Презентація "БІОСФЕРА ЯК ГЛОБАЛЬНА ЕКОСИСТЕМА, ЇЇ СТРУКТУРА ТА МЕЖІ "

11 кл біо Ур 43 БІОСФЕРА ЯК ГЛОБАЛЬНА ЕКОСИСТЕМА, ЇЇ СТРУКТУРА ТА МЕЖІ 25 02 2024 Основні поняття й ключові терміни: БІОСФЕРА. ПОТІК ЕНЕРГІЇ У БІОСФЕРІ. Жива речовина. Пригадайте! Що таке біосфера?Поміркуйте!

В. І. Вернадський → перший президент Академії наук→ ім'ям названо Національну бібліотеку України.→ неминучим є єдино правильний підхід до біосфери як до цілісної глобальної екосистеми.

БІОСФЕРА → особлива оболонка Землі, населена живими істотами. * Дослідженнями біосфери займається біосферологія.

* Структура біосфери включає → абіотичний → та біотичний компоненти, → що пов'язані біологічною міграцією хімічних елементів і речовин. Абіотичний компонент поєднання енергії, води, певних хімічних елементів і інших неорганічних умов, у яких існують живі організми. Біотичний компонент — це всі живі організми, які входять до її складу (тварини, рослини, бактерії).

* Біосфера охоплює три геологічні оболонки→ літосферу, → атмосферу → гідросферу.

* Структурними елементами біосфери є 7 типів речовини: 1) жива (сукупність усіх організмів на Землі); 2) біогенна (речовина, що утворена й перероблювана організмами (вугілля, нафта, кисень атмосфери тощо)); 3) косна (абіотична речовина, що утворена без участі живого, тобто лава, попіл вулканів); 4) біокосна (біогенно-абіотична речовина, продукти розкладу і переробки косної речовини організмами, тобто ґрунт);5) радіоактивна; 6) космічна; 7) розсіяні атоми.

* Межами біосфери є → нижні шари атмосфери до висоти близько 11 км, → вся гідросфера → верхній шар літосфери до глибини 3-11 км.

* Біосфера - → це найбільша цілісна глобальна екосистема, якій притаманні фундаментальні властивості біосистем. * До них належать → відкритість, → цілісність, → саморегуляція.

* Однак біосфера має й специфічні (емерджентні) властивості→ високий рівень самоорганізації, → що забезпечує надзвичайну стабільність і → стійкість у часі й просторі. emergent – несподівано з'являється, раптово спливаючий

унікальність, незамінність і неповторність;практично безмежна тривалість існування;безмежно великий запас генетичної інформації, що накопичувалася впродовж мільярдів років, внаслідок чого ця інформація є практично невичерпною;Окрім того, фахівці зазначають ще й такі особливості:

найдосконаліші механізми саморегуляції та захисту від руйнівного зовнішнього впливу;величезні запаси вільної енергії, причому не лише тієї, що є вільною енергією сучасних підпорядкованих їй екосистем, а й енергії, накопиченої екосистемами минулих епох;величезне біорізноманіття підпорядкованих їй біологічних систем - організмів, видів, екосистем. Отже, біосфера є найвищою та найскладнішою біологічною системою Землі.

→ надходження енергії Сонця до поверхні Землі, → засвоєння її у процесі фотосинтезу рослинами, → трансформація й перерозподіл у ланцюгах живлення й геологічних оболонках і розсіювання у світовому просторі. ПОТІК ЕНЕРГІЇ У БІОСФЕРІ 

* Біосфера → відкрита термодинамічна система, → що одержує енергію у вигляді світлової енергії Сонця → й теплової енергії процесів радіоактивного розпаду речовин у земній корі та ядрі планети.

Ця зв'язана енергія далі використовується → консументами й редуцентами в ланцюгах живлення. * Завдяки їм біосфера виконує свою основну функції – → концентрує, трансформує, акумулює й перерозподіляє хімічні елементи в земній корі. * Діяльність живої речовини супроводжується → розсіюванням акумульованої сонячної енергії у вигляді тепла.

* Радіоактивна енергія, частка якої в енергетичному балансі планети→ була значною на першій і другій фазах еволюції Землі, → нині не відіграє помітної ролі в житті біосфери. * Основне джерело енергії сьогодні – → це сонячне випромінювання.

* Більша частина цієї енергії → відбивається від хмар, пилу й земної поверхні (близько 34 %), → нагріває атмосферу, літосферу й Світовий океан, → після чого розсіюється в космічному просторі у вигляді інфрачервоноговипромінювання (42 %), → витрачається на випаровування води й утворення хмар (23 %), → на переміщення повітряних мас - утворення вітру (близько 0,1 %).

* І лише близько 1% сонячної енергії, що потрапляє на Землю, → вловлюється продуцентами - вищими рослинами, водоростями та фототрофними бактеріями → запасається в процесі фотосинтезу → у вигляді енергії хімічних зв'язків органічних сполук.

* Енергетичні ресурси в біосфері → не лише створюються нині існуючими організмами, → а й нагромаджувалися в минулі геологічні часи. * Через те реальна енергетика біосфери визначається → сукупним потенціалом Карбону та карбоновмісних сполук.

* Частка енергії первинних вуглеводів → не потрапляє до ланцюгів живлення → й консервується в осадових породах у вигляді торфу, вугілля, нафти та природного газу.

* В процесі роботи, → що її здійснює біосфера, → вловлена сонячна енергія трансформується й розсіюється. * Ці два процеси підпорядковуються → двом фундаментальним природним законам → першому та другому законам термодинаміки.

* Перший закон термодинаміки: → енергія не може бути ні народжена, ні знищена, → вона може бути лише трансформована з однієї форми в іншу. * Кількість енергії при цьому не змінюється. Перше начало термодинаміки є законом збереження енергії, узагальненим на теплові процеси.

* Другий закон термодинаміки: → будь-яка робота супроводжується трансформацією високоякісної енергії у тепло, → що розсіюється в довкіллі й втрачається в просторі. Отже, основна функція біосфери полягає в засвоєнні, накопиченні, трансформації та перерозподілі енергії. Теплота не може переходити мимовільно від більш холодного тіла до більш теплого. Постулат Томсона (Кельвіна) (1852 р.)

Живі організми→ концентрують, перерозподіляють хімічні елементи, → синтезують з них і розщеплюють хімічні сполуки. * У науці ця закономірність називається→ першим законом Вернадського, → або законом біогенної міграції хімічних елементів: Основні закономірності функціонування біосфери.

* міграція хімічних елементів на земній поверхні та в біосфері→ в цілому здійснюється або за безпосередньої участі живої речовини, → або ж у середовищі, особливості якого зумовлені живою речовиною.

* Жива речовина (біота) - → уся сукупність живих організмів на Землі. * В. І. Вернадський«Можна без перебільшення стверджувати, що стан планети, біосфери → цілком перебуває під впливом життя → і визначається живими організмами»,

* Газова - → вплив живих організмів на газовий склад атмосфери → наприклад, утворення кисню під час фотосинтезу, → виділення вуглекислого газу під час дихання, → зв'язування Нітрогену завдяки азотофіксації. Функції живої речовини в біосфері

* Концентраційна – → поглинання живими організмами певних хімічних елементів → їх накопичення (наприклад, накопичення водоростями, молюсками Кальцію, діатомовими водоростями, хвощами, злаками - Силіцію, морськими водоростями - Йоду).

* Окисно-відновна – → живі організми окиснюють та → відновлюють певні сполуки (наприклад, залізо-, сіркобактерії перетворюють сполуки Феруму та Сульфуру);

* Біохімічна – → синтез і розщеплення органічних сполук (білків, ліпідів, вуглеводів, нуклеїнових кислот), → яких у природі до появи живого не існувало.

* Деструкційна –→ розклад редуцентами органічних решток і косної речовини, → руйнування гірських порід унаслідок життєдіяльності організмів (наприклад, біологічне вивітрювання за участі лишайників).

* Середовищеутворювальна → зміна умов існування організмів → завдяки діяльності живого (наприклад, ґрунтоутворення, самоочищення водойм).

* Другий закон В. І. Вернадського, або закон константності: → кількість живої речовини за певний час є сталою величиною.

* Відповідно до цього закону → збільшення кількості живої речовини в одній частині біосфери → супроводжується її зменшенням в іншій. * Це наслідок вселенського закону збереження речовини, → а отже, енергії та інформації.

* Справа у тому, підкреслює В. І. Вернадський, що →«у складі біосфери в межах живої речовини → відбувались лише перегрупування хімічних елементів, → а не докорінні зміни їх загального складу й кількості».

Третій закон В. І. Вернадського, закон єдності живої речовини: → усе живе має спільну фізичну, хімічну основу, → тобто основою живих систем є однакові хімічні, біохімічні, фізичні процеси, → що зумовлені загальними законами хімії, фізики, → і діють вони незалежно від стану системи - живої або неживої. Отже, функціонування біосфери як глобальної екосистеми відбувається за певними екологічними закономірностями.

ДІЯЛЬНІСТЬ Самостійна робота з ілюстраціями. Потік енергії у біосферіРозгляньте загальну схему перетворення енергії в екосистемах. Застосуйте знання законів термодинаміки та схарактеризуйте характер біологічного перетворення енергії.

Біологія + Геохімія. Коколітофориди й біосфера* Науковці встановили, що → 70-80 % усієї маси крейди, → якою пишуть вчителі й учні на дошці, → припадає на вапнякові утвори одноклітинних джгутикових водоростей - коколітофорид. * Ці організми становлять переважну частину (до 98 %) нанопланктону, → концентрують Кальцій, → а їх вапнякові скелети часто використовують для визначення віку гірських порід. * За допомогою цих організмів доведіть справедливість першого закону Вернадського.

СТАВЛЕННЯБіологія + Екологія людини. Проект «Біосфера-2»* На початку 1990-х в американській пустелі Аризона було впроваджено → масштабний екологічний проект, → що отримав назву «Біосфера-2» («Біосфера-1» - це наша планета Земля). * Ця штучно створена замкнена біосфера → була першою масштабною спробою моделювання процесів, що відбуваються в природних екосистемах Землі.

У 1985 році більше 200 американських учених й інженерів об'єдналися для того, щоб побудувати в пустелі величезну скляну будівлю із зразками земної флори і фауни.«Ліс» — ділянка тропічного лісу,«Океан» — басейн з солоною водою,«Пустеля»,«Савана» з річкою,«Болото». Експеримент виявився невдалим. Втім, він зайвий раз довів, наскільки тонкі й вразливі механізми біосфери, що забезпечують наше життя.

* Науковці були впевнені, що мають → усі необхідні знання для моделювання біосфери, → але виявилось, що не все так просто.

Оцінка. Завдання для самоконтролю1-61. Що таке біосфера? 2. Назвіть частини та структурні компоненти біосфери. 3. Що таке потік енергії у біосфері? 4. Назвіть основне джерело енергії для біосфери. 5. Які функції живої речовини в біосфері? 6. Назвіть основні закони функціонування біосфери.7-97. Які структура та межі біосфери? 8. Яка основна функція біосфери? 9. У чому суть основних закономірностей функціонування біосфери?10-1210. Чому біосфера є глобальною екосистемою Землі?