Студопедия

Главная страница Случайная страница

Разделы сайта

АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника






Круговороты веществ






И ПРЕВРАЩЕНИЕ ЭНЕРГИИ В ПРИРОДЕ»

к лабораторно-практическим занятиям по курсам:

«Основы экологии», «Экология», «Агроэкология»

для студентов инженерного, агрономического, биотехнологического,

экономического факультетов

 

Сахарово-2011

Составители: к.в.н., доцент Волкова Н.А.

к.с.-х.н., ст. преподаватель Шмидт И.С.

 

Рецензент:

 

Методические указания рассмотрены и утверждены на заседании кафедры
Протокол № от 2010 года

Методической комиссией биотехнологического факультета

Протокол № от 2010 года

 

 

Цель работы:

1.Ознакомиться с превращением энергии в природе.

2. Показать круговороты основных элементов в биосфере.

Материалы и оборудование:

1.Методическая разработка.

2.Табличный материал.

3. Видеофильм «Биосфера».

Порядок выполнения работы:

1. Ознакомиться с теоретической частью и кратко законспектировать основные положения.

2. Ознакомиться с круговоротами кислорода, углерода, азота, серы и фосфора.

3. Зарисовать круговорот углерода и

Контрольные вопросы.

1.

Литература:

1. Степановских А.С. Экология. Курган: ИПП «Зауралье», 1997.

2. Маринченко А.В. Экология. Москва, 2009.

3. Агроэкология В.А. Черников, Р.М. Алексахин, А.В. Голубев и др. М.: Колос, 2000.

 

 

В 20-е гг. XX в. Владимиром Ивановичем Вернадским было разработано учение о биосфере как глобальной единой системе Земли, где весь основной ход геохимических и энергетических превращений опреде­ляется жизнью. Ранее большинство процессов, меняющих в те­чение геологического времени лик нашей планеты, рассматри­вались как чисто физические, химические или физико-химичес­кие явления (размыв, растворение, осаждение, гидролиз и т. п.). Вернадский впервые создал учение о геологической роли живых организмов, показав, что деятельность живых существ является главным фактором преобразования земной коры. Идеи Вернадс­кого в должной мере были оценены лишь во второй половине XX в., когда возникла концепция экосистем.

Вернадский писал, что участие каждого отдельного орга­низма в геологической истории Земли ничтожно мало, однако живых существ на Земле бесконечно много, и они, обладая вы­соким потенциалом размножения, активно взаимодействуют со средой обитания и, в конечном счете, представляют в совокупно­сти особый, глобальный фактор развития, преобразующий вер­хние оболочки Земли.

Живые организмы бесконечно разнообразны, распростра­нены повсеместно, воспроизводятся во многих поколениях, об­ладают избирательностью биохимической деятельности и ис­ключительно высокой химической активностью по сравнению с другими компонентами природы.

Всю совокупность организмов на планете Вернадский на­звал " иным веществом", которое характеризуется суммарной массой, химическим составом и энергией. О роли живых орга­низмов на Земле Вернадский писал: " Можно без преувеличе­ния утверждать, что химическое состояние наружной коры нашей планеты, биосферы, всецело находится под влиянием жизни, определяется живыми организмами, несомненно, что энергия, придающая биосфере ее обычный облик, имеет кос­мическое происхождение. Она исходит из Солнца в форме лу­чистой энергии. Но именно живые организмы, совокупность жизни, превращают эту космическую лучистую энергию в зем­ную, химическую и создают бесконечное разнообразие нашего мира. Это живые организмы, которые своим дыханием, своим питанием, своим метаболизмом, своей смертью и своим разложением, постоянным использованием своего вещества, а глав­ное, длящейся сотни миллионов лет непрерывной сменой поколении, своим рождением, размножением порождают одно из грандиознейших планетных явлении, не существующих ниг­де, кроме биосферы.

По мнению ученого, неизбежен единственно правильный подход к биосфере как к целостной глобальной экологической системе, обладающей определенной структурой и устойчивос­тью, присущими ей особенностями формирования и развития. Такое понимание биосферы особенно важно сейчас, когда тех­ногенное воздействие человека на природу достигло небывалых масштабов и способно вызвать планетарные изменения среды обитания человека.

В пределах биосферы практически каждый химический элемент проходит через цепочку живых организмов, включа­ется в систему биогеохимических превращений. Так, весь кис­лород планеты - продукт фотосинтеза - обновляется через каждые 2000 лет, а вся углекислота — через 300 лет.

Биохимические процессы в организмах также представля­ют собой сложные, организованные в циклы цепи реакций. На воспроизведение их в неживой природе потребовались бы ог­ромные энергетические затраты, в живых же организмах они протекают при посредстве белковых катализаторов - фермен­тов, понижающих энергию активации молекул на несколько порядков. Так как материалы и энергию для обменных реакций живые существа черпают в окружающей среде, они преобра­зуют среду уже тем, что живут. Вернадский подчеркивал, что живое вещество проводит гигантскую геолого-химическую ра­боту в биосфере, полностью преобразуя верхние оболочки Зем­ли за время своего существования.

Более 99% энергии, поступающей на поверхность Земли, составляет излучение Солнца, эта энергия растрачивается в громадном большинстве физических и химических процессов в гидросфере, атмосфере и литосфере: перемещение воздушных и водных масс, испарение, перераспределение веществ, поглощение и выделение газов и т. п.

На Земле существует один-единственный процесс, при ко­тором энергия солнечного излучения не только тратится и пе­рераспределяется, но и связывается, запасается иногда на очень длительное время. Этот процесс - создание органического ве­щества в процессе синтеза. Так, сжигая в топках каменный уголь, мы освобождаем и используем солнечную энергию, запа­сенную растительностью сотни миллионов лет назад.

Таким образом, основная планетарная функция живого вещества на Земле заключается в связывании и запасении сол­нечной энергии, которая затем идет на поддержание множества других геохимических процессов в биосфере.

Биохимическая функция биосферы рассматривается Вер­надским как всеобщее проявление жизни на Земле. Ни один от­дельно взятый вид организмов не мог играть эту роль. Для обес­печения всего разнообразия форм биогенной миграции химичес­ких элементов необходимо было развитие определенного комп­лекса организмов. Отсюда возникает проблема эволюции био­сферы как единого целого в процессе историко-геологического развития нашей планеты.

Границы биосферы определяются областью распростране­ния организмов в атмосфере, гидросфере, литосфере.

Литосфера — это земная кора, внешняя твердая оболочка земного шара, образованная осадочными и базальтовыми поро­дами. Основная масса организмов, обитающих в литосфере, со­средоточена в почвенном слое, глубина которого не превышает нескольких метров.

Гидросфера — водная оболочка Земли, составленная Ми­ровым океаном, который занимает примерно 70, 8% поверхнос­ти земного шара. В гидросферу биосфера проникает практичес­ки на всю глубину Мирового океана.

Атмосфера — воздушная оболочка Земли, состоящая из смеси газов, в которой преобладают кислород и азот. Наиболь­шее значение для биологических процессов имеют: кислород ат­мосферы, используемый для дыхания организмов и минерали­зации омертвевшего живого вещества; углекислый газ, используемый при фотосинтезе; озон, экранирующий земную по­верхность от жесткого ультрафиолетового излучения.

В атмосфере различают:

тропосферу - примыкающий к поверхности Земли нижний слой атмосферы высотой около 15 км, в который входят взвешенные в воздухе водяные пары;

стратосферу - слой над тропосферой высотой около 100 км; в стратосфере под действием жесткого излучения Солнца из мо­лекулярного кислорода образуется атомарный кислород, кото­рый затем, соединяясь с кислородом, превращается в озон, об­разующий озоновый слой, задерживающий космические и УФ-лучи, губительно действующие на живые организмы.

Таким образом, современная биосфера является итогом длительного исторического развития всего органического мира в его взаимодействии с неживой природой. В процессе этого развития в биосфере возникла сложная сеть взаимосвязанных процессов и явлений; благодаря взаимодействию абиотичес­ких и биотических факторов биосфера находится в постоян­ном движении и развитии. Она прошла значительную эволю­цию со времени появления человека, т. е. на протяжении пос­ледних 2-3 млн. лет. Однако если первоначально по своему воз­действию на природу человек мог рассматриваться лишь как один из второстепенных факторов, то по мере развития циви­лизации и роста ее технической оснащенности его роль стала сравнимой с действием мощных геологических процессов. Это обстоятельство заставляет самым серьезным образом отно­ситься к возможным отдаленным последствиям как производ­ственной, так и природоохранной деятельности человека.

В результате техногенной деятельности человечества био­сфера Земли коренным образом преобразуется и становится, по определению Вернадского, ноосферой - " сферой разума". Но­осфера - новое геологическое явление на нашей планете, в ней человек впервые становится крупнейшей геологической силой. Ноосфера - мир разумных, научно обоснованных поступков в глобальном масштабе.

Круговорот основных элементов в биосфере - это много­кратное участие веществ в процессах, происходящих в атмос­фере и гидросфере, в том числе в тех слоях, которые входят в биосферу планеты. Особое значение имеют круговороты кисло­рода, углерода, азота, серы и фосфора. Биогеохимический цикл кислорода — планетарный процесс, связывающий атмосферу и гидросферу с земной корой.

Узловыми звеньями круговорота являются: образование свободного кислорода при фотосинтезе в зеленых растениях, потребление кислорода для осуществления дыхания всеми жи­выми организмами, для реакции окисления органических остат­ков и неорганических веществ (например, сжигание топлива) и другие химические преобразования, которые ведут к образова­нию таких окисленных соединений, как углекислый газ, вода, и последующему вовлечению их в новый цикл фотосинтетичес­ких превращений.






© 2023 :: MyLektsii.ru :: Мои Лекции
Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав.
Копирование текстов разрешено только с указанием индексируемой ссылки на источник.