Урок на тему: "Біосфера як глобальна екосистема, її структура та межі"

План уроку

Тема: Біосфера як глобальна екосистема, її структура та межі

Мета: Вивчити поняття «біосфера» та структуру біосфери; сформувати уявлення про біосферу як оболонку Землі; ознайомити учнів з науковою діяльністю В.І.Вернадського; сформувати уявлення про ноосферу як екологічно стабільне суспільство і необхідну умову розвитку людства; розвивати екологічне мислення учнів; виховувати почуття обов’язку та відповідальності за стан довкілля.

Наочність та обладнання: схема, таблиця, портрет В.І.Вернадського, проектор, ноутбук, презентація, відеофільм.

Тип уроку: вивчення нового матеріалу

Методи: словесні, пояснювально-ілюстративний метод, наочні

Хід уроку:

І. Організаційна частина перевірка присутніх; готовність студента до заняття.

ІІ. Актуалізація опорних питань

1. Перерахуйте чинники живої природи.

2. Перерахуйте чинники неживої природи.

3. Чим відрізняється жива природа від неживої?

4. Який екологічний чинник зумовлений людською діяльністю?

5. Що потрібно для розвитку рослинного світу?

6. Які умови необхідні для життя тварин?

ІІІ. Мотивація навчальної і пізнавальної діяльності

Розповідь вчителя. Навколо нас існує життя, воно різноманітне й багатолике. Воно в нас і навколо нас – від найдрібніших, невидимих для людського ока мікроорганізмів до найбільших тварин земної кулі. Учені вважають, що Земля як планета виникла близько 4,5 млрд. років тому. За цей час виникли її оболонки: літосфера, гідросфера та атмосфера.

IV. Основна частина (Демонстрування презентації)

1. Поняття біосфери. Вчення В. І. Вернадського про біосферу

Перші уявлення про біосферу як «область життя» та зовнішню оболонку Землі належать Ж.-Б. Ламарку. Термін «біосфера» вперше застосував австрійський геолог Е.Зюсс (1875), називаючи ним окрему оболонку Землі, наповнену життям. Детально вчення про біосферу розробив В. І. Вернадський. У його наукових працях термін «біосфера» вперше з'явився у 1911 році. У 1926 році він видав книгу «Біосфера», в якій виклав вчення про біосферу як особливу сферу Землі, що включає сферу поширення живої речовини.

Біосфера (від дав.-гр. βιος — життя та σφαῖρα — куля) — природна підсистема географічної оболонки, що являє собою глобальну планетарну екосистему (населена живими організмами). Маса біосфери — близько 0,05% маси Землі.

Біосфери на інших планетах, окрім Землі, невідомі. Вважається, що бактеріальні біосфери або подібні до них можуть існувати на Марсі, Венері, Європі, Титані і ймовірно інших малих планетах.

Біосфера включає верхній шар зем­ної кори, нижні шари атмосфери (зокрема, всю тропосферу) та гідросферу. Нижня (термічна) межа зумовлена високими температурами глибинних верств земної кори, а верхня (промениста) — наявністю ультрафіолетово­го випромінювання, від якого живі організми захищені озоновим ша­ром. Потужність біосфери змі­нюється від 13 км у полярних ши­ротах до 22 км на екваторі.

Розподіл життя в біосфері вирізняється крайньою нерівномірністю. Воно слабко розвинене в пустелях, тундрах, глибинах океану, високо в горах, тоді як в інших ділянках біосфери надзвичайно рясне і різноманітне. Найбільш висока концентрація живих організмів на межах поділу основних середовищ.

Основні положення вчення В. І. Вернадського про біосферу

1. Цілісність біосфери визначається самоузгодженісттю всіх процесів в біосфері, обмежених фізичними константами, рівнем радіації та ін.

2. Земні закони руху атомів, перетворення енергії є відображенням гармонії космосу, забезпечуючи гармонію і організованість біосфери. Сонце, як основне джерело енергії біосфери, регулює життєві процеси на Землі.

3. Жива речовина біосфери з найдавніших геологічних часів активно трансформує сонячну енергію в енергію хімічних зв'язків складних органічних речовин. При цьому сутність живого постійна, змінюються лише форми існування живої речовини. Сама жива речовина не є випадковим створенням, а є результатом перетворення сонячної світлової енергії в дійсну енергію Землі.

4. Чим дрібніше організми, тим з більшою швидкістю вони розмножуються. Швидкість розмноження залежить від щільності живої речовини. Розтікання життя — результат прояву її геохімічної енергії.

5. Автотрофні організми отримують всі необхідні для життя речовини з навколишньої косної матерії. Для життя гетеротрофів необхідні готові органічні сполуки. Поширення фотосинтезуючих організмів (автотрофів) обмежується можливістю проникнення сонячної енергії.

6. Активна трансформація живою речовиною космічної енергії супроводжується прагненням до максимальної експансії, прагненням до заповнення всього можливого простору. Цей процес В. І. Вернадський назвав «тиском життя».

7. Формами знаходження хімічних елементів є гірські породи, мінерали, магма, розсіяні елементи і жива речовина. У земній корі відбуваються постійні перетворення речовин, кругообіг, рух атомів і молекул.

8. Поширення життя на нашій планеті визначається полем стійкості зелених рослин. Максимальне поле життя обмежується крайніми межами виживання організмів, яке залежить від стійкості хімічних сполук, що становлять живу речовину, до певних умов середовища.

9. Кількість живої речовини в біосфері постійна і відповідає кількості газів в атмосфері, перш за все кисню.

10. Будь-яка система досягає стійкої рівноваги, при якому вільна енергія системи наближається до нуля.

Перегляд відеофільму

2. Структура біосфери: - Атмосфера; - Гідросфера; - Літосфера.

Біосфера охоплює нижні шари атмосфери до висоти близько 11 км, всю гідросферу і верхній шар літосфери до глибини 3–11 км на суші й 0,5–1,0 км під дном океану. Товщина біосфери на полюсах Землі близько 10 км, на екваторі — приблизно 28 км.

- Атмосфера Землі — найлегша оболонка Землі, що межує з космічним простором; через атмосферу здійснюється обмін речовини й енергії з космосом. Переважні елементи хімічного складу атмосфери: азот — N2 (78%), кисень — O2 (21%), аргон — Ar (1%), вуглекислий газ — CO2 (0,03%).

Атмосфера забезпечує:

- фотосинтез та дихання;

- захист живих організмів від згубного впливу ультрафіолетового випромінювання, що відбувається завдяки наявності озонового шару;

- перенесення тепла і вологи;

- регулювання сезонного й добового коливання температури (якби не існувало атмосфери Землі, добові коливання температури на поверхні сягали б 200° C);- існування атмосфери обумовлює низку складних екзогенних процесів:

- вивітрювання гірських порід,

- активність природних вод, мерзлоти, льодовиків тощо.

Будова атмосфери

Відповідно до зміни температури з висотою в атмосфері виділяють такі шари:

тропосфера — до 8—10 км у полярних областях та до 18 км — над екватором. У тропосфері зосереджено майже 80 % атмосферного повітря, майже всю водяну пару, тут утворюються хмари і випадають опади. Теплообмін у тропосфері здійснюється здебільшого конвективно. Процеси, що відбуваються в тропосфері, безпосередньо впливають на життя та діяльність людей. Температура у тропосфері з висотою знижується в середньому на 6 °C на 1 км, а тиск — на 11 мм рт. ст. на кожні 100 м. Умовною межею тропосфери вважають тропопаузу, у якій зниження температури з висотою припиняється.

стратосфера — від тропопаузи до стратопаузи, яка розташована на висоті близько 20—55 км. Характеризується незначним збільшенням температури з висотою, яка сягає локального максимуму на верхній межі. На висоті 20—25 км у стратосфері розташовано шар озону, який захищає живі організми від згубного впливу ультрафіолетового випромінювання.

мезосфера — розташована на висотах 55—85 км. Температура поступово падає (від 0 °C у стратопаузі до −70 — −90 °C у мезопаузі).

термосфера (іоносфера) — пролягає на висотах від 85 до 400—800 км. Температура зростає з висотою (від -70°C до 300°C —1700°C у термопаузі).

Верхня частина атмосфери, де концентрація молекул знижується настільки, що вони рухаються переважно балістичними траєкторіями, майже без зіткнень між собою, має назву екзосфера. Вона починається на висоті близько 550 км, складається переважно з гелію та водню й поступово переходить у міжпланетний простір.

- Гідросфера – це водяна сфера (оболонка), це сукупність океанів, морів, вод континентів і льодовикових покривів.

Загальний об’єм природних вод становить 1,39 млрд. км3 - 1/780 частину об’єму планети. З 510 млн. км2 загальної поверхні землі 71% (361 км2) вкрито водою. Маса гідросфери - 1. 39х109т, що становить 0.023% від маси Землі.

Рисунок - Структура гідросфери

Екологічне значення гідросфери:

• середовище в якому зародилось життя;

• основна складова частина всіх живих організмів, середовищем життя багатьох з них;

• головний агент-переносник глобальних біоенергетичних екологічних циклів;

• основний механізм здійснення взаємозв’язків усіх процесів у екосистемах - обмін речовину, теплорегуляції, росту біомаси;

• водяна пара виконує роль фільтра сонячної радіації; нейтралізує екстремальні температури;

• найважливіша мінеральна сировина, головний природний ресурс споживання;

• води Світового океану є основним кліматоутворюючим фактором, основним акумулятором сонячної енергії;

• формування поверхні Землі, її ландшафтів.

Гідросфера єдина. Її єдність в спільності походження всіх природних вод з мантії Землі, в єдності їх розвитку, в просторовій безперервності, у взаємозв'язку всіх природних вод в системі Світового кругообігу води.

Світовий кругообіг води - процес безперервного переміщення води під впливом сонячної енергії і сили тяжіння, що охоплює гідросферу, атмосферу, літосферу і живі організми. Кругообіг води складається з випаровування з поверхні океану, перенесення водяної пари повітряними потоками, його конденсації в атмосфері, випадання опадів, їх просочування і поверхневого та підземного стоку з суші в океан. Це відповідає великому кругообігу води.

У процесі Світового кругообігу води відбувається поступове її оновлення у всіх частинах гідросфери. Цей процес вимагає різних проміжків часу: підземні води оновлюються за сотні, тисячі і мільйони років; полярні льодовики - за 8-15 тис. років; води Світового океану - за 2,5-3 тис. років; замкнуті, безстічні озера - за 200-300 років; протічні - за декілька років; річки - за 12-14 діб; водяна пара атмосфери - за 8 діб; вода в організмах - за декілька годин. Світовий кругообіг води зв'язує всі зовнішні оболонки Землі і організми.

Мале коло кругообігу води в природі складається з випаровування, перенесення водяної пари і випадання опадів

 

Рисунок - Малий та великий кругообіги води у природі

- Літосфера – це зовнішня тверда оболонка Землі, яка включає всю земну кору з частиною верхньої мантії Землі й складається з осадових, вивержених магматичних (до 95%) і метаморфічних порід.

Товщина літосфери в різних місцях земної кулі різна:

• на континентах - 25-200 км;

• під океанами - 5-100 км.

Значення літосфери:

• на її поверхні живе більшість рослинних і тваринних організмів, у тому числі й людина;

• верхня тонка оболонка літосфери на материках - це ґрунти, що забезпечують умови життя для рослин і є основною умовою для отримання продуктів харчування людей середовище для мінеральних ресурсів;

• літосфера є джерелом отримання корисних копалин - енергетичної сировини, руд металів, мінеральних добрив, будівельних матеріалів тощо.

Геологічна будова Землі:

• ядро;

• мантія;

• кора.

Рисунок – Будова літосфери

Верхня з оболонок товщиною від 5 до 70 км — земна кора. Через кожні 100 м глибини щільність речовини зростає в середньому на З °С.

Глибше земної кори, до 2900 км розміщена густіша силікатна оболонка — мантія. Біля нижньої її межі температура 2000—2500 °С. Мантія поділяється на верхню і нижню, межа між ними проходить на глибині близько 1000 км. Усередині мантії на глибині 100— 250 км під континентами і 50—100 км під океанами починається шар речовини підвищеної пластичності, що наближається до плавлення, так звана астеносфера. Підошва астеносфери знаходиться на глибинах 400 км.

Центральну частину Землі становить ядро, радіус якого дорівнює 3470 км. Воно поділяється на зовнішнє ядро (від 2900 до 4980 км) і внутрішнє (від 4980 км до центру Землі). Ядро Землі силікатне. Температура в центрі Землі не перевищує 5000 °С.

Вважається, що у внутрішній частині ядра речовини перебувають у розплавленому рухомому стані, і в ядрі внаслідок обертання планети виникає електричний струм, який створює магнітне поле Землі; зовнішня частина ядра тверда.

Внутрішні оболонки Землі мають різний речовинний склад, що пов'язується із диференціацією первинної холодної речовини планети в умовах її сильного розплавлений. Вважається, що при цьому найважчі елементи (залізо, нікель та ін.) проникали вглиб, а відносно легкі (кремній, алюміній) піднімались. Перші утворили ядро, другі — земну кору. При розплавленні одночасно виділялись гази і пара води, які сформували первинну атмосферу і гідросферу.

3. Еволюція біосфери. Ноосфера.

Біосфера поступово перетворюватиметься на сферу Розуму – так звану "ноосферу" ("noos" в перекладі з грецької – розум, дух), в якій людина стане основною геологічною силою.

Ноосфера – це етап розвитку біосфери, на якому людина, свідомо використовуючи свої знання, буде підтримувати існування біосфери та сприяти її розвитку.

Ноосфера - сфера гармонійної взаємодії природи і суспільства, у межах якої розумна діяльність стає головним, вирішальним фактором розвитку біосферних процесів.

Вчення Вернадського про ноосферу включає 4 основні положення:

1. Ноосфера – історично останній стан геологічної оболонки біосфери, що перетворюється діяльністю людини.

2. Ноосфера – сфера розуму і праці.

3. Зміни біосфери обумовлені як свідомою, так підсвідомою діяльністю людини.

4. Розвиток ноосфери пов'язаний з розвитком соціально- економічних чинників.

V. Узагальнення знань:

1. Хто з учених уперше в своїх працях виклав ідею про біосферу? ( Ж.-Б. Ламарк.)

2. Як називають зовнішню тверду оболонку Землі завтовшки 50—200 км? (Літосфера.)

3. Який шар простягається на 8—18 км над поверхнею Землі? (Тропосфера.)

4. Як називають шар, який захищає живі організми від згубної дії ультрафіолетових променів? (Озоносфера)

5. Учення про яку науку створив В.І.Вернадський? (Ноосферу.)

6. Який учений створив і обґрунтував у 1875 р. поняття про біосферу? (Е.Зюсс.)

7. Як називають будь-яку оболонку Землі? (Геосфера.)

8. Газова оболонка Землі. (Атмосфера.)

9. Шар, що досягає висоти 100 км; вище цього шару виникають північні сяйва. (Стратосфера.)

10. Яка це функція живої речовини: рослини і ціанобактерії в процесі фотосинтезу поглинають вуглекислий газ та виділяють кисень? (Газова.)

11. Який учений створив учення про біосферу і нову науку біогеохімію? (В.І.Вернадський.)

12. Як називають сукупність усіх водойм? (Гідросфера.)

13. Як називають верхній родючий шар літосфери? (Ґрунт.)

Кросворд

По вертикалі:

1. Наука про грунти, яка вивчає походження, розвиток, будова, склад, властивості, географічне поширення та раціональне використання грунтів.

2. Хто з учених уперше в своїх працях виклав ідею про біосферу?

3. Тверда оболонка Землі.

4. Водяна сфера, це сукупність океанів, морів, вод континентів і льодовикових покривів.

5. Основний хімічний елемент, який входить до складу атмосфери.

По горизонталі:

1. Газова оболонка Землі.

2. Учення про яку науку створив В.І.Вернадський?

3. Єдиний процес у біосфері, який призводить до засвоєння енергії Сонця і забезпечує існування як рослин, так і всіх гетеротрофних організмів.

4. Який учений створив учення про біосферу і нову науку біогеохімію?

 

VІ. Домашнє завдання:

1. вивчити §36 підручника

2. Написати міні-твір «Біосфера майбутнього»