Глава 16. Биосфера. Охрана биосферы

Материал главы формирует знания о высшем уровне организации жизни на планете Земля — биосферном. Изучаются геологические оболочки, заселенные живыми организмами, определяются границы жизни, дается характеристика биомассе биосферы, круговороту основных биогенных элементов и потоку энергии. Рассматривается антропогенное влияние на биосферу.

Распределение уроков:

Й урок. Зачет. Состав и функции биосферы

Й урок. Биомасса биосферы

Й урок. Круговорот химических элементов

Й урок. Глобальные экологические проблемы

Й урок. Общество и окружающая среда

 

Урок 1. Состав и функции биосферы

Задачи. Дать определение биосферы и сформировать знания о геологических оболочках, заселенных живыми организмами, определить границы биосферы. Рассмотреть вещества биосферы, роль В.И.Вернадского в создании учения о биосфере. Сформировать понятия о функциях живого вещества.

Проанализировать результаты зачетной работы по главе «Экосистемы».

Оборудование. Демонстрационный материал: таблицы по общей биологии, кодограмма (приложение 1), презентация.

Ход урока:

 

Зачет (18 минут).

Дайте определение терминам или раскройте понятия (одним предложением, подчеркнув важнейшие особенности):

1. Правило пирамиды биомассы.
2. Протокооперация, пример.
3. Биогеоценоз.
4. Особенности саморегуляции в агроценозах.
5. Консументы, определение и классификация.
6. Агроценозы.
7. Экологические факторы.
8. Биологический оптимум.
9. Нейтрализм, определение, пример.
10. Хищничество, определение, пример.

 

1. Биотоп.
2. Климаксное сообщество.
3. Мутуализм, определение, пример.
4. Пример саморазвития и смены экосистем.
5. Паразитизм, определение, пример.
6. Ограничивающий фактор.
7. Основные этапы движения энергии в экосистеме.
8. Автотрофы, определение и классификация.
9. Продуценты.
10. Цепи выедания, пастбищные цепи (определение и пример).

 

1. Экосистема.
2. Конкуренция, определение, пример.
3. Гетеротрофы, определение и классификация.
4. Биоценоз.
5. Цепи разложения, пастбищные цепи (определение и пример).
6. Аменсализм, определение, пример.
7. Продукция экосистемы.
8. Сукцессия.
9. Редуценты, примеры.
10. Источники энергии в агроценозах.

 

Биосфера и ее границы

 

Термин "биосфера" (от греч. bios — жизнь, sphaira — пленка) был предложен австралийским ученым Э.Зюссом (1831 — 1914), который понимал под биосферой совокупность живых организмов Земли. Учение о биосфере разработано российским ученым, академиком В.И.Вернадским (1863 — 1945). В.И.Вернадский распространил понятие биосферы не только на живые организмы, но и на геологические оболочки, заселенные ими. В 1926 году вышла его книга "Биосфера", в которой он показал, что деятельность живых организмов изменяет геологические оболочки Земли и создает биосферу.

Биосфера — открытая система, источником энергии для ее существования является солнечный свет. Используя эту энергию, живые организмы извлекают из неживой природы различные химические элементы и вовлекают их в круговорот веществ. В.И.Вернадский, подчеркивая роль живого вещества, писал: "Жизнь захватывает значительную часть атомов, составляющих материю земной поверхности. Под ее влиянием эти атомы находятся в непрерывном интенсивном движении. Из них все время создаются миллионы разнообразнейших соединений. И этот процесс длится без перерыва десятки миллионов лет. На земной поверхности нет химической силы, более постоянно действующей, а потому более могущественной по своим конечным последствиям, чем живые организмы, взятые в целом".

Энергия солнечного света в процессе фотосинтеза преобразуется в энергию химических связей образованного органического вещества растений, которое во время дыхания частично используется самими растениями. Другая часть образованной органики является строительным материалом и источником энергии для многочисленных гетеротрофов. При разрушении неживой органики остатки энергии теряются в виде теплового излучения. Таким образом, для существования биосферы необходим постоянный приток энергии солнечного света, который обеспечивает все жизненные функции биосферы и в конечном итоге рассеивается в виде тепла.

Биосфера представляет собой сложную систему, включающую компоненты неживой и живой природы. К неживой природе относятся верхняя часть литосферы, гидросфера, нижняя часть атмосферы. Эти геологические оболочки связаны круговоротом веществ и потоками энергии, которые протекают в различных биогеоценозах. Биогеоценоз является элементарной структурной единицей биосферы, а сама биосфера представляет собой глобальную экологическую систему — экосферу.

Все вещества биосферы подразделяются на четыре группы:

живое вещество — совокупность живых организмов Земли;

косное вещество — вещество неживой природы (песок, глина, гранит, базальт);

биокосное вещество — результат взаимодействия живых организмов с неживой природой (вода, почва, ил);

биогенное вещество — вещества, создаваемые в результате жизнедеятельности организмов (осадочные породы, каменный уголь, нефть).

В неживой природе биосферы (косное вещество биосферы) В.И.Вернадский различал три геологические оболочки: литосферу, тропосферу и гидросферу, которые в результате воздействия живых организмов стали биокосным веществом.

Литосфера, "каменная оболочка" Земли, представляет собой верхнюю часть земной коры, измененной в результате физического, химического и биологического воздействия, чаще ее называют просто почвой. Состоит из осадочных пород, ниже которых находятся гранитный и базальтовые слои. Нижняя граница жизни в литосфере проходит на уровне 4—7 км, ниже проникновение жизни ограничено воздействием высоких температур, отсутствием воды. Наиболее заселены поверхность Земли и верхний слой почвы.

Гидросфера "водная оболочка" образована Мировым океаном, который занимает около 71% поверхности земного шара, и водоемами суши — реками, озерами — около 5%. Много воды находится в подземных водах и ледниках. В связи с высокой плотностью воды, живые организмы могут нормально существовать не только на дне, но и в толще воды, и на ее поверхности. Поэтому гидросфера заселена по всей толщине, живые организмы представлены бентосом, планктоном и нектоном.

Атмосфера подразделяется на тропосферу, нижнюю часть атмосферы, высота которой доходит до 20 км, выше находится стратосфера (до 100 км), еще выше ионосфера. Заселена только тропосфера, верхняя граница жизни проходит на высоте около 20 км, куда восходящие потоки воздуха заносят споры микроорганизмов. В атмосфере, на высоте 15-35 км свободный кислород (О₂) превращается в озон (О₃), который отражает жесткий ультрафиолет (свет с длиной волны менее 290 нм), вызывающий мутации в клетках живых организмов.

 

Функции живого вещества

 

Различают следующие функции живого вещества:

Энергетическая функция, связанная с превращением солнечной энергии в энергию химических связей образованного органического вещества. Процесс фотосинтеза обеспечивает энергией все жизненные процессы на Земле.

Газовая функция. Фотосинтез, дыхание, деятельность азотфиксирующих и денитрифицирующих бактерий создали атмосферу Земли, содержащую 21% кислорода, 0,03% углекислого газа, около 80% азота. Метан, сероводород — эти газы также биогенного происхождения.

Концентрационная функция живого вещества проявляется в захвате и накоплении живыми организмами биогенных химических элементов (элементов первой, второй группы, микроэлементов) — углерода, кислорода, водорода, азота, калия, натрия и др.

Окислительно-восстановительная функция связана с химическими превращениями веществ. Эти реакции лежат в основе метаболизма, в основе реакций пластического и энергетического обменов.

Деструкционная функция заключается в минерализации отмерших организмов и возвращении химических элементов в неживую природу, результатом является образование биогенного и биокосного веществ биосферы.

Закрепление. Беседа. Работа учащихся с тетрадью и кодограммой.

Задание на дом. Изучить текст параграфа, ответить на вопросы.

 

Приложение 1. Кодограмма к уроку.

 

 

Урок 2. Биомасса биосферы

Задачи. Сформировать знания о биомассе биосферы. Сравнить биомассу поверхности суши и Мирового океана, биомассу продуцентов и консументов на суше и в океане. Дать характеристику биомассы почвы и поверхности суши. Сформировать знания об основных скоплениях биомассы океана в виде планктона, бентоса, нектона.

Проверить знания учащихся и повторить материал по теме "Состав и функции биосферы".

Оборудование. Демонстрационный материал: таблицы по общей биологии, кодограмма (приложение 1), презентация.

Ход урока:

Повторение.

Анализ зачета (5-8 мин.).

Устное повторение и компьютерное тестирование: приложение 1.

Изучение нового материала. Объяснение с помощью таблиц, кодограммы.

 

Биомасса суши

 

Биомасса биосферы составляет примерно 0,01% от массы косного вещества биосферы, причем около 99% процентов биомассы приходится на долю растений, на долю консументов и редуцентов — около 1%. На континентах преобладают растения (99,2%), в океане — животные (93,7%)

Биомасса суши гораздо больше биомассы мирового океана, она составляет почти 99,9%. Это объясняется большей продолжительностью жизни и массой продуцентов на поверхности Земли. У наземных растений использование солнечной энергии для фотосинтеза достигает 0,1%, а в океане — только 0,04%.

Биомасса различных участков поверхности Земли зависит от климатических условий — температуры, количества выпадаемых осадков. Суровые климатические условия тундры — низкие температуры, вечная мерзлота, короткое холодное лето сформировали своеобразные растительные сообщества с небольшой биомассой. Растительность тундры представлена лишайниками, мхами, стелющимися карликовыми формами деревьев, травянистой растительностью, выдерживающей такие экстремальные условия. Биомасса тайги, затем смешанных и широколиственных лесов постепенно увеличивается. Зона степей сменяется субтропической и тропической растительностью, где условия для жизни наиболее благоприятны, биомасса максимальна.

В верхнем слое почвы наиболее благоприятный водный, температурный, газовый режим для жизнедеятельности. Растительный покров обеспечивает органическим веществом всех обитателей почвы — животных (позвоночных и беспозвоночных), грибы и огромное количество бактерий. Бактерии и грибы — редуценты, они играют значительную роль в круговороте веществ биосферы, минерализуя органические вещества. "Великие могильщики природы" — так назвал бактерии Л.Пастер.

 

Биомасса мирового океана

 

Гидросфера "водная оболочка" образована Мировым океаном, который занимает около 71% поверхности земного шара, и водоемами суши — реками, озерами — около 5%. Много воды находится в подземных водах и ледниках. В связи с высокой плотностью воды, живые организмы могут нормально существовать не только на дне, но и в толще воды, и на ее поверхности. Поэтому гидросфера заселена по всей толщине, живые организмы представлены бентосом, планктоном и нектоном.

Бентосные организмы (от греч. benthos — глубина) ведут придонный образ жизни, живут на грунте и в грунте. Фитобентос образован различными растениями — зелеными, бурыми, красными водорослями, которые произрастают на различных глубинах: на небольшой глубине зеленые, затем бурые, глубже — красные водоросли которые встречаются на глубине до 200 м. Зообентос представлен животными — моллюсками, червями, членистоногими и др. Многие приспособились к жизни даже на глубине более 11 км.

Планктонные организмы (от греч. planktos — блуждающий) — обитатели толщи воды, они не способны самостоятельно передвигаться на большие расстояния, представлены фитопланктоном и зоопланктоном. К фитопланктону относятся одноклеточные водоросли, цианобактерии, которые находятся в морских водоемах до глубины 100 м и являются основным продуцентом органических веществ — у них необычайно высокая скорость размножения. Зоопланктон — это морские простейшие, кишечнополостные, мелкие ракообразные. Для этих организмов характерны вертикальные суточные миграции, они являются основной пищевой базой для крупных животных — рыб, усатых китов.

Нектонные организмы (от греч. nektos — плавающий) — обитатели водной среды, способные активно передвигаться в толще воды, преодолевая большие расстояния. Это рыбы, кальмары, китообразные, ластоногие и другие животные.

 

Закрепление. Беседа. Работа учащихся с тетрадью и кодограммой.

Задание на дом. Изучить текст параграфа, ответить на вопросы.

 

Приложение 1. Кодограмма к уроку

 

Приложение 2. Тестовое задание.

 

Задание 26. "Состав и функции биосферы"

Тест 1. Учение о биосфере создано:

1. Э.Зюссом.

2. С.Г.Навашиным.

3. С.Н.Виноградским.

4. В.И.Вернадским.

Тест 2. Нижняя граница жизни проходит в литосфере на глубине:

1. 2 км.

2. 4—7 км.

3. 8—12 км.

4. Литосфера заселена на всю глубину.

Тест 3. Верхняя граница жизни проходит в атмосфере на высоте:

1. 20 км.

2. 40 км.

3. 80 км.

4. 100 км.

Тест 4. Гидросфера заселена на глубину:

1. 200 м.

2. 1000 м.

3. 4000 м.

4. На всю глубину, до 11034 м.

Тест 5. Озоновый экран расположен на высоте:

1. 5-8 км.

2. 8-10 км.

3. 15-35 км.

4. 50-60 км.

Тест 6. К косному веществу биосферы относится:

1. Совокупность всех живых организмов Земли.

2. Осадочные породы, каменный уголь, нефть, газ.

3. Песок, глина, базальт, гранит.

4. Почва, ил.

Тест 7. К биокосному веществу биосферы относится:

1. Совокупность всех живых организмов Земли.

2. Осадочные породы, каменный уголь, нефть, газ.

3. Песок, глина, базальт, гранит.

4. Почва, ил.

Тест 8. К биогенному веществу биосферы относится:

1. Совокупность всех живых организмов Земли.

2. Осадочные породы, каменный уголь, нефть, газ.

3. Песок, глина, базальт, гранит.

4. Почва, ил.

Тест 9. Функция живого вещества, связанная с образование современной атмосферы:

1. Энергетическая.

2. Газовая.

3. Концентрационная.

4. Окислительно-восстановительная.

Тест 10. Функция живого вещества, связанная с захватом и накоплением в живых организмах биогенных химических элементов:

1. Энергетическая.

2. Газовая.

3. Концентрационная.

4. Окислительно-восстановительная.