Теми рефератів

1. Сукцесія як явище в сучасному природному просторі.

2. Основні функції екосистеми.

3. Гомеостаз екосистем.

4. Біосфера як глобальна екосистема.

5. Дослідження еволюції екосистем.

6. Еволюція екосистем ґрунту.

7. Обмін речовин та енергії в екосистемах.

8. Енергетичний баланс екосистеми.

9. Забруднення екосистеми токсичними речовинами штучного походження.

10. Метаболізм екологічних систем.

11. Різноманітність форм життя як головний фактор стійкості екологічної системи.

12. Особливості функціонування агроекосистеми.

13. Екологічне землеробство.

14. Використання математичних моделей у дослідженні наземних екосистем.

Лабораторна робота №6

Тема: Біосфера: поняття, структура, склад, енергетичний баланс, кругообіг речовини, стабільність існування

I Рівень. Розв’яжіть тести

1. Вперше термін “біосфера” – “сфера життя” – був використаний ще в XIX ст. (1875):

а) Зюссом; б) Вернадським; в) Сукачовим; г) Тенслі.

2. Глобальна відкрита система зі своїм “входом” (потік сонячної енергії, який надходить з космосу) і “виходом” (утворені в процесі життєдіяльності організмів речовини, які з різних причин “випали” із біологічного кругообігу, так званий вихід “в геологію” – кам’яне вугілля, нафта, осадові породи) називається:

а) атмосфера; б) біосфера; в) ноосфера; г) гідросфера.

3. Основна маса живої речовини, наявність якої відрізняє біосферу від інших геосфер, зосереджена в порівняно невеликому прошарку:

а) біостромі; б) біотопі; в) екотопі; г) екостромі.

4. Загальна протяжність біосфери за радіусом Землі складає близько:

а) 35 км; б) 40 км; в) 400 км; г) 40 м.

5. Нижня межа простягання біосфери лежить:

а) на 1-2 км вглиб суші та на 23 км нижче дна океану;

б) на 10 км вглиб суші та на 3-4 км нижче дна океану;

в) на 23 км вглиб суші та на 1-2 км нижче дна океану;

г) на 35 км вглиб суші та на 5-6 км нижче дна океану.

6. Озоновий шар, розташований в стратосфері на висоті приблизно:

а) 15-20 км; б) 40 км; в) 4 км; г) 25 км.

7. В.І.Вернадський називає дві специфічні форми руху живої речовини:

а) активна і пасивна; б) стояча і мандруюча; в) позитивна і негативна; г) активна і негативна.

8. Елементи, вміст яких не перевищує в клітині 0,01%, називаються:

а) макроелементи; б) мікроелементи; в) ліпіди; г) наноелементи.

9. За рахунок процесів міграції хімічних елементів усі геосфери Землі зв’язані єдиним циклом кругообігу цих елементів, рушійною силою якого є тектонічні процеси та сонячна енергія, дістав назву:

а) великого (геологічного) кругообігу; б) малого (геологічного) кругообігу; в) вологообіг; г) малий вологообіг.

10. Біогеохімічний цикл вуглецю базується на:

а) атмосферному депо; б) геологічному кругообігу; в) гідросферному депо; г) літосферному депо.

11. Сфера взаємодії суспільства й природи, у межах якої розумна діяльність є головним, визначальним чинником розвитку:

а) біосфера; б) іоносфера; в) атмосфера; г) ноосфера.

12. Поняття “ноосфера” вперше вжив у 20-ті роки XX ст.

а) Зюсс; б) Вернадський; в) Сукачов; г) Леруа.

Іі Рівень. Виконайте завдання

Завдання 1. Використовуючи нижче поданий матеріал і додаткову літературу побудуйте у зошитах схеми кругообігу вуглецю, фосфору, азоту і сірки та оцініть значення кругообігу речовин для живих організмів.

Завдання 2. Проаналізуйте схеми кругообігу основних речовин у природі на предмет внесення змін у їх ланки антропогенною діяльністю: ознайомтесь із факторами, які негативно впливають на кругообіг речовин біосфери та спричинюють зміни їх ланок; розгляньте наслідки змінності ланок кругообігу речовин і енергії.

1. Прочитайте теоретичний матеріал про кругообіг речовин в біосфері і заповніть табл. 1.

Таблиця 1

Характеристика кругообігу речовин в біосфері

Речовина	Основне джерело	Процеси біотичного перетворення	Процеси абіотичного перетворення	Наслідки антропогенного втручання в кругообіг
Вуглець
Фосфор
Нітроген
Сульфур

Кругообіг вуглецю. В атмосфері міститься вуглекислий газ, чадний газ, вуглеводні, зокрема, метан та інші органічні сполуки. Вуглець – основний хімічний елемент живої речовини, оскільки входить до складу різноманітних органічних речовин (рис. 1).

Сполуки вуглецю (у вигляді корисних копалин і карбонатів, а також алмазу і графіту) перебувають у літосфері. У воді містяться розчинні солі вуглецю, на дні – карбонатні мули, утворені внаслідок накопичення мертвих решток організмів, що будують своє тіло з кальцію карбонату. Сполуки вуглецю в ґрунті – це рештки організмів, продукти їх метаболізму та вуглекислий газ, що виділяється під час дихання організмів і розкладання органічних речовин в аеробних умовах.

Вуглекислий газ рослини поглинають листям і кореневою системою для синтезу органічних речовин, які харчовими ланцюгами переходять до тіла тварин. Після загибелі організмів завдяки діяльності редуцентів (мікроорганізмів) сполуки вуглецю повертаються в біосферу у формі вуглекислого газу. У ґрунті дуже часто кругообіг вуглецю гальмується.

Органічні рештки мінералізуються частково, перетворюючись на нову органічну речовину – гумус. Частина органічної речовини, що повністю не розклалась, накопичується в осадових породах. Величезні поклади вугілля, нафти, вапняків у водному середовищі є прикладом цього явища. Людська діяльність значно впливає на кругообіг цього біофільного елемента.

Сполуки вуглецю у вигляді оксидів потрапляють в атмосферу при спалюванні пальних корисних копалин, вуглеводні – під час нафтовидобутку та нафтопереробки, численні органічні сполуки утворюються в процесі органічного синтезу.

Рис. 1. Кругообіг вуглецю

Колообіг фосфору. Особливістю кругообігу фосфору є те, що він має лише одну газоподібну сполуку – фосфін, який утворюється під час гниття органічних решток. Більшість фосфатів не розчинні у воді. Мінералами є апатити й фосфорити. У ґрунті фосфор входить до складу решток мертвих організмів (рис. 2). Поширеним фосфоровмісним добривом є гуано – послід морських птахів. Редуценти (мікроорганізми) мінералізують органічні сполуки фосфору з відмерлих організмів у фосфати, які знову споживаються коренями рослин. Сполуки фосфору накопичуються на дні водойм і в прибережній зоні морів та океанів у вигляді решток живих організмів і фосфатів. На суходіл потрапляють з рибою та під час видобування корисних копалин. Кислотні дощі прискорюють міграцію фосфору завдяки розчиненню фосфатів. Для підвищення родючості ґрунтів на поля вносять добрива, зокрема, й фосфорні. Змивання їх у водойми спричинює евтрофікацію водойм (підвищення біологічної продуктивності екосистеми внаслідок накопичення біогенних елементів, головним чином, нітрогену й фосфору).

Рис. 2. Кругообіг фосфору

Колообіг азоту. Азот у вигляді газоподібних сполук перебуває в повітрі у вигляді органічних сполук – у тілах живих організмів, у ґрунті – у вигляді солей амонію, нітратів і нітритів (рис. 3).

У кругообіг азот залучається завдяки біологічній (бактерії, синьо-зелені водорості), промисловій (виробництво мінеральних добрив) і атмосферній (блискавка) азотфіксаціям. Завдяки цим процесам атмосферний азот перетворюється на нітрати, які можуть засвоюватися рослинами. Іншим джерелом азоту для рослин є розкладання органічних решток, унаслідок чого утворюються сполуки амонію, сечовина, аміак, які завдяки діяльності особливих бактерій перетворюються на речовини, доступні для рослин. Повернення азоту в атмосферу відбувається внаслідок розкладання сполук, що містять нітрати, до вільного азоту та кисню особливими ґрунтовими бактеріями. Людина своєю діяльністю здійснює значний вплив на кругообіг азоту. Систематичне застосування азотних добрив зумовлює збільшення концентрації сполук азоту в ґрунтах, водах, продуктах харчування. Високий вміст нітратів у рослинах становить небезпеку для здоров’я людини і тварин, оскільки внаслідок споживання такої їжі нітрати перетворюються на нітрити, які, сполучаючись із гемоглобіном крові, перешкоджають перенесенню кисню кров’ю.

Рис. 3. Кругообіг азоту

Колообіг сірки. Цей хімічний елемент утворює газоподібні сполуки: гідрогеносульфур та сульфур (IV, VI) оксиди. Більшість сульфатів розчинні у воді, тоді як сульфіди більшості металів малорозчинні. Сірка у складі органічних сполук міститься в живих організмах, горючих корисних копалинах (рис. 4). Сірка, яка перебуває в ґрунті, є продуктом розкладання материнських гірських порід, що містять пірити і халькопірити, а також продуктом розкладання органічних речовин. У ґрунті діють численні мікроорганізми, що перетворюють сульфіди на сульфати й сірку і навпаки. Корені рослин поглинають сполуки сірки, які входять у створювані рослинами органічні речовини. Після відмирання рослин сполуки сірки повертаються в ґрунт. Так підтримується кругообіг сірки в природі. Людина своєю діяльністю значно збільшує концентрацію сполук сірки в навколишньому середовищі. Великі кількості оксидів сірки утворюються під час спалювання сміття, різних видів палива, добування металів із сульфатів, у виробництві та використанні сульфатної кислоти.

Рис. 4. Кругообіг сірки

2. Розгляньте схеми кругообігу речовин, вивчіть їх особливості та внесіть зміни, які виникають у результаті антропогенного впливу, в схему (рис. 1-4).

3. Зробіть висновок. Якими процесами визначається антропогенний вплив на кругообіг речовин?

Завдання 3. Виконайте розрахунок, використовуючи наступні вихідні дані: нехай загальний вміст СО₂ в атмосфері 2,8⋅10¹² т, фотосинтез рослин суші поглинає 0,08⋅10¹² т/рік, а їх дихання повертає в атмосферу 0,02⋅10¹² т/рік СО₂ на рік. За скільки років з атмосфери буде вилучений весь вуглекислий газ? Що при цьому відбудеться з живою природою? За рахунок яких процесів СО₂ повертається в атмосферу в такій кількості, яка дозволяє підтримувати баланс цього газу?

Завдання 5. Проаналізуйте схему зображену на рис. 5 і поясніть, чому кругообіг різних речовин не однаковий за тривалістю.