Урок № 9.

Тема уроку:Колообіг речовин і енергії як основний системотворчий фактор. Поняття біохімічного циклц та його ролі у функціонуванні та розвитку геосистем. Колообіг речовин, енергії, інформації та їх зміни антропогенною діяльністю.  

Цілі уроку: ознайомити учнів із поняттям біогеохімічного циклу, розглянути кругообіг речовин і енергії як основний системотвірний фактор; розвивати вмін­ня знаходити зв'язки між інформацією з різних джерел; виховувати розуміння цілісності природи та взаємозв'язку між усіма її компонентами; ознайомити учнів зі змінами кругообігу речовин, енергії та інформації внаслідок антропогенної діяльності; розвивати навички узагальнення та зіставлення; виховувати позитивне мислення.

Обладнання й матеріали: таблиці або слайди презентації із зображенням

процесів кругообігу речовин і енергії, схеми біо­геохімічних циклів.

ХІД УРОКУ

I.  Організаційний етап

II. Актуалізація опорних знань і мотивація навчальної діяльності учнів

1.  Що таке деградація природних компонентів?

2.Що є причиною деградації?

3.Які наслідки деградації природних компонентів?

4.Яким чином можна зменшити наслідки деградації?

III.         Вивчення нового матеріалу

1.  Колообіг речовин і енергії як основний системотворчий фактор. Поняття біохімічного циклц та його ролі у функціонуванні та розвитку геосистем.

Біологічний кругообіг — це багаторазова участь хімічних елементів у проце­сах, які відбуваються в біосфері. Причина кругообігу — обмеженість елементів, з яких будується тіло організмів.

У біосфері відбувається постійний кругообіг активних елементів, які пере­ходять від організму до організму, у неживу природу і знову до організму. Еле­менти, які вивільняються мікроорганізмами під час гниття, надходять у ґрунт і атмосферу, знову включаються в кругообіг речовин біосфери, поглинаючись живими організмами. Весь цей процес і буде біогенною міграцією атомів. Для біогенної міграції характерним є накопичення хімічних елементів у живих ор­ганізмах, а також їх вивільнення в результаті розкладу мертвих організмів. Біогенна міграція викликається трьома процесами:

•    обміном речовин в організмах;

•    ростом;

•    розмноженням.

Визначення біогенної міграції хімічних елементів, яка викликана силами життя, дав В. І. Вернадський (Закон біогенної міграції атомів). Біогенна мі­грація є частиною загальної міграції хімічних елементів біосфери. Головною геохімічною особливістю живої речовини є те, що вона, пропускаючи через себе атоми хімічних елементів земної кори, гідросфери й атмосфери, здійснює у процесі життєдіяльності їх закономірну диференціацію. Завершуючи свій життєвий цикл, організми повертають природі все, що взяли в неї протягом життя.

В. І. Вернадський підрахував, що за час існування на Землі біосфери було створено 3,5 • 10¹⁹ т біомаси, що майже удвічі перевищує масу всієї земної кори, яка становить 2 • 10¹⁹ т. Робота, що виконується живою речовиною, за Вернадським, може бути оцінена за формулою

де Р — масса організмів,

V — швидкість розтікання біомаси (розмноження організмів).

Жива речовина значно прискорила й змінила кругообіги різних речовин — води, кисню, азоту, вуглекислого газу тощо. Сучасний склад атмосфери ство­рений завдяки діяльності живої речовини. Обмін повітря між усіма широтами й півкулями Землі відбувається в середньому за два роки. Активно переміщу­ється течіями океанічна вода. Вся прісна вода стікає в океан за 14 діб, у льодо­виках вода оновлюється за 15 000 років.

Жива речовина активно регулює геохімічну міграцію атомів. Завдяки їй зберігається стабільність біосфери і здійснюється еволюція як живих організ­мів, так і всієї біосфери в цілому.

Біогеохімічний цикл можна визначити як циклічне, поетапне перетворення речовин і зміну потоків енергії з просторовим масоперенесенням, яке здійсню­ється за рахунок сумісної дії біотичної й абіотичної трансформації речовин. Біо­геохімічні цикли являють собою циклічні переміщення біогенних елементів — Карбону, Оксигену, Гідрогену, Нітрогену, Сульфуру, Фосфору, Кальцію, Калію тощо — від одного компонента біосфери до інших. На певних етапах цього кру­гообігу вони входять до складу живої речовини.

Рушійною силою всіх речовин в біогеохімічних циклах є потік сонячної енергії або частково енергії геологічних процесів Землі. Витрати енергії необ­хідні й для переміщення речовин у біогеохімічних циклах, і для подолання біо­геохімічних бар'єрів. Такими бар'єрами на різних рівнях є мембрани клітин, самі особини рослин і тварин та інші матеріальні структури. Переміщення ре­човин у біогеохімічних циклах одночасно забезпечує життєдіяльність живих організмів. Головними оціночними параметрами ефективності й напрямку ро­боти біогеохімічного циклу є кількість біомаси, її елементарний склад та актив­не функціонування живих організмів.

2. Колообіг речовин, енергії, інформації та їх зміни антропогенною діяльністю. 

За рахунок процесів міграції хімічних елементів усі геосфери Землі пов'язані єдиним циклом кругообігу цих елементів. Такий кругообіг, рушій­ною силою якого є тектонічні процеси та сонячна енергія, дістав назву вели­кого (геологічного) кругообігу. Цей кругообіг має абіотичний характер. Три­валість його існування — близько 4 млрд років. Потужність великого (геоло­гічного) кругообігу речовин у атмосфері, гідросфері та літосфері оцінюється у2«10¹⁶тнарік.

Виникнення життя на Землі спричинило появу нової форми міграції хі­мічних елементів — біогенної. За рахунок біологічної міграції на великий кругообіг наклався малий (біогенний) кругообіг речовин. У малому біологіч­ному кругообігу переміщуються, в основному, Карбон (10¹¹ т на рік), Окситен (2 • 10¹¹ т на рік), Нітроген (2 • 10¹¹ т на рік) та Фосфор (10⁶ т на рік).

Зараз обидва кругообіги відбуваються одночасно, тісно пов'язані між собою. Завдяки взаємодії різних груп живих організмів між собою та з навколишнім середовищем в екосистемах виникає певна й характерна кожному виду екосис­тем структура біомаси, створюється своєрідний тип потоку енергії та специфіч­ні закономірності її передачі від однієї групи організмів до іншої, формуються трофічні ланцюги, що визначають послідовну передачу речовини й енергії між трофічними рівнями.

Проблеми народонаселення та ресурсів біосфери тісно пов'язані з реакціями навколишнього природного середовища на антропогенний вплив. Природний екологічно збалансований стан навколишнього середовища зазвичай назива­ють нормальним. При цьому відбуваються малий (біологічний) і великий (гео­логічний) кругообіги речовин і встановлюються енергетичні баланси між різно­манітними геосферами й космосом, що поєднує природу в єдине ціле.

Геохімічний параметр стану навколишнього середовища в наш час унаслі­док антропогенного впливу суттєво змінився, особливо стосовно біологічного й геологічного кругообігів. Під впливом людської діяльності відбуваються ве­ликі зміни в розподілі хімічних елементів у біосфері, природна й антропогенна трансформація речовин, а також перехід хімічних елементів з одних сполук до інших. Природний біологічний кругообіг речовин порушений людиною на пло­щі, яка досягає майже половини всієї поверхні суши: антропогенні пустелі, ін­дустріальні та міські землі, сади, вторинні низькопродуктивні ліси, виснажені пасовища і т. д. Порушення геологічного кругообігу речовин спричинили такі фактори:

•    ерозія ґрунтового покриву та збільшення твердого стоку в океан;

•    переміщення величезних мас земної кори;

•    видобування з надр чималих кількостей руд, пальних та інших копалин;

•    перерозподіл солі в ґрунтах, ґрунтових і річкових водах під впливом зрошувального землеробства;

•    застосування мінеральних добрив та отрутохімікатів;

•    забруднення середовища сільськогосподарськими, промисловими й комунальними відходами;

•    потрапляння до природного середовища енергетичних забруднень.

IV.         Узагальнення, систематизація і контроль знань і вмінь учнів

1.  Що таке кругообіг речовини та енергії?

2.Які елементи беруть участь у кругообігу на нашій планеті?

3.Що таке біогеохімічний цикл?

4.Яке значення для життя на планеті мають біогеохімічні цикли?

V. Домашнє завдання