Биогеохимический круговорот веществ и энергии в биосфере - ОСНОВЫ ГЕНЕТИКИ

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, фосфора и азота; карточки-задания для самостоятельной работы в группах.

Ход урока

I. Организационный момент

II. Проверка домашнего задания

1. Индивидуальная работа по карточкам (См. приложение 2).

2. Устная поверка знаний по вопросам:

— Что такое живое вещество? Биомасса?

— Перечислите основные свойства живого вещества.

— Какова роль живых организмов в биосфере?

— Охарактеризуйте основные функции живого вещества в биосфере.

III. Изучение новой темы

1. Рассказ учителя.

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. “Живое вещество, — писал В.И. Вернадский, — охватывает и перестраивает все 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 биосфере 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. В целом за определенный промежуток времени одно и то же количество вещества биосферы совершает множество циклов. При этом различают два основных типа круговорота веществ: большой (геологический) и малый (биологический).

Геологический круговорот веществ происходит медленнее, границы его подчас значительно шире границ биосферы. В процессах геологического круговорота живые организмы играют второстепенную роль. Поэтому мы подробнее рассмотрим биологический круговорот наиболее типичных биофильных химических элементов.

2. Самостоятельная работа в группах.

Учитель предлагает разбиться классу на малые группы, каждая из которых получает задание для самостоятельной работы (См. приложение 2).

Затем учащиеся формируют новые группы, в ходе работы которых происходит взаимообмен полученной информацией.

3. Продолжение изучения материала.

Круговорот веществ в биосфере поддерживается постоянным потоком энергии. Единственный первоисточник внешней энергии на Земле — это световое и тепловое излучение Солнца. Необходимо отметить, что энергия, проходящая через живую оболочку нашей планеты, образует именно поток, а не круговорот!

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

Авангардную роль потребителей солнечной энергии выполняют зеленые растения, которые способны непосредственно усваивать световую энергию Солнца. Это усвоение происходит путем фотосинтеза. Часть захваченной энергии вскоре уходит из общего потока: еще при жизни каждое зеленое растение расходует значительную часть связанной им энергии на дыхание. Однако немалую часть накопленной зеленым растением энергии потребляют другие живые организмы, которые неспособны усваивать прямую энергию Солнца: фитофаги и зоофаги. После отмирания растений и животных использование энергии, сконцентрированной в их тканях, происходит бактериями и животными — сапрофагами. Энергия, растекаясь по живым каналам биосферы, непрерывно расходуется, постепенно и необратимо превращаясь в тепловую энергию, которая излучается в окружающую среду в процессе дыхания и других процессах жизнедеятельности организмов. А тепловая энергия является необратимой (непревратимой) формой энергии. 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.

IV. Общие выводы урока

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.

V. Закрепление

Решите задачу.

Общее содержание углекислого газа в атмосфере Земли составляет около 1 100 млрд т. Установлено, что за один год растительность ассимилирует почти 1 млрд т углерода. Примерно столько же его выделяется в атмосферу. Определите, за сколько лет весь углерод атмосферы пройдет через организмы (атомная масса углерода — 12, кислорода— 16).

Решение.

Вначале необходимо установить, сколько тонн углерода содержится в атмосфере Земли, составив пропорцию: в 44 т углекислого газа содержится 12 т углерода; в 1 100 000 000 000 т углекислого газа — х т углерода.

44/1 100 000 000 000 = 12/44; х = 1 100 000 000 000-12/44;

х = 300 000 000 000 т.

В современной атмосфере Земли находится 300 000 000 000 т углерода. Теперь необходимо выяснить, за какое время это количество углерода пройдет через живые растения. Для этого необходимо полученный результат разделить на годовое потребление углерода растениями Земли. X = 300 000 000 000/ 1 000 000 000 т в год; X = 300 лет.

(Ответ: весь углерод атмосферы за 300 лет будет полностью ассимилирован растениями, побывает их составной частью и вновь попадет в атмосферу.)

Домашнее задание

Учебник А.А.Каменского § 6.3, записи в тетради, ответить на вопросы в конце параграфа.

Учебник И.Н.Пономаревой § 57, с.210—215, записи в тетради, ответить на вопрос 2 с. 215.