Роль хімії, біології, екології в розв’язанні глобальних проблем людства

Тема: Роль хімії, біології, екології в розв’язанні глобальних проблем людства.

Мета. Навчальна: формування пізнавальних інтересів учнів у сфері екологічних проблем планети.

 Розвиваюча: підвищувати загально-освітній рівень учнів 9-х класів, навчати відстоювати і формувати свою думку.

 Виховна: розвиток творчої активності школярів, самостійності мислення, розуміння власної ролі в розв’язанні глобальних екологічних завдань.

Форми роботи: групова.

Тип уроку: урок засвоєння міжпредметних зв’язків, повторення вивченого матеріалу.

Обладнання: комп’ютер, проектор, стенди.

 

ХІД УРОКУ

 

Звучить «Пісня землі» («Song of Earth») у виконанні Майкла Джексона. В цей час команди сідають на місця, готуються до гри.

І. ОГОЛОШЕННЯ ТЕМИ, МЕТИ, ЗАВДАНЬ УРОКУ.

ІІ. АКТУАЛІЗАЦІЯ ЗНАНЬ УЧНІВ ПРО ПРОБЛЕМИ, ОЗВУЧЕНІ В ТЕМІ УРОКУ (АКТУАЛІЗАЦІЯ ОПОРНИХ ЗНАНЬ):

1.    Представлення команд, капітанів, журі. Жеребкування.
2.    Правила гри:

1.         На обдумування відповіді дається 1 хв. Якщо команда дає неправильну відповідь, відповідає інша команда. Якщо обидві команди відповідають не вірно, бали не зараховуються.
2.         Бали за відповідь виставляє журі за п’ятибальною системою. Картки з оцінками попередньо підготовлені. Рахує бали, виставлені журі рахункова комісія, складена з 3 учнів 9-х класів.
3.         Право на відповідь дає піднята рука капітана.
4.         При затримці відповіді команді зараховується поразка, право відповіді переходить іншій команді.
5.         Виграє та команда, яка набирає найбільшу кількість балів.

 

ВСТУПНЕ СЛОВО ВЧИТЕЛІВ

Людство протягом усієї своєї історії намагалося не підлаштовуватися під природу, а природу підлаштовувати під себе. Вирубувалися ліси, розорювалися степи, змінювалися русла річок. Меліорація, добування корисних копалин, використання нафти – це далеко не всі антропогенні чинники, які щодня змінюють обличчя нашої планети. Час зупинитися! Кожен з нас сьогодні може зробити свій, нехай невеликий внесок у майбутнє Землі, у майбутнє всього людства.

А що кажуть з цього приводу класики?

 

Люби природу не як символ

Душі своєї,

Люби природу не для себе,

Люби для неї.

 М. Рильський

 

О скільки у природи немудро-мудрих літер!

О скільки у людини невміння прочитать...

 П. Тичина

 

Лише природа робить велике даром.

О. Герцен

 

Покоління відходить, й покоління приходить, а земля віковічно стоїть!

 Старий Заповіт (Екл. 1.4)

 

Природа — вічний зразок мистецтва, а найвизначніший та найблагородніший предмет у природі — людина.

 В. Бєлінський

 

Природа не терпить пустоти.

 Латинське прислів'я

 

Природа не храм, а майстерня, і людина в ній працівник.

 І. Тургенєв

 

Скільки років землі —

і мільярд, і мільйон,

а яка вона й досі ще гарна!

 Л.Костенко

 

Чого хвилюються народи

І люди замишляють зло?

Хто їм сказав: «Вінець природи»?

Хіба для них її чоло?

 Л. Костенко

 

Отже, починаймо гру. (До гри учні готуються завчасно, тому у відповідях на питання можуть використовувати комп’ютерні моделі та презентації – демонструємо через проектор).

 

КОНКУРС 1. МЕКСИКАНСЬКА ЗАТОКА

20 квітня 2010 в Мексиканській затоці стався вибух на нафтовій вишці, що спровокував найбільшу екологічну катастрофу в історії США. Опишіть дану катастрофу з точки зору хімії та екології. Вкажіть шляхи подолання її наслідків.

 

КОНКУРС 2. ВЕСНЯНИЙ САЛАТ

Запропонуйте рецепт приготування салату для подолання весняного авітамінозу. Які речовини повинні у ньому міститися? Яких не повинно в ньому міститися? Яка глобальна екологічна проблема пов’язана з харчуванням людства? Як з нею допоможуть боротися біологія та хімія?

 

КОНКУРС 3. ЛИСЯЧИЙ ХВІСТ

Вчитель проводить реакцію, в результаті якої учні бачать утворення диму, що називається «Лисячий хвіст». Чи знаєте ви екологічну проблему, пов’язану саме з цим димом? Які українські заводи спричинили його найбільший вміст в повітрі? Що це за речовина і як вона спрацьовує в навколишньому середовищі?

 

КОНКУРС 4. ЧИСТА ВОДА

Кажуть, що третя світова війна почнеться через питну воду. Уже сьогодні понад два мільярди людей живуть в умовах відсутності достатньої кількості прісної води. Україна – багата земля, у нас достатньо цього ресурсу, проте на сьогоднішній день відомо, що в нашій державі практично відсутня вода найвищої якості, вся вона – технічна. Поясніть, в чому небезпека цього явища для живих організмів (людини в т.ч.). Запропонуйте спосіб очистки питної води від нафтопродуктів в домашніх умовах (попереднє кип’ятіння з подальшим виморожуванням).

 

КОНКУРС 5. ЛЮДИНА І ПЛАНЕТА

Охарактеризуйте роль людського фактору в розвитку біосфери нашої планети? Чи можете ви запропонувати шляхи зменшення впливу людини на природні процеси?

 

ІІІ. ПІДБИТТЯ ПІДСУМКІВ УРОКУ

Поки рахункова комісія підбиває загальний підсумок балів команд, журі висловлюється з приводу гри. Вчителі дякують учням за пророблену роботу. Виголошується переможець. Усі учасники нагороджуються грамотами за участь та перемогу.

Звучить пісня «Екологічна проповідь». Кінець уроку.

ДОДАТКОВА ІНФОРМАЦІЯ ДО УРОКУ

Технології видобутку нафти повсякчас вдосконалюються, а ось методи боротьби з наслідками аварій на свердловинах залишилися тими ж, що і 30 років тому. Концерни не брали уроки з катастроф минулих років, вважають експерти.

Екологічній катастрофі в Мексиканській затоці кінця не видно. Правда, концерну ВР удалося, врешті, за допомогою глибоководних роботів надіти на зріз бурової труби аварійної свердловини новий ковпак, який щільніше прилягає і начебто дозволив зупинити вихід нафти в море.

Проте повній ясності щодо успіху цієї операції, яка отримала умовне позначення Тор Hat 10, поки немає, випробування нового пристрою триває, до того ж експерти американської адміністрації виявили на дні моря в безпосередній близькості від аварійної свердловини ще декілька місць, де відбувається витік вуглеводнів. Так чи інакше, сьогодні абсолютно ясно, що фахівці в області нафтовидобування виявилися не готові до аварій такого масштабу.

Про Ixtoc-1 забули, а марно

"В багатьох коментарях зараз пишуть, мовляв, нинішня аварія на буровій платформі компанії ВР абсолютно унікальна і не має аналогів, - говорить відомий шведський еколог професор Арне Єрнельов. - Коли тепер в Мексиканській затоці в товщі води виявилися нафтові суспензії, що створюють щось подібне до невидимих підводних хмар довжиною декілька кілометрів, експерти заговорили про абсолютно нові форми забруднення, які ніколи раніше не спостерігалися. Насправді ж, все це ми вже проходили 31 рік тому. Але замість того, щоб брати уроки з тієї історії, ми піддали Ixtoc-1 забуттю".

Ixtoc-1 - так називалася мексиканська розвідувальна бурова платформа, на якій в червні 1979 року сталася аварія, схожа на ту, що знищила в квітні 2010 року британську платформу Deepwater Horizon. Тоді, так само як і зараз, діло було в Мексиканській затоці, лише в південній його частині; тоді, так само як і зараз, нафта тижнями безперешкодно виливалася в море.

Пора припинити з усього робити таємницю

Для професора Єрнельова нинішня ситуація - свого роду дежавю. У 1979 році він очолював групу експертів ООН, що вивчала причини аварії. І тепер він пише в авторитетному науковому журналі Nature, що в період з 1955 року по сьогоднішній день сталося вже понад 570 аварійних викидів нафти з шельфових бурових свердловин. Біда в тому, що результати розслідувань, що проводяться в таких випадках, нафтовидобувні концерни тримають під замком. Учений посилається на базу даних, зібрану найбільшою в Скандинавії незалежною організацією Sintef з штаб-квартирою в Тронхеймі: "Sintef - це крупна науково-дослідна організація в Норвегії. І вона має в своєму розпорядженні найповнішу і, судячи з усього, найдостовірнішу базу даних про аварійні викиди з нафтових свердловин в море. Але доступ до неї мають лише замовники і партнери по проектах. Стороннім незалежним дослідникам інформація не надається".

Надмірне прагнення до секретності підтримується і тим, що всі великі нафтовидобувні концерни більш-менш тісно пов'язані з урядами своїх країн. Отже, хоча технології видобутку і бурове устаткування з року в рік стають усе більш досконалими, управління ризиками практично залишається на тому ж рівні.

Циліндр замість сомбреро

Це стосується і оперативного менеджменту в аварійних ситуаціях, і технологій, які застосовуються, - говорить професор Єрнельов: "Технології, що використовуються для того, щоб заглушити аварійну свердловину або хоч би обмежити витікання нафти, з часів Ixtoc-1 практично не змінилися. І тоді, і зараз робилися спроби закупорити свердловину, закачавши в неї під тиском цементуючий буровий розчин зі сталевою дрібкою. Успіху це не принесло. І тоді, і зараз на фонтануючу трубу намагалися насадити сталевий ковпак. Змінилася лише назва головного убору: мексиканці іменували свій ковпак сомбреро, британці зупинили свій вибір на циліндрі".

І те, що супутникова зйомка здатна дати лише дуже приблизне уявлення про той збиток, якого розлиття нафти завдало довкіллю, стало ясно вже в 1979 році, - обурюється шведський експерт. Зрозуміло, що величезні нафтові плями на поверхні моря прекрасно видно з космосу, але анітрохи не менш важливі процеси, що відбуваються в товщі води, приховані від супутникових камер.

П'ять тижнів громадськість водили за ніс

Професор Єрнельов не один в своєму обуренні. Більшої чесності і відвертості вимагають від нафтовидобувних концернів і наглядових інстанцій і інші експерти. Океанограф Ерік Шнайдер, який сам колись очолював науково-дослідний відділ Національного управління по океану і атмосфері США, сьогодні звинувачує це відомство в тому, що у випадку з нинішньою екологічною катастрофою в Мексиканській затоці воно тижнями водило за ніс громадськість: "У першу ж добу після аварії експерти Управління оцінили, яка кількість нафти виливається в море, і дійшли до висновку, що вона становить від 65 тисяч до 110 тисяч барелів на добу. Але журналістам відомство повідомило цифру у багато разів меншу - 5 тисяч барелів на добу. Про справжній стан справ громадськість дізналась лише через п'ять тижнів".

Розвантажувальні свердловини і бортові самописці

Які ж уроки з цих трагедій мусять брати нафтовидобувні концерни? По-перше, вважає професор Єрнельов, при відробітку шельфових нафтових родовищ треба завжди бурити дві свердловини: аби в разі аварії на одній з них можна було б негайно використовувати другу як розвантажувальну. А не так, як тепер в Мексиканській затоці: концерн ВР почав бурити другу свердловину лише після того, як платформа Deepwater Horizon затонула.

Друга пропозиція шведського вченого виглядає, на перший погляд, несподіваною і навіть дещо екзотичною: він вважає, що в центрі управління кожної бурової платформи мають бути встановлені прилади-самописці, свого роду "чорні ящики" на кшталт тих, що є на борту літаків. Ці самописці реєстрували б параметри виробничого процесу і всі переговори співробітників платформи. Річ у тім, що в гонитві за успіхом і під натиском високого начальства бурові інженери схильні ігнорувати такі сигнали тривоги, як, скажімо, дуже високий тиск в свердловині - адже вони вказують на зростання ризику аварії. Професор Єрнельов сподівається, що наявність самописців змусить багато експлуатаційників відповідальніше ставитися до прийняття рішень, що стосуються безпеки бурових робіт.

Володимир Фрадкін

Роль людського фактора в розвитку біосфери

У результаті складного еволюційного процесу на Землі сформувалася біосфера - оболонка Землі, склад, структура і енергетика якої в істотних рисах обумовлені минулої чи сучасної діяльністю живих організмів.

Термін біосфера (від грец. "Біос" - життя, "сфера" - куля) введений в 1875 р. австрійським геологом Е. Зюссом. Цілісне вчення про біосферу і що протікають в ній процесах було створено і розвинене в 30-х роках акад. В. І. Вернадським (1863 - 1945). В. І. Вернадський розглядав сукупність живих організмів Землі - "жива речовина" - як єдиний загальний чинник, який залучає в круговорот відсталу матерію планети, акумулює енергію Космосу і перетворює її в енергію земних процесів.

Біосфера - сукупність біогеоценозів Землі - представляє собою величезну екологічну систему. Біологічний компонент біосфери - жива речовина, абіотичні компоненти - частина земної кори і атмосфери; вони пов'язані складними біогеохімічними процесами перерозподілу енергії та речовини з живою речовиною. Межі життя, отже, є і межами біосфери.

Біосфера включає нижню частину атмосфери, гідросферу (океани, моря, річки, озера) і верхню частину літосфери (тверда оболонка Землі). У літосфері життя виявлена ​​від 7500 м глибини (нафтові бактерії) і до 6200 м висоти над рівнем моря (хлорофілоносних рослини). Проникнення організмів вглиб обмежено високою температурою, тиском, а вгору - холодом. У межах атмосфери обмежуючими факторами служать випромінювання, нестача води і кисню, низькі температури. Життя тут можлива до 25 км над Землею (в тропосфері), в основному для тимчасово перемістилися сюди форм (літаючі організми, бактерії, спори). До 2 км виявлені комахи, до 4 км - павучки, не менше ніж до 22 км - суперечки бактерій. У гідросфері деякі форми життя проникають на глибину до 10 км. Тут обмежуючими чинниками є тиск товщі води та відсутність світла. Найбільш сприятливі умови життя і максимальна концентрація живої речовини спостерігається у поверхні суші та океану.

Маса живої речовини в порівнянні з масою Землі незначна і тим не менш багато зміни земної кори обумовлені його життєдіяльністю. Жива речовина відіграє провідну роль в біосферних процесах і здійснює найважливіші біогеохімічні функції: газову (поглинання і виділення газів), окислювально-відновну (відновлення СО ₂ до вуглеводів в процесі фотосинтезу і окислення їх до СО ₂ при диханні), концентраційну (накопичення азоту, фосфору , кальцію, кремнію, магнію в організмах). За мільярди років рослини збагатили атмосферу киснем, зробивши можливим аеробне дихання, очистили її від СО _2, використавши його для синтезу органічної речовини. Концентраційної функцією обумовлено утворення багатьох осадових порід, наприклад покладів крейди або вапняку. Діяльність живої речовини сформувала і підтримує газовий склад атмосфери, впливає на процеси вивітрювання гірських порід.

У біомасі Землі маса зелених рослин суші становить у середньому близько 97%, тварин і мікроорганізмів - 3%. Біомаса на суші збільшується від полюсів до екватора, в тому ж напрямку зростає і число видів. Тундри налічують близько 500 видів рослин, ліси і степи - до 2000, вологі тропічні ліси - понад 8000. Основну біомасу суші складають ліси. Вологі тропічні ліси мають максимальну біологічною продуктивністю, тундри і пустелі - мінімальною. Енергія, акумульована ними, відповідно становить 7 -14,5 тис. Дж / ​​см ² • рік і 20 - 250 Дж / ​​см ^2-рік.

Величезна біомаса зосереджена в ґрунті. Її складають коріння рослин, грунтові тварини (комахи та їх личинки, черв'яки та ін), а також гриби, бактерії і водорості. У деяких ґрунтах біомаса дощових черв'яків досягає більше 1 т / га.

У Світовому океані біомаса в 1000 разів менше, ніж на суші, хоча він і займає ² / ₃ поверхні планети. Тут біомаса зосереджена головним чином у поверхневому шарі до 100 м завглибшки. Це область розвитку планктону (мікроскопічних водоростей і безхребетних - основи більшої частини харчових ланцюгів). На дні ростуть прикріплені водорості, тут же мешкають і різні морські тварини. Організми, що живуть на ґрунті і в грунті водойм, утворюють бентос.

На Землі щорічно виробляється і руйнується ^жовтні 1912 т живої речовини із загального запасу ^{13 жовтня} т. Такий інтенсивний кругообіг речовин, який створив біосферу і визначає її стійкість і цілісність, пов'язаний з життєдіяльністю всієї біомаси планети. На відміну від мертвої матерії живе речовина здатна до акумулювання енергії, до розмноження і володіє величезною швидкістю реакцій. Як писав В. І. Вернадський, на землі немає сили більш постійно діючої, а тому і більш могутньої па своїми наслідками, ніж живі організми, взяті в цілому.

Життя на Землі неможлива без кругообігу речовин. Акумуляція і мінералізація відбувається в біогеоценозах. Основний круговорот вуглецю полягає в перетворенні СО ₂ в жива речовина (фотосинтез, хемосинтез), з якого при розкладанні бактеріями і диханні знову утворюється СО _2. Неповна розкладання живої речовини призводить до утворення гумусу (складна суміш органічних речовин, що забезпечує родючість ґрунту), торфу, вугілля, нафти.

Кругообіг азоту пов'язаний з перетворенням в нітрати молекулярного азоту атмосфери за рахунок діяльності азотфіксуючих і нітрифікующих бактерій і енергії грозових розрядів. Нітрати засвоюються рослинами. У складі їх білків азот потрапляє до тварин, а після відмирання рослин і смерті тварин - в грунт. Тут гнильні бактерії розкладають органічні залишки до аміаку, який потім окислюється хемо-синтезують бактеріями в азотну кислоту. Аналогічно можуть бути простежені кругообіг фосфору, сірки та інших біогенних елементів. Накопичення хімічних елементів у живих організмах і звільнення їх у результаті розкладання мертвих - характерна особливість біогенної міграції.

Джерело енергії, від якого залежить життя на Землі, - Сонце. У процесі фотосинтезу сонячна енергія трансформується в хімічну.

У живій речовині Землі запасено 4,19-10 ¹⁸ Дж енергії, при цьому щорічно створюється і витрачається 4,19-10 Дж. У кінцевому рахунку сонячна енергія забезпечує всі процеси кругообігу речовин і частково консервується в нафті, кам'яному вугіллі, торфі. Так як біосфера отримує енергію ззовні - від Сонця, її називають відкритою системою.

Все живе на Землі, включаючи людину, пристосоване до умов біосфери і не може існувати поза нею.

Корисні посилання:

1. Біосфера і людина. http://ua-referat.com/%D0%91%D1%96%D0%BE%D1%81%D1%84%D0%B5%D1%80%D0%B0_%D1%96_%D0%BB%D1%8E%D0%B4%D0%B8%D0%BD%D0%B0_2 .

2. Володимир Фрадкін. Нафта в Мексиканській затоці. http://news.finance.ua/ua/~/2/0/all/2010/07/24/204226.

3. Шкільний хімічний сайт. http://chem.pp.ua/