Круговорот веществ и превращения энергии в биосфере – биология

Круговорот веществ и превращение энергии в биосфере

Круговорот веществ представляет собой процессы превращения и перемещения вещества в природе. По своей природе это повторяющиеся, взаимосвязанные физико-химические и биологические процессы.

Среди всех элементов круговорот углерода в наибольшей степени зависит от деятельности живых организмов. Углекислый газ ассимилируется зелеными растениями и бактериями-фотосинтетиками и включается в состав органических веществ. Все живые существа дышат; в результате этого процесса углерод, находящийся в органических веществах в виде углекислого газа, вновь поступает в атмосферу.

Также углекислый газ образуется при минерализации органического вещества микроорганизмами. В живом веществе процессы ассимиляции углерода и его выделение при дыхании практически уравновешены. Только около 1% углерода откладывается в виде торфа, то есть изымается из круговорота. В гидросфере углерод содержится в растворенном виде (углекислый газ, угольная кислота, ионы угольной кислоты).

Здесь его запасы значительно больше, чем в атмосфере. Углерод гидросферы также используется живыми организмами в процессе фотосинтеза и для построения известковых скелетов (губки, кишечнополостные, моллюски и т.д.).

Между Мировым океаном и гидросферой постоянно происходит обмен углеродом, причем в океане значительное количество углерода изымается из круговорота и откладывается в виде малорастворимых карбонатов.

В атмосферу углерод также поступает в результате хозяйственной деятельности человека — при сжигании органоминерального топлива: угля, газа, нефти и продуктов ее переработки и т.д.

Данные энергетические ресурсы образовались в результате деятельности живых организмов в древние геологические эпохи.

Энергетические ресурсы делятся на восполнимые (древесина, торф) и невосполнимые (газ, уголь, нефть).

Огромные запасы углерода содержатся в горных осадочных породах — сланцах, карбонатах кальция и магния. Поступление углерода в атмосферу из этих пород зависит от геохимических процессов (выветривание, геоморфизм горных пород) и вулканической деятельности.

В газовом составе атмосферы азот составляет около 80%. Атмосферный азот в виде газа не может быть напрямую использован живыми организмами.

Фиксация азота и перевод его в соединения, которые поглощают растения, осуществляются почвенными азотфиксирующими бактериями. Примером могут служить клубеньковые бактерии, развивающиеся на корнях бобовых растений.

Азотфиксирующие бактерии обогащают почву азотом, тем самым повышая ее плодородие.

Азот может поступать непосредственно из атмосферы в результате разложения оксида азота под действием электрических грозовых разрядов.

При разложении органических остатков в процессе минерализации под действием микроорганизмов выделяется аммиак. Частично аммиак может усваиваться растениями, но основное его количество переводится в форму нитратов при участии нитрифицирующих бактерий: сначала он окисляется до азотистой кислоты, а затем — до азотной.

В своих трудах, посвященных проблеме возникновения биосферы, В.И. Вернадский писал, что биосфера — это продукт взаимодействия живой и неживой природы Земли. С момента своего возникновения живые организмы представляют собой важную биогеохимическую силу, преобразующую земную кору.

Миграция химических элементов на поверхности Земли так или иначе осуществляется при участии живого вещества. Атомы биогенных элементов многократно проходят через тела живых организмов — биогенная миграция атомов осуществляется за счет энергии солнечного излучения. Живое вещество биосферы определяет состав атмосферы, биогенных осадочных пород, почвы, гидросферы.

Между органическим и неорганическим веществом на Земле существует неразрывная геохимическая связь, постоянный круговорот веществ и превращение энергии.

Круговорот веществ и поток энергии через экосистемы обеспечивает существование жизни как таковой, потому что даже на Земле запасы необходимых биогенных элементов были бы очень быстро исчерпаны.

Круговорот в виде биогеохимических циклов — необходимое условие существования биосферы. Термин «биогеохимические циклы» был введен в начале XX в. академиком В.И. Вернадским.

Деятельность человека создает новую искусственную оболочку Земли — ноосферу.

Ноосфера — это особое состояние биосферы, где разумная деятельность человека становится определяющим фактором ее развития. Понятие ноосферы как сферы разума было введено Э. Леруа и П.

Тейером де Шарденом в 1927 г. Учение о ноосфере было создано и развито В.И. Вернадским в 40-х гг. XX в.

Вернадский понимал ноосферу как особую структурную форму, развивающуюся в результате взаимодействия человеческого общества и биосферы.

Ноосфера — это следующее эволюционное состояние биосферы, направленно преобразуемое в интересах человечества. Для ноосферы характерна взаимосвязь законов природы с социально-экономическими законами общества. Переход биосферы в ноосферу будет происходить в процессе объединения всех людей, населяющих планету, для решения общих глобальных экологических проблем.



Источник: https://scribble.su/ege/ege-2018-biology/113.html

Круговорот веществ и превращения энергии в экосистемах. Биосфера

Круговорот веществ и энергии в экосистемах обусловлен жизнедеятельностью организмов и является необходимым условием их существования. Круговороты не замкнуты, поэтому химические элементы накапливаются во внешней среде и в организмах.

Углерод поглощается растениями в процессе фотосинтеза и выделяется организмами в процессе дыхания. Он так же накапливается в среде в виде топливных ископаемых, а в организмах в виде запасов органических веществ.

Азот превращается в соли аммония и нитраты в результате деятельности азотфиксирующих и нитрифицирующих бактерий. Затем, после использования соединений азота организмами и денитрификации редуцентами азот возвращается в атмосферу.

Сера находится в виде сульфидов и свободной серы в составе морских осадочных пород и почвы. Превращаясь в сульфаты, в результате окисления серобактериями, она включается в ткани растений, затем вместе с остатками их органических соединений подвергается воздействию анаэробных редуцентов. Образовавшийся в результате их деятельности сероводород снова окисляется серобактериями.

Фосфор содержится в составе фосфатов горных пород, в пресноводных и океанических отложениях, в почвах.

В результате эрозии фосфаты вымываются и, в кислой среде переходят в растворимое состояние с образованием фосфорной кислоты, которая усваивается растениями. В тканях животных фосфор входит в состав нуклеиновых кислот, костей.

В результате разложения редуцентами остатков органических соединений, он снова возвращается в почвы, а затем в растения.

 Биосфера – глобальная экосистема. Учение В.И. Вернадского о биосфере и ноосфере. Живое вещество, его функции. Особенности распределения биомассы на Земле. Эволюция биосферы

Существуют два определения биосферы.

Первое определение. Биосфера – это населенная часть геологической оболочки Земли.

Второе определение. Биосфера – это часть геологической оболочки Земли, свойства которой определяется активностью живых организмов.

Второе определение охватывает более широкое пространство: ведь образовавшийся в результате фотосинтеза атмосферный кислород распределен по всей атмосфере и присутствует там, где нет живых организмов.

Биосфера в первом смысле состоит из литосферы, гидросферы и нижних слоев атмосферы – тропосферы.

Пределы биосферы ограничены озоновым экраном, находящимся на высоте 20 км, и нижней границей, находящейся на глубине около 4 км.

Биосфера во втором смысле включает всю атмосферу. Учение о биосфере и ее функциях разработал академик В.И. Вернадский.

 Биосфера – это область распространения жизни на Земле, включающая живое вещество (вещество, входящее в состав живых организмов), биокосное вещество, т.е.

вещество, не входящее в состав живых организмов, но формирующееся за счет их активности (почва, природные воды, воздух), косное вещество, формирующееся без участия живых организмов.

Живое вещество, составляющее мене 0,001% массы биосферы, является наиболее активной частью биосферы. В биосфере происходит постоянная миграция веществ, как биогенного, так и абиогенного происхождения, в котором живые организмы играют основную роль. Круговорот веществ определяет устойчивость биосферы.

Основным источником энергии для поддержания жизни в биосфере является Солнце. Его энергия преобразуется в энергию органических соединений в результате фотосинтетических процессов, происходящих в фототрофных организмах. Энергия накапливается в химических связях органических соединений, служащих пищей растительноядным и плотоядным животным.

Органические вещества пищи разлагаются в процессе обмена веществ и выводятся из организма. Выделенные или отмершие остатки разлагаются бактериям, грибами и некоторыми другими организмами. Образовавшиеся химические соединения и элементы вовлекаются в круговорот веществ. Биосфера нуждается в постоянном притоке внешней энергии, т.к.

вся химическая энергия превращается в тепловую.

Функции биосферы. Газовая – выделение и поглощение кислорода и углекислого газа, восстановление азота. Концентрационная – накопление организмами химических элементов, рассеянных во внешней среде.

Окислительно-восстановительная – окисление и восстановление веществ в ходе фотосинтеза и энергетического обмена. Биохимическая – реализуется в процессе обмена веществ.

 Энергетическая – связана с использованием и преобразованием энергии.

В результате биологическая и геологическая эволюции происходят одновременно и тесно взаимосвязаны. Геохимическая эволюция происходит под влиянием биологической эволюции.

Масса всего живого вещества биосферы составляет ее биомассу, равную примерно

 2,4 × 1012 т.

Организмы, населяющие сушу, составляют 99,87% от общей биомассы, биомасса океана –

 0, 13%. Количество биомассы увеличивается от полюсов к экватору. Биомасса (Б) характеризуется:

– своей продуктивностью – приростом вещества, приходящегося на единицу площади (П);

– скоростью воспроизведения – отношением продукции к биомассе за единицу времени (П/Б).

Самыми продуктивными являются тропические и субтропические леса.

Часть биосферы, находящуюся под влиянием активной деятельности человека, называется ноосферой – сферой человеческого разума. Термин обозначает разумное влияние человека на биосферу в современную эпоху научно-технического прогресса. Однако, чаще всего, это влияние губительно для биосферы, что в свою очередь губительно для человечества.

А1. Главная особенность биосферы:

1) наличие в ней живых организмов

2) наличие в ней неживых компонентов, переработанных живыми организмами

3) круговорот веществ, управляемый живыми организмами

4) связывание солнечной энергии живыми организмами

А2. Залежи нефти, каменного угля, торфа образовались в процессе круговорота:

1) кислорода

2) углерода

3) азота

4) водорода

А3. Найдите неверное утверждение. Невосполнимые природные ресурсы, образовавшиеся в процессе круговорота углерода в биосфере:

1) нефть

2) горючий газ

3) каменный уголь

4) торф и древесина

А4. Бактерии, расщепляющие мочевину до ионов аммония и углекислого газа, принимают участие в круговороте

1) кислорода и водорода

2) азота и углерода

3) фосфора и серы

4) кислорода и углерода

А5. В основе круговорота веществ лежат такие процессы, как

1) расселение видов 3) фотосинтез и дыхание

2) мутации 4) естественный отбор

А6. Клубеньковые бактерии включают в круговорот

1) фосфор 3) углерод

2) азот 4) кислород

А7. Солнечная энергия улавливается

1) продуцентами

2) консументами первого порядка

3) консументами второго порядка

4) редуцентами

А8. Усилению парникового эффекта, по мнению ученых, в наибольшей степени способствует:

1) углекислый газ 3) двуокись азота

2) пропан 4) озон

Читайте также:  Кто живет в воде - биология

А9. Озон, который образует озоновый экран, формируется в:

1) гидросфере

2) атмосфере

3) в земной коре

4) в мантии Земли

А10. Наибольшее количество видов находится в экосистемах:

1) вечнозеленых лесов умеренного пояса

2) влажных тропических лесов

3) листопадных лесов умеренного пояса

4) тайги

А11. Наиболее опасной причиной обеднения биологического разнообразия – важнейшего фактора устойчивости биосферы – является

1) прямое истребление

2) химическое загрязнение среды

3) физическое загрязнение среды

4) разрушение мест обитания

С1. Какую роль играют животные в поддержании качества воды в водоемах?

С2. Назовите возможные способы получения энергии бактериями и кратко раскройте их биологический смысл.

С3. Почему разнообразие видов служит признаком устойчивости экосистемы

С4. Нужно ли регулировать рождаемость населения?

Ответы  Круговорот веществ. Часть А. А1 – 3. А2 – 2. А3 – 4. А4 – 2. А5 – 3. А6 – 2. А7 – 1. А8 – 1. А9 – 2. А10 – 2. А11 – 4.

Часть С. С1 1) Животные фильтруют воду. Животных фильтраторов используют в промышленных масштабах для очистки сточных вод. 2) Животные поедают останки других животных, предотвращая их гниение.

С2 1) Бактерии фотоавтотрофы– фотосинтезирующие бактерии, содержащие в своих клетках хлорофилл. 2) Бактерии хемотрофы, преобразующие энергию неорганических соединений.

3) Бактерии гетеротрофы – использующие органические соединения мертвых или живых тел.

СЗ Разнообразие видов в экосистеме указывает на относительную стабильность условий среды, возможность найти пищу, возможность использовать различные пищевые ресурсы.

С4 В зависимости от демографической ситуации в регионе и мире. Считается, что рождаемость снижается тогда, когда растет благосостояние населения. Но для этого необходимы высокие темпы развития экономики.

В свою очередь это может ограничить возможности среды и усилить ее негативное воздействие на людей. Кроме того иногда возникают демографические ямы – следствие войн, катастроф, эпидемий.

В этом случае рождаемость необходимо повышать с помощью социальных мер.

Источник: http://bbiology7.blogspot.com/p/blog-page_16.html

Круговорот веществ в биосфере

Круговорот веществ в биосфере — цикличный, многократно повторяющийся процесс совместного, взаимосвязанного превращения и перемещения веществ. Наличие круговорота веществ является необходимым условием существования биосферы.

После использования одними организмами вещества должны переходить в доступную для других организмов форму. Такой переход веществ от одного звена к другому требует энергетических затрат, поэтому возможен только при участии энергии Солнца.

С использованием солнечной энергии на планете протекают два взаимосвязанных круговорота веществ: большой — геологический и малый — биологический (биотический).

Геологический круговорот веществ — процесс миграции веществ, осуществляемый под влиянием абиотических факторов: выветривания, эрозии, движения вод и т. д. Живые организмы участия в нем не принимают.

С возникновением на планете живого вещества появился биологический (биотический) круговорот. В нем принимают участие все живые организмы, поглощающие из окружающей среды одни вещества и выделяющие другие.

Например, растения в процессе жизнедеятельности потребляют из окружающей среды углекислый газ, воду, минеральные вещества и выделяют кислород. Животные используют выделенный растениями кислород для дыхания. Они поедают растения и в результате пищеварения усваивают образовавшиеся в процессе фотосинтеза органические вещества.

Выделяют углекислый газ и непереваренные остатки пищи. После отмирания растения и животные образуют массу мертвого органического вещества (детрит). Детрит доступен для разложения (минерализации) микроскопическими грибами и бактериями.

В результате их жизнедеятельности в биосферу поступает дополнительное количество углекислого газа. А органические вещества превращаются в исходные неорганические компоненты — биогены. Образовавшиеся минеральные соединения, попадая в водоемы и почву, снова становятся доступны растениям для фиксации посредством фотосинтеза.

Такой процесс повторяется бесконечно и носит замкнутый характер (круговорот). Например, весь атмосферный кислород проходит по этому пути примерно за 2 тыс. лет, а углекислому газу для этого требуется около 300 лет.

Энергия, заключенная в органических веществах, по мере перемещения в пищевых цепях уменьшается. Большая часть ее рассеивается в окружающей среде в виде тепла или расходуется на поддержание процессов жизнедеятельности организмов.

Например, на дыхание животных и растений, транспорт веществ у растений, а также на процессы биосинтеза живых организмов. К тому же образовавшиеся в результате деятельности редуцентов биогены не содержат доступной для организмов энергии. В данном случае можно говорить лишь о потоке энергии в биосфере, но не о круговороте.

Поэтому условием устойчивого существования биосферы является постоянно протекающий в биогеоценозах круговорот веществ и поток энергии.

Геологический и биологический круговороты в совокупности формируют общий биогеохимический круговорот веществ, основу которого составляют циклы азота, воды, углерода и кислорода.

Круговорот азота

Азот — один из самых распространенных элементов в биосфере. Основная часть биосферного азота находится в атмосфере в газообразной форме.

Как известно из курса химии, химические связи между атомами в молекулярном азоте (N2) очень прочные. Поэтому большинство живых организмов не способны использовать его непосредственно.

Отсюда важным этапом в круговороте азота является его фиксация и перевод в доступную для организмов форму. Различают три пути фиксации азота.

Атмосферная фиксация. Под воздействием атмосферных электрических разрядов (молний) азот может взаимодействовать с кислородом с образованием оксида (NO) и диоксида (NO2) азота. Оксид азота (NO) при этом очень быстро окисляется кислородом и превращается в диоксид азота.

Диоксид азота растворяется в парах воды и в виде азотистой (HNO2) и азотной (HNO3) кислот с осадками попадает в почву. В почве в результате диссоциации этих кислот образуются нитрит- (NO2–) и нитрат-ионы (NO3–). Нитрит- и нитрат-ионы уже могут поглощаться растениями и включаться в биологический круговорот.

На долю атмосферной фиксации азота приходится около 10 млн т азота в год, что составляет около 3 % ежегодной азотфиксации в биосфере.

Биологическая фиксация. Она осуществляется азотфиксирующими бактериями, которые переводят азот в доступные для растений формы. Благодаря микроорганизмам связывается около половины всего азота. Наиболее известны бактерии, фиксирующие азот в клубеньках бобовых растений. Они поставляют растениям азот в виде аммиака (NH3).

Аммиак хорошо растворим в воде с образованием иона аммония (NH4+), который и усваивается растениями. Поэтому бобовые — лучшие предшественники культурных растений в севообороте. После отмирания животных и растений и разложения их остатков почва обогащается органическими и минеральными соединениями азота.

Далее гнилостные (аммонифицирующие) бактерии расщепляют азотсодержащие вещества (белки, мочевину, нуклеиновые кислоты) растений и животных до аммиака. Этот процесс называется аммонификацией. Большая часть аммиака впоследствии подвергается окислению нитрифицирующими бактериями до нитритов и нитратов, которые вновь используются растениями.

Возвращение азота в атмосферу происходит путем денитрификации, которую осуществляет группа денитрифицирующих бактерий. В результате происходит восстановление азотистых соединений до молекулярного азота. Часть азота в нитратной и аммонийной формах с поверхностным стоком попадает в водные экосистемы.

Здесь азот усваивается водными организмами или поступает в донные органические отложения.

Промышленная фиксация. Большое количество азота ежегодно связывается промышленным путем при производстве минеральных азотных удобрений. Азот из таких удобрений усваивается растениями в аммонийной и нитратной формах.

Объем выпускаемых азотных удобрений в Беларуси в настоящее время составляет около 900 тыс. т в год. Крупнейшим производителем является ОАО «ГродноАзот».

На данном предприятии выпускают карбамид, аммиачную селитру, сульфат аммония и другие азотные удобрения.

Примерно 1/10 искусственно внесенного азота используется растениями. Остальное с поверхностным стоком и грунтовыми водами переходит в водные экосистемы. Это приводит к накоплению в воде больших количеств соединений азота, доступных для усвоения фитопланктоном. В результате возможно бурное размножение водорослей (эвтрофикация) и, как следствие, заморы в водных экосистемах.

Круговорот воды

Вода — основной компонент биосферы. Она является средой для растворения практически всех элементов при осуществлении круговорота. Большая часть биосферной воды представлена жидкой водой и водой вечных льдов (более 99 % всех запасов воды в биосфере).

Незначительная часть воды находится в газообразном состоянии — это атмосферные водяные пары. Биосферный круговорот воды основывается на том, что ее испарение с поверх ности Земли компенсируется выпадением осадков. Попадая на поверхность суши в виде осадков, вода способствует разрушению горных пород.

Это делает составляющие их минералы доступными для живых организмов. Именно испарение воды с поверхности планеты обусловливает ее геологический круговорот. На него расходуется около половины падающей солнечной энергии. Испарение воды с поверхности морей и океанов происходит с большей скоростью, чем возвращение ее с осадками.

Эта разница компенсируется за счет поверхностного и глубинного стоков благодаря тому, что на континентах осадки преобладают над испарением.

Увеличение интенсивности испарения воды на суше во многом обусловлено жизнедеятельностью растений. Растения извлекают воду из почвы и активно транспирируют ее в атмосферу. Часть воды в клетках растений расщепляется в процессе фотосинтеза. При этом водород фиксируется в виде органических соединений, а кислород выделяется в атмосферу.

Животные используют воду для поддержания осмотического и солевого равновесия в организме и выделяют ее во внешнюю среду вместе с продуктами обмена веществ.

Круговорот углерода

Углерод как химический элемент присутствует в атмосфере в составе углекислого газа. Это и обусловливает обязательное участие живых организмов в круговороте этого элемента на планете Земля.

Основной путь, по которому углерод из неорганических соединений переходит в состав органических веществ, где он является обязательным химическим элементом, — это процесс фотосинтеза.

Часть углерода выделяется в атмосферу в составе углекислого газа при дыхании живых организмов и при разложении бактериями мертвого органического вещества. Усвоенный растениями углерод потребляется животными.

Кроме того, коралловые полипы, моллюски используют соединения углерода для построения скелетных образований и раковин. После их отмирания и оседания на дне формируются отложения известняков. Таким образом, углерод может исключаться из круговорота. Выведение углерода из круговорота на длительный срок достигается путем формирования полезных ископаемых: каменного угля, нефти, торфа.

На протяжении существования нашей планеты выведенный из круговорота углерод компенсировался углекислым газом, поступающим в атмосферу при вулканических извержениях и в ходе других естественных процессов.

В настоящее время к природным процессам пополнения углерода в атмосфере добавилось значительное антропогенное воздействие. Например, при сжигании углеводородного топлива.

Это нарушает отрегулированный веками круговорот углерода на Земле.

Читайте также:  Сообщества организмов - биология

Увеличение концентрации углекислого газа за столетие всего на 0,01 % привело к заметному проявлению парникового эффекта. Среднегодовая температура на планете повысилась на 0,5 °С, а уровень Мирового океана поднялся почти на 15 см.

По прогнозам ученых, если среднегодовая температура увеличится еще на 3-4 °С, начнется таяние вечных льдов. При этом уровень Мирового океана поднимется на 50-60 см, что приведет к затоплению значительной части суши.

Это расценивается как глобальная экологическая катастрофа, ведь на этих территориях проживает около 40 % населения Земли.

Круговорот кислорода

В функционировании биосферы кислород играет исключительно важную роль в процессах обмена веществ и дыхании живых организмов. Уменьшение количества кислорода в атмосфере в результате процессов дыхания, сжигания топлива и гниения компенсируется кислородом, выделяемым растениями при фотосинтезе.

Кислород образовывался в первичной атмосфере Земли при ее остывании. В силу своей высокой реакционной способности он переходил из газообразного состояния в состав различных неорганических соединений (карбонатов, сульфатов, оксидов железа и др.).

Сегодняшняя кислородсодержащая атмосфера планеты образовалась исключительно за счет осуществляемого живыми организмами фотосинтеза. Содержание кислорода в атмосфере повышалось до нынешних значений в течение длительного времени.

Поддержание его количества на постоянном уровне в настоящее время возможно только благодаря фотосинтезирующим организмам.

К сожалению, в последние десятилетия деятельность человека, приводящая к вырубке лесов, эрозии почв, снижает интенсивность фотосинтеза. А это, в свою очередь, нарушает естественный ход круговорота кислорода на значительных территориях Земли.

Небольшая часть кислорода атмосферы участвует в процессах образования и разрушения озонового экрана при действии ультрафиолетового излучения Солнца.

Источник: http://jbio.ru/krugovorot-veshhestv-v-biosfere

Круговорот веществ и энергии в биосфере

2014-05-31

Все живые организмы взаимосвязаны с неживой природой и включены в непрерывный круговорот веществ и энергии. В результате происходит биогенная миграция атомов. Необходимые для жизни химические элементы переходят из внешней среды в организм. При разложении органических веществ эти элементы вновь возвращаются в окружающую среду.

В атмосфере всегда присутствуют газы: азот — 78%, кислород — 20,9%, углекислый газ — 0,033% и другие газы-примеси, в том числе пары воды. Эти газы превращаются живым веществом планеты. В процессе фотосинтеза зеленые растения поглощают углекислый газ и выделяют кислород.

Углекислый газ используется на построение органических веществ и через растительные организмы, в виде питательных веществ, переходит в организм животных. Кислород используется всеми живыми организмами в процессе дыхания, для окисления органических веществ, при разложении отмерших остатков организмов.

В результате этих процессов образуется углекислый газ, который вновь выделяется в атмосферу. Свободный азот атмосферы поглощается в почве азотфиксирующих бактериями и переходит в состав соединений, доступных для усвоения растениями. Из почвы соединения азота поглощаются растениями для синтеза органических веществ.

После отмирания другая группа микроорганизмов превращает азот и высвобождает его в атмосферу.

Итак, благодаря сбалансированному круговорота газов состав атмосферы всегда остается постоянным. Атмосфера имеет биогенное происхождение. В воздушный круговорот включается 98,3% всех веществ.

Большие запасы фосфора содержатся в горных породах. При разрушении горных пород Фосфор поступает в почву, а затем усваивается живыми организмами. Но часть фосфатов растворяется в воде и вымывается в Мировой океан, где оседает на дне в виде отложений. Вода также участвует в круговороте.

В процессе фотосинтеза она используется для синтеза органических веществ, а при дыхании и разложении органических остатков выделяется в окружающую среду. Кроме этого, вода нужна всем живым организмам. В ней растворяются минеральные соли и органические вещества, необходимые для усвоения живыми организмами.

В водной среде происходит круговорот Натрия, магния, кальция, железа, серы и других элементов, в целом составляют 1,7% от общего количества веществ, участвующих в круговороте.

В результате круговорота веществ происходит непрерывное перемещение химических элементов из живых организмов в неживую природу и наоборот.

Круговорот веществ состоит из двух противоположных процессов, связанных с аккумуляцией элементов в живых организмах и минерализацией в результате их разложения.

Образование живого вещества преобладает на поверхности Земли, а минерализация — в почве и морских глубинах.

Одновременно с миграцией атомов происходит и превращения энергии. Единственным источником энергии на Земле является солнце. Часть тепла расходуется на обогрев земли и испарения воды. И только 0,2% солнечной энергии накапливается в процессе фотосинтеза.

Эта энергия превращается в энергию химических связей органических веществ, при расщеплении и окислении которых в процессе питания выделяется и снова расходуется на процессы жизнедеятельности организмов: рост, движение, размножение, развитие.

Этот процесс незамкнутый, поэтому есть необходимость в постоянном поступлении солнечной энергии.

Итак, биосфера представляет собой большую систему, состоящую из разнородных компонентов, связанных между собой процессами преобразования энергии и вещества. Миграция веществ замкнута в циклы, компонентами которых являются тела живой и неживой природы. Цикличность процессов обеспечивает непрерывное существование биосферы.

категория: Биология

Источник: http://moykonspekt.ru/biologiya/krugovorot-veshhestv-i-energii-v-biosfere/

“Круговороты веществ и превращение энергии в биосфере. Антропогенное влияние на круговороты веществ”. Урок с использованием ИКТ : Биология

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. 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):

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.

Читайте также:  Тип жгутиконосцы. колониальные организмы - биология

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.

Источник: http://www.poznanie21.ru/current/biology/510335860.php

Живое вещество, его роль в круговороте веществ и превращении энергии в биосфере | Учеба-Легко.РФ – крупнейший портал по учебе

Совокупность всех живых организмов составляет живое вещество или биомассу планеты. Живое вещество – это, по определению Вернадского, главное вещество биосферы.

В пределах границ биосферы живое вещество распределено очень неравномерно. В высоких слоях атмосферы, в глубине гидросферы и литосферы живые организмы встречаются редко. Жизнь, главным образом, сосредоточена на границе этих сред.

Биомасса почвы

Своеобразные биогеоценозы почв покрывают почти всю поверхность суши. Почва не только среда, необходимая для растений, но и биогеоценоз с разнообразными мельчайшими живыми организмами. Почва – рыхлый поверхностный слой земной коры, изменяемый атмосферой и организмами и постоянно пополняемый органическими остатками.

Образование живого органического вещества происходит на земной поверхности; разложение органических веществ, их минерализация осуществляется главным образом в почве. Почва образовалась под воздействием организмов и физико-химических факторов.

Мощность почвы наряду с поверхностной биомассой и под влиянием ее увеличивается от полюсов к экватору. В северных широтах особое значение имеет перегной, мощность которого в подзолистых почвах примерно 5–10 см., а черноземных – 1–1,5 м. В разных почвах существуют своеобразные биоценозы.

Их составляют корни деревьев, кустарников, травянистых растений, расположенные в почве и нижележащих слоях подпочвы ярусами. Скопления насекомых и их личинок, долбящих, роющих, сверлящих почву, производят огромную работу. По наблюдению Ч.

Дарвина, дождевые черви, пропуская почву через кишечник, выносят ее на поверхность, ежегодно образуя слой толщиной 0,5 см., массой 25 т. на 1 га.

Почва плотно заселена живыми организмами. Биомасса одних дождевых червей в суглинистых почвах достигает 1,2 т. на 1 га., или 2,5 млн. особей. Количество бактерий в 1 г. почвы измеряется сотнями миллионов.

Вода от дождей, тающих снегов обогащает ее кислородом и растворяет минеральные соли. Часть растворов удерживается в почве, часть выносится в реки и океан. Почва испаряет поднимающуюся по капиллярам грунтовую воду.

Происходит движение растворов и выпадение cолей в разных почвенных горизонтах.

В почве происходит и газообмен. Ночью при охлаждении и сжатии газов в нее проникает некоторое количество воздуха. Кислород воздуха поглощается животными и растениями и входит в состав химических соединений. Проникший в почву с воздухом азот улавливается некоторыми бактериями. Днем при нагревании почвы выделяются газы: углекислый, сероводород, аммиак.

Все процессы, происходящие в почве, входят в круговорот веществ биосферы. Некоторые виды хозяйственной деятельности человека (химизация сельскохозяйственного производства, переработка нефтепродуктов и др.) вызывают массовую гибель почвенных организмов, играющих важную роль в биосфере.

Необходимо бережное отношение к почве, рациональное ее использование и защита от загрязнения.

Биомасса мирового океана

Физические свойства и химический состав вод океана весьма постоянны и создают среду, благоприятную для жизни. Фотосинтез водорослей происходит главным образом в верхнем слое воды – до 100 м. Поверхность океана в этой толще заполнена микроскопическими одноклеточными водорослями, образующими микропланктон (греч. «планктос» – блуждающий).

На океан приходится около 1/3 фотосинтеза, происходящего на всей планете. Водоросли поверхностного слоя океана – трансформаторы энергии солнечного излучения, превращающей ее в энергию химических реакций.

В питании животных океана преимущественное значение имеет планктон. Водорослями и простейшими питаются веслоногие рачки. Рачков поедают сельди и другие рыбы. Сельди идут в пищу хищным рыбам и чайкам. Исключительно планктоном питаются усатые киты.

В океане, кроме планктона и свободноплавающих животных, много организмов, прикрепленных ко дну и ползающих по нему. Население дна носит название бентоса (греч. «бентос» – глубинный).

В океане наблюдаются сгущения организмов: планктонное, прибрежное, донное. К живым сгущениям относятся и колонии кораллов, образующие рифы и острова. В основном в океане биомасса рассеяна. В громадной толще воды плавают рыбы, морские млекопитающие, кальмары.

В океане, особенно на дне его, распространены бактерии, превращающие органические остатки в неорганические вещества. Отмершие организмы медленно оседают на дно океана.

Многие из них покрыты кремниевыми или известковыми оболочками, а также известковыми раковинами. На дне океана они образуют осадочные породы. Так, на месте моря, покрывавшего 100 млн. лет назад Центральную Европу, находят в земле известняки, мел.

В нем можно рассмотреть микроскопические раковины древнейших животных (корненожки и др.).

В Мировом океане живой биомассы в 1000 раз меньше, чем на суше. Использование энергии солнечного излучения на площади океана – 0,04 %, на суше 0,1 %. Океан не так богат жизнью, как недавно еще предполагали.

Биомасса организмов, обитающих на суше, на 99,2 % представлена растениями и только 0,8 % составляют грибы, животные и микроорганизмы. В Мировом океане это соотношение составляет: растения – 6,3 %, животные и микроорганизмы 93,7 %. Масса живого вещества составляет около 0,01–0,02 % от костного вещества биосферы. Однако живые существа играют ведущую роль в геохимических процессах на земле.

Деятельность живых организмов является основной, обеспечивающей круговорот веществ в природе. Ежегодная продукция живого вещества в биосфере составляет около 232 млрд. тонн сухого органического вещества. Оно постоянно преобразуется и разлагается, поставляя вещества и энергию, необходимые для обмена веществ всех живых организмов.

В биосфере живое вещество выполняет ряд важнейших функций:

  1. газовую – выделение и поглощение О2 и СО2
  2. окислительно-восстановительную – превращение веществ и энергии.
  3. концентрационную – способность живых организмов накапливать в своих телах химические элементы в виде органических и неорганических соединений

Круговорот химических элементов в биосфере представляет собой процессы превращения и перемещения вещества в природе. По своей природе это повторяющиеся взаимосвязанные физико-химические и биологические процессы. Круговорот веществ, как и все происходящие в природе процессы, требует постоянного притока энергии.

Основу биологического круговорота, обеспечивающего существование жизни, составляет солнечная энергия и улавливающий ее хлорофилл зеленых растений. В круговороте веществ и энергии участвует каждый живой организм, поглощая из внешней среды одни вещества и выделяя другие.

Биогеоценозы, состоящие из большого числа видов и костных компонентов среды, осуществляют циклы, по которым передвигаются атомы различных химических элементов. Атомы постоянно совершают миграцию через многие живые организмы и костную среду.

Без миграции атомов жизнь на Земле не могла бы существовать: растения без животных и бактерий вскоре исчерпали бы запасы углекислого газа и минеральных веществ, а животные баз растений лишились бы источника энергии и кислорода.

Источник: http://uclg.ru/education/biologiya/11_klass/osnovyi_ekologii/ekosistemyi/lecture_jivoe_veschestvo__ego_rol_v_krugovorote_veschestv_i_prevraschenii_energii_v_biosfere.html

Ссылка на основную публикацию