Биогеохимический круговорот веществ и энергии в биосфере
Цели: сформировать знания о круговороте веществ и превращении энергии в биосфере; конкретизировать знания о круговороте веществ на примере круговоротов углерода, фосфора и азота.
Оборудование: таблицы по общей биологии, иллюстрирующие круговороты углерода и азота; карточки-задания для самостоятельной работы в парах.
Ход урока
Организационный момент
Ребята, на прошлом уроке мы познакомились со «Структурой биосферы и функциями ее живого вещества». Развитие учения о биосфере, как было выяснено на прошлом уроке, принадлежит Вернадскому.
II. Проверка домашнего задания пройдет в два этапа:
1. Домашним заданием вам было подготовить сообщение об ученом-экологе Вернадском. 2-3 минуты.
2. Работа с тестом (до 5 минут).
( 3. Устная проверка. Дополнительное задание.)
1. Итак, кто готов зачитать свое сообщение.
2. Индивидуальная работа с тестами (см. приложение).
Время на выполнение 5 минут.
Чтобы проверить, как вы выполнили тесты, обменяйтесь ими и сравните ответы работ с ответами, которые вывешены на доске.
( за 5-6 правильных ответов оценка 3, за 7-8 оценка 4, за 9-10 оценка 5.)
3. работа с определениями
1. Что такое живое вещество?
Ответ: живое вещество- это все живые организмы, населяющие нашу планету.
биогенное вещество- это вещество, которое создается и перерабатывается жизнью, совокупностями живых организмов;
2. Это вещество, создаваемое в биосфере одновременно живыми организмами и косными процессами
Ответ: биокосное вещество
Газовая, энергетическая, концентрационная, окислительно-восстановительная, биогеохимическая, средообразующая, транспортная, что это?
Ответ: (Функции)
Биосфера- это….?
III. Изучение новой темы.
1. Рассказ учителя. ( На доске висят картинки и схемы круговоротов.)3-4 минуты
А теперь попробуйте узнать тему нашего сегодняшнего урока по словам, которые я вам сейчас скажу:
« По современным представлениям, биосфера – своеобразная оболочка Земли, содержащая всю совокупность живых организмов и ту часть вещества планеты, которая находится в непрерывном обмене с этими организмами.»
Как вы думаете, о чем пойдет речь на сегодняшнем уроке?
Правильно, о круговороте веществ в природе. Да, это главное на сегодняшнем уроке.
Но тема, которую определила я, звучит немного по-другому.
Биогеохимический круговорот как основа существования биосферы.
Говорят, что для круговорота веществ, их движения требуется постоянный приток энергии. Так ли это? Это утверждение, мы либо подтвердим, либо опровергнем в конце урока.
Главной функцией биосферы является обеспечение круговорота веществ, в ходе которого происходит постоянный процесс движения и перераспределения вещества. Основной движущей силой круговоротов веществ на нашей планете является живое вещество. А что такое живое вещество? Так хорошо. А вот по мнению Вернадского «Живое вещество, охватывает и перестраивает все химические процессы биосферы. Живое вещество есть самая мощная геологическая сила, растущая с ходом времени».
Круговороты разнообразны по масштабам и качеству явлений, и они осуществляются с участием всех компонентов биосферы и входят в состав единого биогеохимического круговорота.
Биогеохимический круговорот – это обмен веществ и превращение энергии между различными компонентами биосферы, связанные с деятельностью ее организмов.
(запись в тетрадь)
Совершая гигантский биогеохимический круговорот веществ в биосфере, жизнь поддерживает стабильные условия для своего существования и существования в ней человека.
Живые организмы создают в биосфере круговороты важнейших [link] , которые попеременно переходят из живого вещества в неорганическую материю. Эти циклы делят на две основные группы: круговороты газов и осадочные круговороты. В первом случае главный поставщик элементов – атмосфера (углерод, кислород, азот), во втором – горные осадочные породы (фосфор, сера и др.). Сегодня мы рассмотрим круговороты газов ( углерода и азота) главным поставщиком которых является атмосфера.
Самостоятельная работа.
Круговорот углерода и азота вы будете изучать самостоятельно, в парах.
А разделимся мы следующим образом. На столе лежат разрезанные карточки. Соответственно, соединив эти части правильно, мы и узнаем, кто с кем в паре будет работать и круговорот какого элемента будет изучать.
(Угле – род, аз – от.) на выполнение этого задания вам отводится 10 минут. Итак, приступим. По окончании выполнения задания, выслушивается короткое сообщение детей по плану, заранее составленным.
Круговорот углерода
Основным элементом, слагающим все живые организмы на Земле, служит углерод. Он входит в состав сложных органических соединений — белков, жиров, углеводов.
Углерод в биосфере Земли представлен наиболее подвижной формой — углекислым газом. Его источником в биосфере является вулканическая деятельность, связанная с вековой дегазацией мантии и нижних горизонтов земной коры. Миграция углекислого газа в биосфере Земли протекает двумя путями.
Первый путь заключается в его поглощении в процессе фотосинтеза с образованием органических веществ и последующем захоронении их в литосфере в виде торфа, угля, горючих сланцев, рассеянной органики осадочных горных пород.
По второму пути миграция углерода осуществляется созданием карбонатной системы в различных водоемах, где углекислый газ переходит в угольную кислоту, в гидрокарбонат-ионы и карбонат-ионы. Затем с помощью растворенного в воде кальция (реже магния) происходит осаждение карбонатов (СаСО,) биогенным и абиогенным путем, в результате чего возникают мощные толщи известняков.
Наряду с этим большим круговоротом углерода существует еще ряд малых его круговоротов на поверхности суши и в океане.
1. В пределах суши, где Имеется растительность, углекислый газ поглощается в процессе фотосинтеза в дневное время. В ночное время часть его выделяется растениями во внешнюю среду.
2. Поглощенный углекислый газ в процессе фотосинтеза с гибелью растений и животных освобождается в ходе окисления органических веществ.
3. Особое место в современном круговороте углерода занимает массовое сжигание органических веществ и постепенное возрастание углекислого газа в атмосфере.
Круговорот азота
Круговорот азота в биосфере практически полностью поддерживается бактериями. Азот как химический элемент входит в важнейшие органические соединения: белки, нуклеиновые кислоты и энергоносители (АТФ, АДФ, НАДФ), т.е. необходим всем живым существам. Свободного молекулярного азота в атмосфере более чем достаточно. Однако фиксация азота в живом веществе нашей планеты осуществляется ограниченным количеством живых существ. Только некоторые микроорганизмы почв и поверхности мирового океана способны расщеплять молекулярный азот и использовать его для построения белков и других органических соединений живого вещества. Атмосферный азот поглощается при жизнедеятельности азотфиксирующими бактериями и некоторыми водорослями, которые синтезируют нитраты, доступные для использования растениями биосферы.
Растения и животные после своей гибели возвращают азот в почву, откуда он поступает в состав новых организмов. При этом определенная часть азота в виде молекул возвращается в атмосферу.
В почвах происходит процесс нитрификации, который состоит из цепи реакций, когда при участии микроорганизмов происходит окисление иона аммония (NH„+) до нитрита (N02) или нитрита до нитрата (N03). Восстановление нитритов и нитратов до газообразных соединений молекулярного азота или его оксидов составляет сущность процессов денитрификации. В малых количествах атмосферный азот связывается с кислородом в процессе грозовых разрядов, а затем с дождями выпадает на поверхность почв.
Итак, подводя итог под всем сказанным вами, я хочу показать вам видеосюжет, (3-4 минуты) который позволит вам увидеть и понять, в какой последовательности совершается круговорот веществ, а именно, углерода в биосфере.
Интересно то, что продолжительность цикла углерода равно трем-четырем столетиям.
А еще важно то, что при грозовых разрядах в атмосфере также образуются нитраты, откуда с осадками они попадают в почву. Слайд с 111-120
Продолжение изучения материала.
Но для того чтобы биогеохимический круговорот являлся непрерывным, для этого необходим постоянный поток энергии, связанный с деятельностью живого вещества. Организмы нуждаются в энергии для поддержания своей жизнедеятельности. В биосфере энергия существует в нескольких формах:
- механическая
- химическая
- тепловая
- электрическая
- световая
- ядерная;
Энергия может из одной формы перейти в другую, что называется преобразованием энергии, и подчиняется закону сохранения энергии, который гласит:
Энергия может превращаться из одной формы в другую, но не может быть создана или уничтожена.
Основным источником энергии в биосфере является энергия Солнца. Она нагревает атмосферу и гидросферу, вызывает передвижение воздушных масс, океанических течений, испарения воды, таяние снега.
Автотрофные организмы, главным образом зеленые растения, в результате реакций фотосинтеза преобразуют солнечную энергию в энергию химических связей созданных органических веществ
Гетеротрофы, главным образом животные, преобразуют химическую энергию в другие ее формы, например механическую, электрическую, тепловую, световую.
. Если для круговорота веществ достаточно того запаса вещества, который имеется в биосфере, то поток энергии требует непрерывного поступления энергии извне.
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.
Поэтому я думаю, этот пример доказывают, что для круговорота веществ и их движения, требуется постоянный приток энергии.
IV. Общие выводы урока. В заключении давайте попробуем сформулировать выводы обо всем сказанном сегодня на уроке.
1. Количество вещества, вовлекаемого в биосферные процессы, остается постоянным на протяжении целых геологических периодов.
2. В биосфере совершается многократный круговорот веществ, входящих в состав живых организмов.
3. В биосферу извне постоянно вливается поток солнечной энергии.
4. Для круговорота веществ и их движения, требуется, чтобы этот поток энергии был постоянным.
(запись в тетрадь выводов по уроку)
Подведение итогов.
Мы рассмотрели сегодня круговороты веществ в биосфере, какие? и энергии в биосфере.
Узнали много нового и интересного. Но это еще не все. В природе существует еще несколько биогеохимических круговоротов, а именно воды, серы, фосфора. И это мы рассмотрим на следующем уроке.
Оценки за урок. Всем спасибо.
Домашнее задание: параграф 47, стр. 235,-236, 239-240. Подготовить сообщение о круговороте воды
Выполните тест (выберите один правильный ответ)
1. Термин «биосфера» впервые использовал:
а\ Э. Зюсс;
б\ Н.И. Вавилов;
в\ К. Линней;
г\ В.И. Вернадский.
2. Элементарной структурой биосферы следует считать:
а\ биоценоз;
б\ биогеоценоз;
в\ популяцию;
г\ живое вещество
3. Живое вещество — это
а\ масса особей одного вида;
б\ масса сообщества в делом, приходящаяся на единицу поверхности или объема;
в\ совокупность всех существующих организмов;
г\ масса всех растений и животных суши
4. В биосфере –
а\ биомасса растений во много раз превышает биомассу животных;
б\ биомасса животных во много раз превышает биомассу растений;
в\ биомасса растений равна биомассе животных;
г\ соотношение биомассы растений и животных постоянно изменяется
5. Биомасса суши, почвы и океана –
а\ уменьшается от полюсов к экватору;
б\ увеличивается от полюсов к экватору;
в\ увеличивается от экватора к полюсам;
г\ не изменяется от полюсов к экватору
6. Способность организмов поглощать одни газы и выделять другие в ходе фотосинтеза и дыхания — это функция живого вещества –
а\ концентрационная;
б\ газовая;
в\ окислительно-восстановительная;
г\ биохимическая
7. Способность организмов поглощать и накапливать в телах химические элементы — это функция живого вещества –
а\ концентрационная;
б\ газовая;
в\ окислительно-восстановительная;
г\ биохимическая
8. Способность организмов окислять и восстанавливать различные вещества — это функция живого вещества
а\ биохимическая;
б\ окислительно-восстановительная;
в\ концентрационная;
г\ газовая
9. Биогеохимическая функция живого вещества, связанная со сложными превращениями различных веществ в процессах питания, дыхания, размножения — это функция
а\ биохимическая;
б\ окислительно — восстановительная;
в\ концентрационная;
г\ газовая
10.К какой функции живого вещества можно отнести процессы фотосинтеза –
а\ газовой;
б\ энергетической;
в\ концентрационной;
г\ биохимической;
д\ деструктивной
Задание для группы «Углерод»
1. Прочитайте текст «Круговорот углерода».
2. Проанализируйте соответствующую схему, иллюстрирующую биогеохимический цикл углерода (учебник стр. 239).
3. Ответьте на вопросы: в результате каких процессов углерод может исключаться из круговорота и вновь возвращаться в него? Каковы, на ваш взгляд, последствия накопления углекислого газа в атмосфере в результате антропогенного воздействия?
4. Составьте план пересказа текста и подготовьте краткое устное сообщение для выступления.
Задание для группы «Азот»
1. Прочитайте текст «Круговорот азота».
2. Проанализируйте соответствующую схему, иллюстрирующую биогеохимический цикл азота (учебник стр. 239)
3. Ответьте на вопросы: какова роль растений и животных в круговороте азота? В результате какого процесса происходит превращение соединений аммиака в нитриты и нитраты, которые в дальнейшем могут превращаться в атмосферный азот?
4. Составьте план пересказа текста и подготовьте краткое устное сообщение для выступления.
Способы использования солнечной энергии на Земле.
[pic]
[pic]
