Презентація "БІОГЕОХІМІЧНІ ЦИКЛИ ЯК НЕОБХІДНА УМОВА ІСНУВАННЯ БІОСФЕРИ"

11 кл біол Ур 44 БІОГЕОХІМІЧНІ ЦИКЛИ ЯК НЕОБХІДНА УМОВА ІСНУВАННЯ БІОСФЕРИ 3 03 2024 Основні поняття й ключові терміни: БІОГЕОХІМІЧНІ ЦИКЛИ. Пригадайте! Що таке біологічний кругообіг речовин?Поміркуйте!* Вплив живої речовини → на міграцію, розподіл, розсіювання та концентрацію хімічних елементів у земній корі, тобто геохімічні процеси біосфери, вивчає біогеохімія. * Це наука, яку заснував В. І. Вернадський. * Одним із напрямів досліджень цієї науки є → біогеохімічні цикли в біосфері. * А що відрізняє біогеохімічні цикли від циклічних перетворень у неживій природі?

Які особливості біогеохімічних циклів у біосфері?Біосфера є → глобальною екосистемою,→ єдність якої забезпечується переміщенням хімічних елементів і речовин у великому (геологічному) та малому (біологічному) кругообігу. ЗМІСТ

*Кругообіг речовин у біосфері має → циклічний характер → і для біогенних елементів здійснюється у вигляді біогеохімічних циклів.- це перетворення і переміщення хімічного елемента, що відбуваються за сумісної дії біотичних та абіотичних компонентів біосфери.

* Поняття «біогеохімічних циклів» → увів у науку В. І. Вернадський у 1910 р. БІОГЕОХІМІЧНИЙ ЦИКЛ (біогеоцикли) 

* Рушійними силами цих циклів є → потік енергії Сонця → і частково енергія геологічних процесів, що відбуваються на планеті.

У біогеоциклах розрізняють дві частини: 1) резервний фонд - з більшою кількістю й масою речовини або елемента та повільнішим обміном; 2) обмінний фонд - з меншою часткою елемента (речовини), що швидко переміщуються по етапах циклу.

* Виокремлюють два основні типи біогеоциклів: цикли елементів з резервним фондом в атмосфері або гідросфері (цикли Карбону, Нітрогену, Оксигену); 2) цикли елементів з резервним фондом у літосфері (осадові цикли Фосфору, Сульфуру, Кальцію, Калію, Феруму).

* Біогеохімічні цикли є → взаємодіючою сукупністю багатьох біотичних і абіотичних перетворень, → що відбуваються в атмосфері, гідросфері й літосфері за участі живої речовини (складність).

* У біогеоциклах живі організми здійснюють → газову, → окисно-відновну, → концентраційну → та біохімічну функції.

Біотичні перетворення стали обов'язковою умовою → існування біогеохімічних циклів зокрема й біосфери загалом. * Серед найважливіших циклів виокремлюють → біогеохімічні цикли Карбону, Нітрогену, Гідрогену, Оксигену, Фосфору, Кальцію, Калію, Феруму та ін.

Упродовж тривалого еволюційного розвитку в складі біосфери → біогеоцикли стали збалансованими → й набули замкненості перетворень у межах обмінного фонду. * Проте на сьогодні спостерігаються→ порушення біогеохімічних циклів у біосфері через діяльність людини.

* вплив на резервний фонд → речовин, що містять той чи інший біогенний елемент, → пов'язаний з видобуванням і переробкою корисних копалин, → спалюванням вугілля, нафти, торфу, природного газу, → використанням добрив тощо;Основними причинами багатьох змін біогеоциклів є:

* вплив → на видове й екосистемне біорізноманіття, → компоненти якого беруть участь → у перетвореннях (наприклад, вирубування лісів веде до зміни ступеня фіксації Карбону);

* поява й включення в цикли → штучних і чужорідних для біосфери речовин (наприклад, пластмас),→ які надалі не можуть використовуватися продуцентами, → розкладатися редуцентами. * Накопичення таких відходів → може стати причиною виникнення біогеохімічних циклів нового типу або ускладнення вже існуючих. Отже, найзагальнішими особливостями біогеохімічних циклів є циклічність, складність, збалансованість, замкненість.

* Біогеохімічними циклами елементів з резервним фондом в атмосфері або гідросфері → є цикли Карбону, Нітрогену, Оксигену. * Ці біогеоцикли є → досконалішими тому, що здатні до швидкої саморегуляції. * Основним депо для цих циклів є → газуваті речовини атмосфери. Чому біогеоцикли з резервним фондом в атмосфері або гідросфері є досконалішими?

Іл. 70. Біогеохімічний цикл Карбону. Для ілюстрації розглянемо цикли Карбону й Нітрогену.

Карбон – → це основа органічних речовин усіх живих організмів. Особливостями циклу Карбону є: основне депо - газуватий СО2, а основна доступна форма для організмів - органічні речовини й карбонати; Біогеохімічний цикл Карбону.

2) наявність резервного фонду у вигляді СО2, СН4, СО в атмосфері та осадових (вапняки, крейда) і горючих (торф, вугілля, нафта) корисних копалин у літосфері;

3) основні біотичні перетворення пов'язані з фотосинтезом, диханням, біоакумуляцією та мінералізацією;

4) абіотичні перетворення відбуваються завдяки процесам розчинення, окиснення, горіння

Іл. 71. Біогеохімічний цикл Нітрогену

* Нітроген - елемент, → що входить до складу важливих нітрогеновмісних органічних речовин (амінокислот, білків, нуклеїнових кислот). Біогеохімічний цикл Нітрогену.

* Основне депо й резервний фонд Нітрогену – → це атмосферний азот, → а основна доступна форма - нітрати.

* Розклад органічних сполук → з утворенням амоніаку → здійснюється амоніфікувальними бактеріями. * Виділений внаслідок амоніфікації амоніак → розчиняється у ґрунтових водах→ і перетворюється на амоній NH4+.

* Амоніак і сполуки амоніаку → здатні до біокаталітичного окиснення → з утворенням нітратної і нітритної кислот, → що їх використовують нітрифікувальні бактерії в процесі нітрифікації. * Завдяки їхній діяльності в ґрунті утворюються нітрити і нітрати. ОКИСНЕННЯ БІОЛОГІЧНЕ — аеробне та анаеробне перетворення біологічних субстратів у живому організмі, яке супроводжується вивільненням енергії.

* Замикають цикл Нітрогену → мікробіологічні процеси денітрифікації, → які перетворюють нітрити й нітрати на молекулярний азот, що надходить в атмосферу. ДЕНІТРИФІКАЦІЯ, -. Природний процес відновлення мікроорганізмами нітратів (солей азотної кислоти) до вільного азоту; в ґрунті денітрифікація призводить до втрати сполук азоту, потрібних рослинам.

* Абіотичні перетворення (абіотична фіксація за участі грозових розрядів, утворення й розчинення покладів селітри, окиснення) → відбуваються в повітрі та ґрунті (іл. 71). Отже, біогеохімічні цикли з резервним фондом в атмосфері або гідросфері є досконалішими завдяки великому обмінному фонду газуватих речовин в атмосфері, що й визначає їхній високий ступінь саморегуляції.

Біотичні перетворення здійснюються→ переважно мікроорганізмами в ґрунті. Нітроген → стає доступним для живого в результаті азотофіксації, → що здійснюють мутуалістичні бульбочкові бактерії й актиноміцети, вільноживучі азотофіксуючі бактерії, пурпурні сіркобактерії й ціанобактерії.

* Ключовими біогеохімічними циклами цього типу є → цикли Фосфору та Сульфуру. * Ці осадові цикли є менш досконалими → тому, що мають нижчий рівень саморегуляції. Як відбуваються цикли елементів з резервним фондом у літосфері?

* Причина полягає в тому, → що основна маса речовин із вмістом цих елементів зосереджена в резервному фонді в малодоступній для живих організмів формі. * Відповідно обмінний фонд→ містить меншу частину цих речовин, → а за потреби надходження з резервного фонду відбувається повільно, → через те такі цикли більш вразливі до порушень.

Іл. 72. Біогеохімічний цикл Фосфору

* Фосфор належить до макроелементів, → що входять до складу нуклеїнових кислот, АТФ, багатьох білків, ліпідів. Біогеохімічний цикл Фосфору.

* Основним депо Фосфору є → гірські породи і мінерали, а доступною формою - фосфати.

* Після вивітрювання гірських порід → фосфор у доступній формі надходить до рослин → внаслідок мінерального живлення → й використовується для асиміляції органічних речовин,→ що передаються ланцюгами живлення.

* Після відмирання організмів → редуценти здійснюють мінералізацію → й перетворюють Фосфор залишків на фосфати, що знову використовуються рослинами.

* Втрати Фосфору в циклі→ пов'язані з його винесенням в моря та океани й формуванням порід (іл. 72).

Іл. 73. Біогеохімічний цикл Сульфуру

* Сульфур є → макроелементом, необхідним для синтезу сульфуровмісних амінокислот (метіоніну і цистеїну), вітаміну В1 й деяких ферментів. Біогеохімічний цикл Сульфуру. Метіоні́н

* У живленні рослин → посідає третє місце після Нітрогену й Фосфору. * Цей цикл включає → перетворення, що відбуваються в усіх трьох оболонках - гідро-, літо- й атмосфері.

* Резервний фонд → утворений Сульфуром осадових порід, мінералів, горючих копалин. * Основною доступною формою для перетворень є→ сульфати й H2 S. Ангідрит. Гіпс 

* У вигляді сульфат-іонів → Сульфур поглинають рослини→ й фіксують його у складі органічних речовин. * Через рослинну їжу Сульфур потрапляє до тварин. сульфат-іон

* Основні біотичні перетворення здійснюються бактеріями: → хемосинтезуючі аеробні сіркобактерії і фотосинтезуючі анаеробні пурпурні сіркобактерії використовують сірководень як джерело Гідрогену, → сульфатовідновлювальні бактерії перетворюють сполуки Сульфуру на сульфати (знову використовуються рослинами) або H2 S (надходить в атмосферу).

* Сірководень й газуваті оксиди Сульфуру в атмосфері → зазнають абіотичних перетворень → з утворенням сульфатів, які з опадами потрапляють у ґрунт і Океан (іл. 73). Отже, осадові біогеохімічні цикли з резервним фондом у літосфері є менш досконалими через невеликий обмінний фонд речовин у літосфері, що й визначає їхній невисокий ступінь саморегуляції.

Завдання на застосування знань. За допомогою таблиці схарактеризуйте ключові біогеохімічні цикли біосфери. Визначте подібність й відмінності між ними. ДІЯЛЬНІСТЬНазва. Цикл Карбону. Цикл Нітрогену. Цикл Фосфору. Цикл Сульфуру. Основне депо. Основна доступна форма. Резервний фонд. Процеси біотичного перетворення. Процеси абіотичного перетворення. Ступінь саморегуляції

* Втрати Фосфору з біогеохімічних циклів пов'язані → з винесенням його в моря та океани. * Звідти назад на суходіл він може потрапити тільки → через рибу або гуано. * Цікаво, що через останнє виникла навіть т. зв. Тихоокеанська війна між Чілі та Перу й Болівією. Конфлікт виник через намагання Чилі захопити родовища гуано в пустелі Атакама. Що таке гуано? Які негативні наслідки впливу діяльності людини на біогеохімічний цикл Фосфору? СТАВЛЕННЯБіологія + Екологія. Людина й біогеохімічний цикл Фосфору

Оцінка. Завдання для самоконтролю1-6 Що таке біогеохімічні цикли? 2. Назвіть два типи біогеохімічних циклів. 3. Наведіть приклади ключових біогеоциклів. 4. Назвіть причини порушень біогеоциклів. 5. Яка основна особливість біогеоциклів Карбону й Нітрогену? 6. Яка особливість біогеоциклів Фосфору й Сульфуру?7-97. Які особливості біогеохімічних циклів у біосфері? 8. Чому біогеоцикли з резервним фондом в атмосфері або гідросфері є досконалішими? 9. Як відбуваються цикли елементів з резервним фондом у літосфері?10-1210. Які негативні наслідки впливу діяльності людини на біогеохімічні цикли?