Проект "Планета в бутылке"

Про матеріал

Проекти відкривають у дітях високий потенціал, компетентність, самостійність і індивідуальність. Спільна робота вчителя і учня над проектом - це чудова нагода стати ближчим один до одного. А проекти допомагають учням глибше засвоїти матеріал, сформувати та розвивати в них стійкий інтерес до вивчення природничих наук, розвивають навички самостійної роботи, вміння шукати та аналізувати одержаний матеріал.

Перегляд файлу

«ПЛАНЕТА В БУТЫЛКЕ»

Работу выполнил:

Куропаткин Александр ученик 6-Б класса

Южноукраинской

общеобразовательной школы

І-ІІІ ступеней № 4 Южноукраинского

городского совета

Руководитель проекта, учитель :

Леменчук Лариса Александровна,

Содержание

Раздел 1. Экосистемы

1.1 Понятие экосистемы

1.2 Энергия в экосистемах

Раздел 2. Закрытая екосистема.История

2.1.Закрытые экосистемы

2.2. Тернистый путь замкнутых екосистем

2.3 Замкнутая екосистема в бутылке

Раздел3 . Практическая часть

3.1Миниэкосистема в лампочке

РОЗДЕЛ 4. Применение.Выводы

Список использованой литературы

Раздел 1. Экосистемы

1.1Понятие экосистемы

Термин “экосистема” впервые был предложен английским экологом А. Тенсли в 1935 году. Но само представление об экосистеме возникло значительно раньше. Упоминание, о единстве организмов и среды, есть в самых ранних работах. Прежде, чем дать определение экосистемы, приведем понятие самого слова “система”.

Система – это реальный или мыслимый объект, целостные свойства которого, могут быть представлены как результат взаимодействия слагающих его частей. Основные свойства системы – это единство, целостность и взаимосвязи между ее компонентами.

Экосистема – совокупность совместно обитающих разных видов организмов и условий их существования, находящихся в закономерной взаимосвязи. Экосистема – это широкое понятие: луг, лес, река, океан, ствол гниющего дерева, биологические пруды очистки сточных вод.

Главное свойство экосистемы – взаимосвязь и взаимозависимость всех ее компонентов.

От климата зависит водный, воздушный, температурный режимы почв, тип растительности, темпы создания органического вещества, активность микроорганизмов.

Почва оказывает влияние на климат; в атмосферу из почвы выделяется углекислый газ, азот, соединения серы, метан, сероводород и другие газы.

Растительность из почвы берет воду, биогенные вещества, гумус; из атмосферы – углекислый газ, солнечную энергию, выделяет в атмосферу кислород, а после ее отмирания в почву поступает детрит.

Растительность является питанием для животных; почва – местообитанием; продукты жизнедеятельности животных поступают в почву, почвенные микроорганизмы перерабатывают их до исходных углекислого газа, воды, гумуса и других минеральных соединений.

Экосистема – это целостная, функционирующая, саморегулирующаяся система.

Для специалиста существует не природа, а экосистема, человек вырубает не лес, а экосистему, выбрасывает отходы не в окружающую среду, а в экосистемы.

На первый взгляд может показаться, что между разными экосистемами нет связи, например между лугом, лесом и прудом. Но если внимательно посмотреть, можно отметить следующее: поверхностным стоком осадков с соседнего луга в пруд вымываются частички почв, гумус, отмершая растительность; осенью часть опавших листьев из леса ветром переносится в пруд; где она разлагается и является пищей для некоторых водных организмов. В пруду живут личинки насекомых, но взрослые особи покидают водную среду и поселяются на лугу или в лесу.

Глобальная экосистема Земли – биосфера.

1.2Энергия в экосистемах.

Рассмотрим процесс обмена энергией. Энергию определяют, как способность производить работу. Свойства энергии описываются законами термодинамики. Первый закон термодинамики или закон сохранения энергии утверждает, что энергия может переходить из одной формы в другую, но она не исчезает и не создается заново.
Второй закон термодинамики утверждает, что в замкнутой системе процессы, связанные с превращениями энергии, могут происходить самопроизвольно только при условии, что энергия переходит из концентрированной формы в рассеянную. Таким образом, любая живая система, в том числе и экосистема, поддерживает свою жизнедеятельность благодаря, во-первых, наличию в окружающей среде в избытке энергии Солнца; во вторых, способности за счет устройства составляющих ее компонентов эту энергию улавливать и концентрировать, а использовав - рассеивать в окружающую среду.Итак, жизнь в экосистеме поддерживается благодаря непрекращающемуся прохождению через живое вещество энергии.Однако для жизнедеятельности любых организмов, а значит и системы в целом, только энергии недостаточно, они обязательно должны получать различные минеральные компоненты, микроэлементы, органические вещества, необходимые для построения молекул живого вещества.

Раздел 2. Закрытая екосистема.История

2.1.Закрытые экосистемы

Замкнутая экосистема — экосистема, не предполагающая какого-либо обмена веществом с внешней средой.
Такие системы представляют научный интерес и могут потенциально служить в качестве систем жизнеобеспечения во время космических полётов, на космических станциях и в космических поселениях. В замкнутых экосистемах любые отходы жизнедеятельности одного биологического вида должны быть утилизированы как минимум одним другим видом. Следовательно, если преследуются цель поддержания жизни человека, то все отходы жизнедеятельности человека должны быть в конечном итоге преобразованы в кислород, пищу и воду.

2.2Тернистый путь замкнутых биологических систем жизнеобеспечения.

"Биос-3", "Биосфера-2" и "Юэгун-1", это советский, американский и китайский проекты замкнутых биологических систем жизнеобеспечения.

Китайский "Юэгун-1"еще не полностью заверщенный, но уже видно, что удачный проект. Два завершенных: американский "Биосфера-2" - окончившийся провалом, но самый драматический и давший много научной информации и "Биос-3" - самый удачный и до сих пор не превзойденный проект советских ученых.

"Юэгун-1"

Испытание в наземной экспериментальной установке закрытой экологической системы по обеспечению жизни на лунной базе «Юэгун-1» , разработанной Пекинским университетом аэронавтики и астронавтики. Три члена экипажа «Юэгун-1» провели в закрытом пространстве 105 дней».

«Юэгун-1» - первая в Китае и третья в мире закрытая наземная интегрированная экспериментальная система биологического жизнеобеспечения, которая имеет огромное значение для успешного проведения планов по высадке на Луну, лунную базу и зондированию Марса, обеспечения безопасности и качественной жизни космонавтов. «Юэгун-1» состоит из одной комплексной кабины и двух кабин для растений, общая площадь – 160 кв. метров, общий объём – 500 куб. метров. Комплексная кабина включает в себя комнаты для сна, общения и работы, умывания, обработки отходов и насекомых. В каждой кабине для растений имеется по две комнаты, предусмотрена изоляция растений в случае необходимости. «Юэгун-1» схож с «микробиосферой» Земли, при помощи этой системы можно осуществить цель по длительному нахождению человека в космическом пространстве.

Ещё один интересный момент: 15% белковой диеты экипажа составляли черви, растения 30-40% общей диеты, вода и воздух были замкнуты на 99%.

"Биосфера-2"

В начале 90-ых, в американской пустыне Аризона был осуществлен масштаб-ный проект, получивший название "Биосфера-2" ("Биосферой-1" является наша планета Земля). Эта искусственно-созданная замкнутая биосфера была первой масштабной попыткой моделирования процессов, происходящих в естественных экосистемах Земли. По мнению авторов проекта, полученные в ходе эксперимента результаты могли бы очень пригодиться во время длительных космических перелётов.

Группа ученых-доровольцев решила создать замкнутую и автономную биосистему под герметичными куполами и прожить в ней 2 года. Стеклянные модули включали в себя практически все необходимое для жизни: джунгли, саванну, болото и даже маленький океан с пляжем и коралловым рифом. Было высажено более 3000 видов растений. Также внутрь были запущены около 4 тысяч разнообразных представителей фауны, включая коз, свиней и кур на ферме. Большим энтузиастом создания модели замкнутой биосферы был техасский миллиардер Эд Басс. Он же выступил основным спонсором. Разработка конструкций и систем заняла около 10 лет. Сам эксперимент начался 26 сентября 1991 года. Но он оказался неудачным из-за ряда неучтенных проблем. 26 сентября 1993 года, когда шлюз был торжественно разгерметизирован и люди вышли наружу, по их лицам можно было понять, что эксперимент провалился . Биосфера оказалась непригодной для жизни.

"Биос-3"

Из всех искусственных биологических систем жизнеобеспечения, созданных в мире до настоящего времени, только БИОС-3 позволила в автономном режиме обеспечить жизнь экипажа (2-3 человека) в течение 6 месяцев за счет замыкания цикла по воде и газу приблизились почти на 100%, пище - более 50%.

Возведение БИОС-3 было завершено в далёком 1972 году. Площадь герметичного помещения составила 315 м². Оно состояло из 4 отсеков.
1 отсек - бытовой. В нём проживал экипаж из трёх человек.
2 отсек - водорослевый. В нём находились культиваторы хлореллы, основная функция которых была переработка CO₂ в O₂.
3 отсек - фитотрон с сортом карликовой пшеницы, имеющим укороченные стебли (для уменьшения количества отходов). Пшеница выращивалась конвейерным способом (единовременно в фитотроне присутствовало 14 возрастов пшеницы). Из пшеницы выпекался хлеб, который и подавался на стол “подопытным”. На долю каждого “колониста” приходилось около 200 грамм зерна.
4 отсек - фитотрон с овощами (конвейер 6 возрастов). В этом фитотроне выращивались морковь, редис, свёкла, картофель, капуста, огурцы, щавель, салат, укроп, лук и чуфа (для получения растительного масла). В результате на каждого “подопытного колониста” приходилось около 400 грамм свежих овощей.

2.3 Замкнутая екосистема в бутылке

Однажды, в интернете я увидел статью про уникальную экосистему, придуманную Дэвидом Латимером — выдающимся английским садоводом. В 1963 году он поместил в десятилитровую бутылку немного компоста и осторожно опустил туда побег традесканции. В 1972 году Дэвид Латимер в последний раз оросил водой листочки, после чего наглухо забил бутылку пробкой. Шли годы, но растение не погибало, продолжало зеленеть и выбрасывать новые побеги. Время от времени английский пенсионер поворачивал бутыль к свету, чтобы обеспечивать доступ солнечных лучей ко всем частям буйной поросли.

Традесканция, лишенная воды и кислорода создала собственную экосистему: солнечный свет использовался ею для фотосинтеза, а опавшие листья, гниющие на дне бутылки, образовывали диоксид углерода необходимый для роста. Это блестящий пример идеального жизненного цикла и отличный опыт использования таких экосистем в дальних космических полетах и колонизации других планет.

Раздел3 . Практическая часть

3.1Миниэкосистема в лампочке

Мне захотелось проверить, хотя бы частично, возможно ли создать подобную экосистему самому.

Я решил устроить свою миниэкосистему в лампочке, куда поместил немного грунта и, найденный на речке мох, а так же траву. Я её полил водой , крепко закупорил и оставил на подоконнике. В течение двух недель экосистема в лампочке развивалась. Но на третей неделе из-за нарушения баланса и нехватки воды всё в ней погибло.

Ко второму эксперименту я подошел основательнее: подробнее изучил опыт других исследователей с подобными экспериментами, расширил состав растений, увеличил количество грунта, воды, наладил контроль температуры.

Вторая экосистема получилась удачнее. Растения зеленели, появлялись новые побеги и, даже цветок. В течение трёх месяцев планета благополучно развивалась и, в настоящее время чувствует себя неплохо.

Раздел 4.Применение.Выводы

Начало XXI века может войти в историю развития земной цивилизации как новая ступень освоения околосолнечного космического пространства: непосредственное заселение естественных и искусственно созданных космических объектов с продолжительным пребыванием людей на этих объектах.

Великий К. Э. Циолковский, который рассматривал космос не только как астрономическое пространство, но и как среду обитания и жизни человека в будущем. Он полагал, что «если бы жизнь не распространялась по всей Вселенной, если бы она была привязана к планете, то эта жизнь была бы часто несовершенной и подверженной печальному концу».

Сегодня уже прогнозируются возможные варианты биологической эволюции человека в связи с расселением значительной части популяции вне Земли. Рассматриваются и решаются также проблемы частичного или полного самообеспечения поселений в космосе с помощью замкнутых биотехнических систем жизнеобеспечения, вопросы создания лунных и планетных баз. Одно из важнейших условий дальнейшего освоения человеком космического пространства – обеспечение жизни и безопасной деятельности людей при продолжительном их пребывании и работе на удаленных от Земли космических станциях, космических кораблях, планетных и лунных базах.

Наиболее целесообразный путь решения этой важнейшей проблемы, как считают сегодня многие отечественные и зарубежные исследователи, – это создание в длительно функционирующих обитаемых космических сооружениях замкнутых биотехнических систем жизнеобеспечения, т. е. искусственных космических экологических систем, включающих человека и другие биологические звенья.

Успешная разработка таких систем позволит:

1) Расширить ареал обитания человека на негостепреимных местах нашей родной Земли: в пустынях, в Арктике, Антарктике и далеко за Полярным кругом, на дне морей и озер, высоко в горах, под землей. 2) Расширить ареал обитания человека на другие планеты, не приспособленные для жизни людей. 3) Позволить расселяться человечеству по Вселенной на, так назваемых, Кораблях Поколений.

Выводы. Закрытые миниэкосистемы при сбалансированном подходе могут существовать длительное время и применяться в различных научных и прикладных сферах деятельности: полётах в космос, колонизации новых планет, сохранение жизни на Земле при возможных экологических катастрофах. Например, такая, как моя закрытая экосистема в лампочке, может быть занесена на какую-нибудь планету пригодную для жизни и,возможно, возникнет новая цивилизация.