Комунальний заклад Львівської обласної ради

«САМБІРСЬКИЙ ФАХОВИЙ МЕДИЧНИЙ КОЛЕДЖ»

ЦИКЛОВА КОМІСІЯ ПРИРОДНИЧО-НАУКОВИХ ДИСЦИПЛІН

БІОСФЕРА, ЯК ГЛОБАЛЬНА ЕКОСИСТЕМА

МЕТОДИЧНА РОЗРОБКА ВІДКРИТОГО  ЗАНЯТТЯ

З ДИСЦИПЛІНИ

“БІОЛОГІЯ І ЕКОЛОГІЯ”

для студентів ІІ курсу

спеціальності 223 Медсестринство

освітньо-професійна програма «Лікувальна справа»

кваліфікація 3221 фельдшер

САМБІР

2022

Комунальний заклад Львівської обласної ради

«САМБІРСЬКИЙ ФАХОВИЙ МЕДИЧНИЙ КОЛЕДЖ»

ЦИКЛОВА КОМІСІЯ ПРИРОДНИЧО-НАУКОВИХ ДИСЦИПЛІН

БІОСФЕРА, ЯК ГЛОБАЛЬНА ЕКОСИСТЕМА

МЕТОДИЧНА РОЗРОБКА ВІДКРИТОГО  ЗАНЯТТЯ

З ДИСЦИПЛІНИ

“БІОЛОГІЯ І ЕКОЛОГІЯ”

для студентів ІІ курсу

спеціальності 223 Медсестринство

освітньо-професійна програма «Лікувальна справа»

кваліфікація 3221 фельдшер

Підготувала:

викладач дисципліни «Біологія і екологія»

Василина ГОЛОВАЧУК

Розглянуто і схвалено на засіданні ц/к природничо-наукових дисциплін

протокол № ____від  _____року

Голова ц/к ________Надія ГОВДИШ

«У природи немає для нас ні нагород, ні покарань, у неї є лише наслідки»

Життя на Землі існує вже неймовірно довго. Палеонтологічний літопис сходить до часів майже 3,5 мільярда років тому, а хімічні свідчення говорять про те, що найбільш рання біосфера Землі могла розвинутись вже 3,8 мільярда років тому. Якщо розглядати в цьому контексті динозавра крейдяного періоду, який жив 70 мільйонів років тому, що здається нам чимось дуже давнім, то насправді він жив тільки в останніх 2% від всієї історії життя на Землі.

Життя — це безперервний ланцюг еволюції від найпростіших клітин-прокаріотів, які жили на Землі мільярд років тому, до організмів, які живуть сьогодні, таких як люди. Весь цей час біосфера була інноваційною, мінливою і адаптувалась під навколишні умови Землі. Перше життя на Землі існувало в системі «атмосфера — океан» без вільного кисню. Потім, близько 2,4 мільярда років тому, клітини розвинули здатність до кисневого фотосинтезу, виділяючи кисень в атмосферу та океани. Цей вільний кисень був побічним продуктом, але він отруїв середовище для найбільш ранніх, анаеробних мікроорганізмів Землі: після мільярда років панування вони були витіснені на узбіччя, у міру того як перебудовувалась біосфера. Ця еволюційна зміна біосфери також змінила хімічний склад океанів і клімат на суші.

«Біосфера, як глобальна екосистема»

І. НАВЧАЛЬНА МЕТА:

знати:

•  компоненти біосфери;
•  основні функції біосфери;
•  структуру біосфери;
•  форми біологічного кругообігу.

вміти:

• встановлювати відмінності функцій біосфери;
• розрізняти форми кровообігу.

ПЛАН

1. Вчення В. І. Вернадського про біосферу та його значення для уникнення глобальної екологічної кризи.
2.   Компоненти біосфери.
3.   Основні оболонки Землі.
4.   Основні функції живої речовини в біосфері.
5.   Біологічний кругообіг та його форми.
6. Біогеохімічні цикли як необхідна умова існування біосфери.

ІІ. ВИХОВНА МЕТА: виховувати почуття, цінності життя кожного живого організму, екологічну свідомість, свідоме ставлення до використання природних ресурсів.

ІІІ. МІЖДИСЦИПЛІНАРНА ІНТЕГРАЦІЯ.

IV. ОБЛАДНАННЯ ТА ТЕХНІЧНІ ЗАСОБИ НАВЧАННЯ:

1. Таблиця.
2. Схема.
3. Портрет В.І. Вернадського.
4. Ноутбук.

Вид заняття:  лекційне заняття з використанням мультимедійної презентації.

Місце проведення: формат: On-line, застосунок: Meet.

Тривалість: 80 хв.

V. ОРГАНІЗАЦІЙНА СТРУКТУРА ЗАНЯТТЯ

VІ. ЛІТЕРАТУРА ДЛЯ ПІДГОТОВКИ

Основна:

1. Л.І.Остапченко та ін. Біологія і екологія (рівень стандарту): підручник для 11-го кл. закл. заг. серед. освіти. Київ : Генеза, 2019. - 208 с. : іл.
2.  Конспект лекцій.
3. Матеріали заняття розміщенні на платформі Google Classroom, Тема «Завдання», Заняття №9.

Додаткова:

1. Л.І.Прокопенко та ін. Біологія: Довідник для абітурієнтів та школярів загальноосвітніх навчальних закладів. Навчально-методичний посібник. – 2-ге видання. – К.: Літера ЛТД. 2008. – 636 с.
   

Матеріали основного етапу

Біосфера — це особлива зовнішня оболонка Землі, склад, структура і енергетичний потенціал якої визначаються спільною діяльністю живих організмів, тобто це область поширення життя.

Біосфера включає такі компоненти:

• живу речовину (біомасу) — сукупність всіх живих організмівмікроорганізмів, грибів, рослин, тварин);
• біогенну речовину — мінеральні або органічні речовини, створені в результаті життєдіяльності живих організмів (газ, нафта, кам'яне вугілля, вапняки, трепел і т. д.);
• косну речовину — речовини, які формуються без участі живих організмів (в результаті вулканізму, геотектонічних процесів, падіння метеоритів тощо);
• біокосну речовину — створюється живими організмами разом з неживою природою (ґрунти).

Біомаса, або жива речовина, — сукупність всіх організмів Землі. Біомаса на Землі розподіляється нерівномірно: вона збільшується від полюсів до екватора, що визначається особливостями клімату; найбільшої щільності біомаса досягає в місцях контакту оболонок Землі — атмосфери, гідросфери і літосфери. Біомаса суші у 1000 разів перевищує біомасу океану.

Причина розповсюдження біомаси — розмноження організмів, завдяки якому створюються тиск життя і щільність життя.

Тиск життя визначається швидкістю розселення організмів. Наприклад, чисельність деяких бактерій збільшується удвічі кожні 22 хв. Якби на Землі склалися сприятливі умови лише для будь-якого одного виду, то його потомство за короткий проміжок часу заселило б всю планету, зокрема бактеріям холери для цього потрібно 1,25 діб, кімнатній мусі — 1 рік, щурам — 8 років.

Щільність життя визначається розмірами організмів і необхідною для них площею. Наприклад, слону для нормального існування необхідні 30 км², трав'яним рослинам — 30 см², бджолі — 200 м².

Біологічна різноманітність включає:

• генетичну — різноманітність генів усередині виду;
• видову — різноманітність видів усередині екосистеми;
• екосистемну — різноманітність місць існування природних угруповань, екологічних умов.

Біосфера включає три основні оболонки Землі: атмосферу, гідросферу і верхню частину літосфери. Межі біосфери визначаються абіотичними чинниками, які обмежують існування живих організмів. Верхня межа біосфери проходить на висоті близько 20 км над поверхнею Землі і залежить від озонового шару, який затримує ультрафіолетове випромінювання. У гідросфері життя знайдене на всіх глибинах Світового океану — до 10 км. У літосфері живі організми трапляються до глибини 3,5—7,5 км, що залежить від температури земної кори і рівня проникнення рідкої води.

Атмосфера, або газова оболонка Землі, складається із суміші нітрогену, оксигену, вуглекислого газу, озону та інертних газів. Вона впливає на фізико-хімічні і біологічні процеси на поверхні Землі та у водному середовищі: оксиген необхідний всім живим організмам для дихання; вуглекислий газ — джерело вуглецю для фотосинтезу і хемосинтезу; нітроген в результаті діяльності азотфіксуючих бактерій переходить у форму нітратів, придатних для засвоювання рослинами.

Гідросфера, або водна оболонка Землі, займає близько 70 % її поверхні. Найбільші запаси води зосереджені у Світовому океані (до 95 %), інші 5 % — це прісні водойми (озера, річки тощо). У воді мешкає величезна кількість живих організмів, причому їх типова різноманітність є значно більшою, ніж на суші. Стан гідросфери — найважливіший чинник, котрий визначає кліматичні умови різних географічних областей.

Літосфера — тверда оболонка Землі — включає земну кору і верхню частину мантії. Життя в літосфері головним чином зосереджене в її верхньому родючому шарі — ґрунті, глибина якого не перевищує декількох метрів.

Жива речовина — це, за визначенням В. І. Вернадського, головна речовина біосфери.

У межах біосфери жива речовина розподілена нерівномірно. У високих шарах атмосфери, у глибині гідросфери і літосфери живі організми трапляються зрідка. Життя переважно зосереджене на межі цих трьох середовищ. Біомаса мешканців суші на 99,2 % представлена рослинами і лише 0,8 % складають гриби, тварини і мікроорганізми. У Світовому океані це співвідношення змінюється: частка рослин становить 6,3 % біомаси, тварин і мікроорганізмів — 93,7 %.

Маса живої речовини становить близько 0,01—0,02 % від косної речовини біосфери, проте живі істоти відіграють провідну роль у геохімічних процесах на планеті. Діяльність живих організмів є основою, що забезпечує кругообіг речовин у природі. Щорічна продукція живої речовини в біосфері становить близько 232 млрд т сухої органічної речовини. Вона постійно перетворюється і розкладається, забезпечуючи у такий спосіб всі живі організми необхідними для обміну речовинами.

У біосфері жива речовина виконує ряд важливих функцій: газову, окисню- вально-відновну і концентраційну.

Газова функція полягає у виділенні і поглинанні газів живими організмами. Завдяки їй близько 2 млрд років тому в атмосфері Землі почалося накопичення вільного оксигену, а згодом сформувався озоновий екран. Сучасний газовий склад атмосфери підтримують зелені рослини шляхом дихання і фотосинтезу. При гнитті органічних речовин в атмосферу виділяються аміак і сірководень. Певні групи бактерій утилізують ці шкідливі для інших організмів гази, зв'язуючи їх у сполуки, які засвоюються рослинами.

З газовою функцією живого тісно пов'язана окиснювально-відновна. Перетворення речовин і енергії в живих організмах є ланцюгом окиснювально-відновних реакцій: це процеси фотосинтезу, хемосинтезу і дихання. Утворення органічних речовин при автотрофному живленні та їх розкладання у процесі дихання безпосередньо замикаються на газообміні між організмами і навколишнім середовищем.

Концентраційна функція живого полягає у здатності живих організмів нако­пичувати різноманітні хімічні елементи у вигляді органічних і неорганічних сполук. Наприклад, залізобактерії акумулюють з середовища ферум; фораминіфери, кишковопорожнинні, молюски — кальцій; радіолярії, хвощі — кремній; губки — йод тощо. Вміст деяких елементів у живих організмах у багато разів перевищує їх концентрацію в земній корі. Так, у рослинах міститься в 200 разів більше карбону, у 30 разів — нітрогену, ніж у земній корі. Живі організми забезпечують інтенсивну міграцію елементів (феруму, марганцю, сульфуру, фосфору та ін.). В результаті діяльності живої речовини на Землі утворились поклади органо-мінерального палива і ґрунт.

Біологічний кругообіг — циркуляція речовин між ґрунтом, рослинами, тваринами, мікроорганізмами.

Ланками біологічного кругообігу є:

• створення у процесі фотосинтезу органічних речовин рослинами (первинна продукція);
• перетворення первинної продукції у вторинну (тваринну);
• руйнування первинної і вторинної продукції бактеріями і грибами.

Форми біологічного кругообігу: фотосинтез, дихання, харчові зв'язки орга­нізмів.

Біогенна міграція атомів — циркуляція хімічних елементів між організмами і середовищем. На поверхні суші і моря переважає процес накопичення органічних речовин, а в ґрунті і глибинах гідросфери — процес мінералізації.

Біогенна міграція атомів відрізняється від такої у неживій природі:

1. Для біогенної міграції характерна концентрація та акумуляція елементів у живих організмах.
2. Біогенну міграцію атомів зумовлюють три процеси: обмін речовин, ріст і розмноження організмів.

Кругообіг у вигляді біогеохімічних циклів є необхідною умовою існування біосфери. Термін «біогеохімічні цикли» на початку XX ст. запровадив академік В. І. Вернадський.

Кругообіг хімічних елементів у біосфері являє собою процеси перетворення і переміщення речовини. За своєю природою це повторні, взаємозв'язані фізико- хімічні і біологічні процеси.

Кругообіг карбону. В атмосфері міститься 0,03 % карбону, котрий входить до складу вуглекислого газу. Біологічний кругообіг карбону здійснюється майже в 7 разів швидше, ніж оксигену. Це пояснюється тим, що в атмосфері карбону міс­титься значно менше, ніж оксигену.

Карбон входить до складу всіх органічних сполук. Перша ланка його кругообігу — поглинання карбону, що входить до складу вуглекислого газу, рослинами в ході фотосинтезу. Поглинутий карбон використовується для синтезу органічних речовин. У процесі життєдіяльності рослин в процесі дихання частина органічних сполук окиснюється до вуглекислого газу і води зі звільненням енергії. При цьому карбон у складі вуглекислого газу повертається в атмосферу.

Друга ланка кругообігу карбону — використання органічних речовин тваринами, які поїдають рослини або інших тварин, і повернення частини карбону в атмосферу в результаті їх дихання.

Третя ланка — розкладання мертвої органічної речовини у ґрунті мікроор­ганізмами, що також супроводжується виділенням вуглекислого газу. Всі мешканці ґрунту виділяють у процесі життєдіяльності вуглекислий газ — це так зване «ґрунтове дихання». Повного розкладання органічних речовин у ґрунті звичайно не відбувається, вони накопичуються в ньому у вигляді перегною.

Кругообіг карбону дещо ускладнює участь Світового океану. Річ у тім, що частина карбону виключається з біологічного кругообігу і переходить в осадові породи — вапняки, а також корали. Крім того, у морській воді, особливо у глибинних шарах, містяться розчинні сполуки карбону у вигляді вугільної кислоти і карбонатів. Океан є своєрідним «депо» вуглекислого газу. Атмосфера і Світовий океан безперервно обмінюється вуглекислим газом шляхом дифузії. Карбон гідросфери живі організми також використовують у процесі фотосинтезу і для побудови вапнякових скелетів (губки, кишковопорожнинні, молюски та ін.). Частина карбону виключається з біологічного кругообігу в результаті його накопичення в сланцях, нафті, вугіллі.

Всі живі істоти дихають. При цьому карбон, котрий міститься в органічних речовинах, у вигляді вуглекислого газу знов надходить до атмосфери. Крім того, він утворюється при мінералізації органічних речовин мікроорганізмами. У живій речовині процеси асиміляції і виділення карбону під час дихання практично врівноважені. Лише близько 1 % карбону відкладається у вигляді торфу, тобто вилучається з кругообігу.

До атмосфери карбон також надходить в результаті господарської діяльності: при спалюванні органо-мінерального палива — вугілля, газу, нафти і продуктів її переробки та ін. Енергетичні ресурси, які ми зараз маємо, утворилися завдяки діяльності живих організмів у стародавні геологічні епохи. Енергетичні ресурси поділяються на відновні (деревина, торф) і невідновні (газ, вугілля, нафта).

Величезні запаси карбону містять гірські осадові породи — сланці, карбонати кальцію і магнію. Надходження карбону в атмосферу з цих порід залежить від геохімічних процесів (вивітрювання, геоморфізм гірських порід) і вулканічної діяльності.

Кругообіг нітрогену. Атмосфера містить 79 % нітрогену, проте рослини засвоюють його у досить обмеженій кількості. Це пояснюється тим, що рослини (за винятком бобових) не здатні засвоювати атмосферний нітроген, а поглинають його тільки у формі сполук з гідрогеном і оксигеном.

Нітроген органічних сполук (в основному аміносполук) у процесі їх розкла­дання мікроорганізмами переходить в амоній і амоніак зі звільненням енергії.

При розкладанні мертвих рослинних і тваринних решток в результаті діяльності деяких мікроорганізмів утворюються нітрати. У ґрунті під впливом інших мікроорганізмів вони відновлюються до нітриту, оксиду нітрогену і вільного нітрогену. Частина нітратів потрапляє у ґрунтові води.

Частина атмосферного нітрогену перетворюється на нітрати під впливом електричних розрядів в атмосфері. Ці нітрати також надходять у ґрунт.

Таким чином, у біологічний кругообіг нітрогену включаються амоніак, нітрати, нітрити, що утворюються природним чином, а також штучно одержані речовини, які вносять у ґрунт, наприклад у вигляді добрив.

Фіксацію нітрогену і його переведення у сполуки, які здатні поглинати рослини, здійснюють ґрунтові азотфіксуючі бактерії. Прикладом можуть бути бульбочкові бактерії, що розвиваються на коренях бобових рослин. Азотфіксуючі бактерії збагачують ґрунт нітрогеном, підвищуючи його родючість.

При розкладанні органічних решток у процесі мінералізації під впливом мік­роорганізмів виділяється амоніак. Його частково можуть засвоювати рослини, але основна кількість переводиться у форму нітратів за участю нітрифікуючих бактерій: спочатку він окиснюється до азотної кислоти.

Кругообіг фосфору. Фосфор необхідний живим організмам, оскільки він входить до складу багатьох органічних сполук — нуклеїнових кислот, АТФ тощо.

Сполуки фосфору розчиняються лише в дуже кислих розчинах і безкисневих середовищах. У лужних розчинах в кисневому середовищі він знаходиться переважно у вигляді нерозчинних сполук із ферумом і кальцієм, тому фосфору завжди не вистачає.

Джерело фосфору у природі — виключно гірські породи. Кругообіг фосфору відбувається переважно у ґрунтовому шарі завдяки життєдіяльності наземних організмів. Частина фосфору змивається у водоймища поверхневими і ґрунтовими водами, до деякої міри його сполуки входять до складу донних відкладень. З них фосфор з часом знов входить до складу гірських порід.

Основним джерелом енергії в біосфері є сонячна енергія, яку здатні акумулювати тільки зелені рослини та деякі бактерії. У подальшому вона використовується для синтезу органічних сполук. Звільняється енергія в результаті процесів бродіння, гниття, дихання. Частково сонячна енергія консервується у вугіллі, торфі, нафті.

Підсумок заняття

Міграція хімічних елементів на поверхні землі так чи інакше здійснюється за участю живої речовини. Атоми біогенних елементів багато разів проходять через тіла живих організмів. Рушійною силою біогенної міграції атомів є енергія сонячного випромінювання. Жива речовина біосфери визначає склад атмосфери, біогенних осадових порід, ґрунту, гідросфери.

Між органічною і неорганічною речовинами на Землі існує нерозривний геохімічний зв'язок. Кругообіг речовин і потік енергії через екосистеми забезпечує існування життя, тому що навіть на Землі запаси необхідних біогенних елементів були б дуже швидко вичерпані.

VІІ. МАТЕРІАЛИ ЗАКЛЮЧНОГО ЕТАПУ

ПИТАННЯ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЮ

Тести:

1. Хто автор учення про біосферу?

A) В.І.Вернадський;

B) Ж.-Б. Ламарк;

C) К.Лінней.

2. Біосфера – це:

A) частина геологічних оболонок Землі, заселена живими організмами;

B) глобальна екологічна система Землі;

C) сукупність усіх живих організмів.

3. Біологічна різноманітність включає:

A) генетичну різноманітність;

B) видову різноманітність;

C) екоситемну різноманітність;

D) усі варіанти вірні.

4. Провідну роль у кругообігу карбону в атмосфері відіграють:

A) тварини;

B) рослини;

C) гриби.

5. Провідну роль у крогообігу нітрогену в атмосфері відіграють:

A) азот фіксуючі прокаріоти;

B) тварини;

C) рослини.

Д О Д А Т О К

(мультимедійна  презентація, фотографії)

Відкритого заняття

з дисципліни «Біологія і екологія»

«БІОСФЕРА, ЯК ГЛОБАЛЬНА ЕКОСИСТЕМА»

(з використанням за стосунку Meet)