начали осваивать сушу. Каждый возникающий вид, занимал определенную нишу в биосфере. Ограничивали область распространения жизни слишком высокие или низкие температуры.

Увеличение численности населения может в ближайшее время привести к обострению продовольственной проблемы. Человек вышел за пределы возможностей биосферы и активно преобразовывает ее.

  • В настоящее время, ученые сделали возможной количественную оценку степени воздействия эволюции на строение биосферы, ее массу и продуктивность.
  • С появлением человека, как биосоциального существа, возникла ноосфера, которая не может быть охвачена ни одной естественной наукой, здесь имеет место взаимодействие естественных и общественных наук. 
  • Разумная деятельность человека стала главным фактором, обусловливающим развитие современной биосферы. 
  • Смотри также:

"Круговороты веществ и превращение энергии в биосфере. Антропогенное влияние на круговороты веществ". Урок с использованием ИКТ

Задачи урока:

  1. Познакомить учащихся с сущностью круговоротов веществ и превращения энергии в биосфере, с простейшими циклами миграции атомов и веществ.
  2. Научить школьников использовать полученные знания о процессах, происходящих в биосфере, для обоснования мероприятий по охране природы.
  3. Продолжить формирование у учащихся отрицательного отношения к деятельности человека, наносящей ущерб природной среде.
  • Ход урока
  • На доске эпиграф:
  1. “Ах, эта среда обитания! Все связаны между собой Обменом, цепями питания,
  2. Составом, структурой, судьбой”.

1. Актуализация знаний: учитель
обращает внимание учащихся на эпиграф и
организует фронтальную беседу о биосфере как
среде обитания живых организмов, основных
свойствах живого вещества, роли живых организмов
в биосфере, функциях живого вещества в ней
(содержание беседы зависит от пройденного в
данной теме материала).

2. Изучение новой темы на основе
обобщения материала (рассказ учителя):

Читайте также:  Класс головоногие моллюски - биология

Учитель: Главная функция биосферы заключается
в обеспечении круговорота химических элементов,
который выражается в циркуляции веществ между
атмосферой, почвой, гидросферой и живыми
организмами.

В природе существует теснейшая
взаимосвязь между всеми живыми организмами:
зелеными растениями, животными, бактериями,
грибами.

Эта взаимосвязь реализуется через
потоки вещества и энергии и может быть
представлена в виде схемы (учитель демонстрирует
слайд №2 приложения 1).

Круговорот веществ в биосфере поддерживается
постоянным потоком энергии. Единственный
источник внешней энергии на Земле – это
излучение Солнца. Энергия, проходящая через
биосферу нашей планеты, образует именно поток, а
не круговорот!

Каждый живой организм получает энергию Солнца
в прямом или измененном виде, а затем выделяет ее
в окружающую среду или передает другим живым
организмам. В обобщенной схеме энергия проходит
сквозь живую оболочку и выделяется в среду в уже
“отработанном” виде, в виде тепла, которое не
может быть вновь усвоено живыми организмами.

Основную роль потребителей солнечной энергии
выполняют зеленые растения, которые способны
непосредственно усваивать световую энергию
Солнца.

Если для круговорота веществ достаточно того
запаса вещества, который имеется в биосфере, то
поток энергии требует непрерывного поступления
энергии извне – наша биосфера – открытая
система.

Чтобы нагляднее представить себе роль энергии
и вещества в жизненных процессах, сравним их с
колесом мельницы, которое вращается под напором
падающей с плотины воды.

Колесо крутится,
оставаясь на месте, и символизирует собой запас
вещества в биосфере: его столько же сегодня,
сколько было вчера, и завтра, не убавится и не
прибавится. Но чтобы колесо вертелось, необходим
постоянный приток нового количества воды. Поток
воды бежит мимо колеса, вращая его.

Так и поток
энергии “крутит” колесо жизни на нашей планете,
и его движение дает стимул “вращательному”
движению вещества в биосфере.

Вместе с круговоротом веществ в биосфере
осуществляется и круговорот (миграция) атомов
конкретных химических элементов. Они переходят
из организма в организм, затем — в неживую
природу и снова в организм (учитель
демонстрирует слайд №3 приложения 1).

Главенствующую роль в этом процессе играет вся
масса живых организмов Земли (учитель
демонстрирует слайд №4 приложения 1).“Живое
вещество, – писал В.И. Вернадский, – охватывает и
перестраивает химические процессы биосферы.
Живое вещество есть самая мощная геологическая
сила, растущая с ходом времени”.

Положение о круговороте атомов является одним
из основных законов геохимии биосферы. Этот
закон сводится к следующему: в сфере атомы
участвуют в биологических круговоротах, в ходе
которых они поглощаются живым веществом и
заряжаются энергией, затем покидают живое
вещество, отдавая накопленную энергию во внешнюю
среду. ( Выделенные жирным шрифтом фразы ребята
конспектируют).

В целом за определенный промежуток времени
одно то же количество вещества биосферы
совершает множество циклов. При этом различают
два основных типа круговорота веществ: большой
(геологический) и малый (биологический) (учитель
демонстрирует слайд №6 приложения 1).Мы
подробнее рассмотрим биологический круговорот
наиболее типичных биофильных химических
элементов.

3. Самостоятельная работа в группах.

Учитель предлагает классу разбиться на малые
группы, каждая из которых получает задание для
самостоятельной работы: в памяти компьютеров
сохранена папка с файлами, содержащими список
терминов (приложение 2) и заготовки
схем круговоротов веществ (приложение
3, приложение 4) для задания (см.
слайд №7 приложения 1).

C помощью программы Paint учащимся необходимо
восстановить схемы круговоротов данных
элементов, вписав необходимые термины из списка приложения 2, стрелками показать
последовательность происходящих процессов и
оформить получившиеся схемы рисунками.

Учитель знакомит учащихся с критериями оценки
работы:

  • Правильность выбора компонентов круговорота;
  • Правильная последовательность происходящих процессов;
  • Творческий подход к оформлению работы;

Учитель демонстрирует через проектор модели
круговоротов азота и углерода с компакт-диска
Открытая биология. Версия 2,5. При необходимости
производится повтор демонстраций.

  • Правильность выполнения работ проверяется во
    время обсуждения, при сравнении полученных схем
    со слайдами презентации (учитель демонстрирует
    слайды № 8 и 9 приложения 1).
  • Затем учащиеся формируют новые группы, в ходе
    работы которых происходит взаимообмен
    полученной информацией.
  • 4. Изучение нового на основе обобщения
    изученного ранее материала
    (беседа):

Учитель: Все процессы природы находятся в
закономерной связи и развитии. Любое нарушение
этих связей, разрыв их порождают негативные
явления, с которыми сталкивается как отдельный
человек, так и все общество в целом.

С появлением человечества возникло сложное
взаимодействие общества и природы, одним из
проявлений которого является сдвиг в биосфере в
сторону возникновения особых биогеоценозов
антропогенного характера.

С помощью проектора демонстрируется
видеофрагмент, посвященный прерыванию
круговоротов при сборе урожая в агроценозе –
одной из причин неустойчивости этого сообщества.
Учитель обращает внимание на то, что возврат
биогенных элементов приходится компенсировать
внесением минеральных или органических
удобрений.

Изменения, которые ранее производил человек,
сводились к тому, что он брал (часто хищнически) у
биосферы средства к существованию, но возвращал
то, что могло быть использовано другими
организмами в цепях питания. Биологические
круговороты тотчас же включали результаты
деятельности человека в свои циклы.

В настоящее время в связи с ростом
народонаселения и технической революцией
воздействие человека на биосферу стало
необычайно сильным, качественно отличным от
прежнего. Е.Б.Новиком это воздействие названо
антибиогенным комплексом.

С помощью проектора демонстрируется
видеофрагмент, посвященный аварии на
Чернобыльской АЭС.

Антропогенное воздействие явилось причиной
колоссальных сдвигов в биосфере.

(Учитель демонстрирует слайд №10 приложения
1, глядя на схему, учащиеся дополняют её
конкретными примерами. Возможны выступления
ребят с подготовленными сообщениями, например о
влиянии человека на круговорот углерода и т.п.).

Учитель: Назовите термины, которыми можно
описать последствия негативного воздействия
человека на глобальные биогенные круговороты.

Предполагаемые ответы: кислотные дожди,
глобальное потепление, эвтрофикация водоемов и
т.д.

5. Общие выводы урока (формулируются
учащимися).

(Возможен вариант задания, который имеет смысл
применить при недостатке времени – заполнение
пропусков в тексте, который содержится в кейсе
задания (приложение 5)):

  1. Количество вещества, вовлекаемого в биосферные процессы, остается постоянным на протяжении целых геологических периодов.
  2. В биосфере совершается многократный круговорот входящих в состав живых организмов веществ, атомов химических элементов и превращение энергии.
  3. .В биосферу извне постоянно вливается поток солнечной энергии.
  4. Биосферные круговороты возможны, так как живое вещество в биосфере постоянно выполняет следующие биогеохимические функции: газовую, концентрационную, окислительно-восстановительную.
  5. В глобальном круговороте веществ непосредственное участие принимают зеленые растения, животные, грибы, бактерии.
  6. Круговорот веществ и атомов химических элементов, превращение энергии осуществляются за счет таких процессов, как фотосинтез, дыхание, горение, брожение.
  7. Влияние человека на процессы, протекающие в биосфере, все время возрастает, что требует регуляции его взаимоотношений с окружающей природой. Охрана природы – насущная потребность современности.

Учитель: (демонстрируя слайд № 11 приложения
1, под звучащую тревожную музыку).

Биосфера функционирует как гигантская хорошо
отлаженная экосистема, где организмы не только
приспосабливаются к среде, но и сами создают и
поддерживают на Земле условия, благоприятные для
жизни.

Совершая гигантский биологический
круговорот веществ в биосфере, жизнь
поддерживает стабильные условия для своего
существования и существования в ней человека.

Это обязывает человека иначе, более разумно
относится к своей деятельности в биосфере.

Домашнее задание:

  1. Учебник А.А.Каменского “Биология. Введение в общую биологию и экологию” § 6.3, записи в тетради, ответы на вопросы в конце параграфа.
  2. Мини-сочинение рассуждение (по желанию учащихся):?

Верите ли вы в то, что человечеству удастся
сохранить биосферу для будущих поколений? Если
“да”, то в каком виде она будет сохранена? Почему
вы так думаете? Если “нет”, то почему и каковы
перспективы будущего человечества?

Использованные материалы.

Литература:

  1. Кулев А.В. Общая биология. 11 класс. Метод. пособие. – СПб.: Паритет, 2004.
  2. Пепеляева О.А., Сунцова И.В. Поурочные разработки по общей биологии: 9 класс.- М.:ВАКО, 2006.
  3. Пономарева И.Н. Экология – М.: Вентана-Графф, 2001.

Электронные носители:

  1. Биология, химия, экология. Электронное учебное издание. ООО “Физикон” 2005,ООО “Дрофа” 2005.CD-ROM.
  2. Открытая биология. Версия 2,5.Полный интерактивный курс биологии. “Физикон”. “Новый Диск”. CD-ROM.
  3. 1С: Школа. Экология .10-11 классы. Учебное пособие. ЗАО “1С”, 2004 ООО “Дрофа”, 2004. CD-ROM.
  4. Экология. Учебное электронное издание. МИЭМ,2004. CD-ROM.
  5. Учитель биологии и экологии МОУ “Селковская СОШ” Сергиево-Посадского района Московской области Ерёмина Л.А.

6.03.2008

Ссылка на основную публикацию