Теоретическое обоснование. €

• Что такое круговорот веществ?

• Как происходит процес фотосинтеза?

• Что такое реакции гидролиза?

• Что такое биогенная и абиогенная части круговорота химических соединений?

• Как происходит круговорот воды в биосфере?

• Что характерно для круговорота Оксигена в биосфере?

• Какова роль живых организмов в круговороте Карбона?

• Какие организмы могут накапливать соединения Карбона?

• Как происходит круговорот Нитрогена в биосфере?

• Какие организмы способны фиксировать атмосферный азот?

• Как человек влияет на круговорот веществ в биосфере?

В биосфере постоянно происходит круговорот всех химических элементов, входящих в состав живых организмов. Миграцию химических элементов с участием живых организмов называют биогенной, а вне организмов — абиогенной.

• Как происходит круговорот воды в биосфере? Вода - наиболее распространенное химическое соединение в биосфере. Суммарные запасы воды нашей планеты составляют около 1,5 млрд км³ (вы помните, что вода может находиться в жидком, твердом или газообразном состоянии). Водяные пары поступают в атмосферу в результате испарения с поверхности водоемов, живыми организмами и т.д. Из атмосферы вода выпадает в виде дождя или снега. Это может происходить вблизи места испарения или же за тысячи километров от него. Пребывание молекул воды в атмосфере составляет от нескольких часов до нескольких недель.

Вода, поглощенная живыми организмами, включается в обмен веществ: реакции синтеза, гидролиза и другие процессы. Живые организмы выделяют воду в окружающую среду с продуктами обмена веществ, в процессе дыхания, испарения.

• Как происходит круговорот Оксигена в биосфере? Вы уже знаете, что Оксиген играет в биосфере уникальную роль. В процессе дыхания организмы поглощают кислород, обеспечивая тем самым свои энергетические потребности. Однако молекулярный кислород в избыточном количестве опасен для живой материи, так как способен окислять органические соединения клетки. Поэтому живые организмы имеют защитные системы, способные связывать свободный кислород. Атмосферный и растворенный в воде кислород может окислять и неорганические соединения оболочек Земли. Почти весь атмосферный кислород — биогенного происхождения: он образовался в результате фотосинтеза, осуществляемого зелеными растениями и цианобактериями.

• Что характерно для круговорота Карбона?

Карбон, как известно, входит в состав всех органических соединений, постоянно синтезируемых, преобразуемых и расщепляемых всеми живыми организмами. Автотрофы способны фиксировать углекислый газ из атмосферы и синтезировать разнообразные органические соединения, которые по цепям питания передаются гетеротрофным организмам (рис. 150).

Карбон накапливается в живых организмах в виде синтезированных органических соединений, а также солей карбонатной кислоты (преимущественно в скелетах или раковинах), а вне живых существ - в органических веществах почвы, углекислом газе и разнообразных осадочных породах (мрамор, известняк, мел и др.). На определенное время Карбон, содержащийся в этих соединениях, выводится из биогенной миграции. Но в результате процессов жизнедеятельности организмов (дыхание, выделение и др.), биогенного разложения мертвой органики (процессы минерализации, брожения), химических преобразований осадочных пород (растворение, выветривание) он снова включается в биогеохимические процессы.

На круговорот Карбона значительное влияние оказывает хозяйственная деятельность человека. Развитие промышленности, интенсивное потребление энергоносителей обусловливает увеличение концентрации углекислого газа в атмосфере. Массовое вырубание лесов приводит к тому, что растительность Земли связывает все меньшее количество атмосферного углекислого газа. Это нарушает равновесие в обмене соединениями карбона между живым веществом нашей планеты и оболочками Земли.

• Как происходит круговорот Нитрогена? Содержание свободного газообразного азота в атмосфере составляет около 79%. Из атмосферы азот поступает в почву и водоемы в виде оксидов и в составе других соединений (например, аммиака), образующихся под влиянием космических лучей, грозовых разрядов и других факторов. Однако основная часть соединений нитрогена поступает в воду и почву благодаря фиксации атмосферного азота прокариотами (азот-фиксирующие бактерии, некоторые цианобактерии) (рис. 151).

Нитроген в составе химического соединения, которое может быть использовано живыми организмами, называется фиксированным. Фиксированный нитроген из почвы зеленые растения могут усваивать или непосредственно, или благодаря симбиозу с клубеньковыми бактериями. Из соединений нитрогена растения синтезируют аминокислоты, входящие в состав белков. Далее нитрогенсодержащие органические соединения передаются по цепям питания. В результате процессов расщепления сложные соединения нитрогена в организмах расщепляются на простые (аммиак, мочевина, мочевая кислота, гуанин и др.) и выделяются в окружающую среду с выдыхаемыми газами, потом, мочой, экскрементами.

Сложные органические соединения нитрогена (белки, нуклеиновые кислоты) поступают в окружающую среду и с остатками организмов. Они разлагаются редуцентами, осуществляющими денитрифика-цию — процесс восстановления нитритов или нитратов до газообразных соединений — молекулярного азота (Ы₂) или диоксида нитрогена (Ж)₂). Определенные группы микроорганизмов обеспечивают процессы нитрификации, благодаря которым ионы аммония (ЫН₄⁺) окисляются до нитритов (1М0₂~), а последние — до нитратов (1М0₃~). Таким образом, благодаря деятельности редуцентов нитрогенсодержащие органические вещества разлагаются на более простые соединения, и круговорот Нитрогена в биосфере начинается снова.

Практична робота № 10

Тема: Сравнение обновленнях и необновленных ресурсов быосферы.

Цель: Научиться сравнивать обновленные и необновленные ресурсы быосфе ры.

Оборудование: Инструкционная карта, таблицы.