Тип урока: изучение нового материала (урок-лекция)
Возраст воспитанников: 16-17 лет.
Цели:
- Дать представление об основных круговоротах веществ в природе: большом (геологическом) и малом (биогеохимическом) ;развивать умение использовать знания полученные на уроке, в курсе изучения физической географии и химии для изучения сложных биохимических процессов; показать необходимость знаний о сложнейших процессах, происходящих в природе.
- Воспитывать аккуратность, внимательность к выступающим сверстникам.
Оборудование: мультимедийная презентация (приложение)
Предварительная подготовка: несколько учащихся готовят доклады о большом (геологическом) круговороте веществ и малом круговороте (Биогеохимическом).
Ход занятия
Актуализация знаний
- Еще в начальной школе, вы впервые познакомились на уроках по “Окружающему Миру” с таким понятием, как - “круговорот”. О каком круговороте идет речь?
– Это круговорот воды. Самый значительный по переносимым массам и по затратам энергии круговорот на Земле - это планетарный гидрологический цикл. (слайд-1)
- Совершенно верно каждую секунду в него вовлекается16,5 млн.м3 воды и тратиться на это более 40 млрд. М Вт солнечной энергии, (по Т.А.Акимовой В.В. Хаскину, (1994)). Но данный круговорот – это не только перенос водных масс. Это фазовое превращение, образование растворов и взвесей, выпадение осадков, кристаллизация, процессы фотосинтеза, а также разнообразные химические реакции.
Из выше сказанного понятно, что значимость и масштабы этого круговорота сложно переоценить.
Вода, как мы увидим несколько позднее, участвует в биологическом круговороте и служит источником водорода и кислорода, и составляет лишь небольшую часть своего общего объема.
Изучение нового материала
1. Основных круговоротов веществ в природе два: большой (геологический) и малый (биогеохимический). Более подробно о большом круговороте веществ в природе (геологическом) вы узнаете из дополнения к моей лекции. По материалам выступления докладчика вам необходимо делать записи важных фактов, определений, новых терминов.
Докладчик 1. Большой круговорот в-в в природе обусловлен взаимодействием солнечной энергии с глубинной энергией Земли и перераспределением вещества между биосферой и более глубокими горизонтами Земли. Этот круговорот в системе “магматические породы – осадочные породы –метаморфические породы (преобразованные температурой и давлением) –магматические породы” происходит за счет процессов магматизма, метаморфизма, литогенеза и динамики земной коры. (слайд-2)
Символ круговорота веществ является спираль: каждый новый цикл круговорота не повторяет в точности старый, а вносит что-то новое современное приводит к весьма значительным изменениям.
Однако большой круговорот это и круговорот воды между сушей и океаном через атмосферу. Влага, испарившаяся с поверхности океана (на это тратиться 50% солнечной энергии), частью переносится на сушу, где выпадает в виде осадков, которые вновь возвращаются в океан в виде поверхностного и подземного стока, а часть осадков выпадает на эту же водную поверхность океана. В круговороте на Земле ежегодно участвует более 500 тыс. км3 воды.
Круговорот воды в целом играет основную роль в формировании природных условий на нашей планете. С учетом транспирации воды растениями и поглощении ее в биогеохимическом цикле весь запас воды на Земле распадается и восстанавливается за 2 млн. лет.
Учитель. Малый круговорот веществ в биосфере (биогеохимический) в отличии от большого совершается лишь в пределах биосферы. Сущность его - в образовании живого вещества из неорганических соединений в процессе фотосинтеза и в превращении органического вещества при разложении вновь в неорганические соединения.
Прослушаем следующее сообщение, в котором подробнее об этом круговороте говориться.
Докладчик 2.
Этот круговорот для жизни биосферы – главный, и он сам является порождением жизни. Изменяясь, рождаясь и умирая, живое вещество, поддерживая жизнь на нашей планете, обеспечивая биогеохимический круговорот веществ.
В ряде экосистем перенос вещества и энергии осуществляется преимущественно посредством трофических цепей. Такой круговорот обычно называют биологическим (слайд-3). Он предполагает замкнутый цикл веществ, многократно используемый трофической цепью. Он может иметь место в водных экосистемах и в исключительных случаях в наземных (тропических лесах).
Учитель.
Круговороты отдельных веществ В.И. Вернадский назвал биогеохимическими циклами. Суть цикла в следующем: химические элементы, поглощенные организмом, Впоследствии его покидают, уходят в абиотическую среду, затем через какое-то время снова попадают в живой организм и т.д. Такие элементы называют биофильными. Этими циклами и круговоротом в целом обеспечиваются важнейшие функции живого вещества в биосфере.
В биогеохимических круговоротах следует различать две части: 1) резервный фонд - это огромная масса движущихся веществ, не связанных с организмами, 2) обменный фонд – значительно меньший, но весьма активный, обусловленный прямым обменом биогенного вещества между организмами и их непосредственным окружением.
В биосфере в целом можно выделить:
1) Круговорот газообразных веществ с резервным фондом в атмосфере и гидросфере (океан) и
2) осадочный цикл с резервным фондом в земной коре (в геологическом круговороте)
Все эти циклические процессы движутся солнечной энергией, естественно расходуя ее. В связи с этим следует отметить лишь единственный процесс на Земле, который не тратит,а, наоборот, связывает солн. энергию и да же накапливает ее, - это создание органического вещества в результате фотосинтеза.
В связывании и запасании солн. энергии заключается основная планетарная функция живого вещества на Земле.
Углерод, азот и кислород относятся к наиболее жизненно важным биогенным элементам, из которых в основном состоят белковые молекулы.
Как происходит круговорот углерода азота и кислорода, вы узнаете прослушав следующие сообщения.
Докладчик 3.
Биогеохимические циклы углерода, Азота и кислорода наиболее совершенны..Благодаря большим атмосферным резервам они способны к быстрой саморегуляции.
В круговороте углерода (СО2), главного компонента белков и нуклеиновых кислот, четко прослеживается трофическая цепь: Продуценты, улавливающие углерод из атмосферы при фотосинтезе, Консументы – поглощающие углерод вместе с телами продуцентов и консументов низших порядков, редуценты - возвращающие углерод вновь в круговорот. Скорость оборота СО2 составляет порядка 300 лет (слайд 5)
В мировом океане трофическая цепь осложняется тем, что часть углерода мертвого организма “уходит” в осадочные породы и участвует уже в геологическом круговороте.
Г лавным резервом биологически связанного углерода являются леса: 500 млрд т -2/3 его запаса в атмосфере. Вмешательство человека в круговорот этого элемента приводит к возрастанию содержания СО2 в атмосфере.
Докладчик 4.
Скорость круговорота кислорода – две тысячи лет (слайд 6), именно за это время весь кислород атмосферы проходит через живое в-во. Основной поставщик кислорода на Земле – зеленые растения. С круговоротом кислорода тесно связано образование в высоких слоях атмосферы озона. Ежегодно они производят на суше 53.109т кислорода,
а в океанах -414.109 т. Главный потребитель кислорода - животные, почвенные организмы и растения, расходующие его на дыхание. Но и на промышленные и бытовые нужды ежегодно расходуется 23%кислорода, который освобождается в процессе фотосинтеза. Предполагалось, что к 2010 г. весь продуцированный кислород должен сгорать в топках, следовательно, необходимо усиление фотосинтеза и другие радикальные меры.
Докладчик 5.
Биогеохимический круговорот азота не менее сложен и охватывает все области биосферы. Поглощение его растениями ограниченно, так как они усваивают азот только в форме соединения него с водородом и кислородом. Редуценты (деструкторы), а конкретно почвенные бактерии, постепенно разлагают белковые в-ва отмерших организмов и превращают их в аммонийные соединения, нитраты и нитриты Азот в виде нитратов усваивается растениями и может передаваться по трофическим цепям, отравляя консументов. Часть нитратов в процессе круговорота загрязняет подземные воды.
Азот возвращается в атмосферу вновь с выделенными при гниении газами. Роль бактерий в цикле азота такова, что если будет уничтожено только 12 их видов, участвующих в круговороте азота, жизнь на Земле прекратиться.
Докладчик 6.
Круговорот фосфора в биосфере связан с процессами обмена веществ в растениях и животных. Этот важный и необходимый элемент протоплазмы, содержащийся в наземных растениях и водорослях 0,01-0.1%,животных от0.1% до нескольких %,циркулирует, постепенно переходя из органических соединений в фосфаты, которые снова могут использоваться растениями (слайд 7).
Однако фосфор в отличие от других биофильных элементов в процессе миграции не образует газовой формы. Резервуаром фосфора является не атмосфера, как у азота, а минеральная часть литосферы. Основными источниками неорганического фосфора являются изверженные породы (апатиты) или осадочные породы (фосфориты).
Из пород неорганический фосфор вовлекается в циркуляцию выщелачиванием и растворением в континентальных водах. Попадая в экосистему суши, почву, фосфор поглощается растениями из водного раствора в виде неорганического фосфат-иона (РО3-4) и включается в состав различных органических соединений, где он выступает в форме органического фосфата.
По пищевым цепям фосфор переходит от растений к другим организмам экосистемы. Химически связанный фосфор попадает с остатками растений и животных в почву, где вновь подвергается воздействию микроорганизмов и превращается в минеральные,
а в дальнейшем происходит повторение цикла. В водные экосистемы фосфор переносится текучими водами. Реки непрерывно обогащают фосфатами океаны. В соленых морских водах он переходит в состав фитопланктона, служащего пищей другим организмам моря, в последующем накапливаясь в тканях морских животных, например, рыб. Определенное количество переноситься птицами на сушу, а также благодаря рыболовству. Птицы отлагают фосфор на островах виде гуано.
При рассмотрении круговорота фосфора в масштабе биосферы за сравнительно короткий период можно отметить, что он полностью не замкнут. Механизм возвращения фосфора из океанов на сушу в естественных условиях совершенно не способен компенсировать потери этого элемента на седиментацию.
В связи с тем, что запасы фосфора на Земле малы (содержание не превышает 1% в земной коре), то любые воздействия человека на биогеохимический круговорот фосфора несут опасность потери фосфора, что делает его круговорот менее замкнутым.
IV. Закрепление знаний.
А) В чем заключается особенность круговорота фосфора,от круговоротов других биофильных элементов?
Б) Какую роль играют бактерии в цикле азота?
В) Что является резервом биологически связанного углерода на планете?
Г) Что понимают под большим круговоротом веществ.?
V. Рефлексия. Подведение итогов урока
VI. Домашняя работа.
Самостоятельно составить конспект круговорота серы.
ЛИТЕРАТУРА
1. Алексеев С.В. Экология: Учебное пособие для учащихся 10-11 классов. СП.: СМИО Пресс, 1999. 240 с.
2. Вронский В.А. Экология: Словарь-справочник. Ростов-на-Дону; 1999.-576с.
3. Криксунов Е.А.и др. Экология: Учебник для общеобразовательных заведений / Е.А. Криксунов, В.В. Пасечник. А.П.Сидорин.- М.: Дрофа, 1995. 240 с.
4. Чернова Н.М. и др. Основы экологии: Учебник для общеобразовательных учреждений / Н.М.Чернова, В.М. Галушин.
5. А.С. Степановских Биологическая экология теория ипрактика.-М.: Юнити; 2009. 791 с.
6. В.И.Коробкин. Л.В.Передельский Экология. Ростов-на-Дону; 2009.