Конспект урока биологии «Круговорот веществ и энергии в природе»

Автор: Петрова Елена Владимировна

Организация: МОАУ «СОШ №6»

Населенный пункт: Оренбургская область, г. Новотроицк

Класс: 10, УМК И.Н. Пономарёвой, 2 часа в неделю

Урок №7

Тема:	Круговорот веществ и энергии в природе
Цель:	расширение представлений обучающихся об учении о биосфере и его значении в экологии.
Задачи:	1) закрепить знания обучающихся о круговоротах различных химических элементов в биосфере;
	2) развивать умение работать с биологическим текстом, выделять главное, систематизировать, преобразовывать в схемы;
	3) осуществлять воспитание бережного отношения к природе, к жизни на планете Земля в любых её проявлениях.
Оборудование:	электронная презентация, схемы круговоротов.

 

Ход урока

I Организация начала урока

II Проверка домашнего задания:

1)Проверка учителем наличия конспектов, составленных обучающимися дома самостоятельно.

Далее проверка домашнего задания происходит по рядам:

2) Устный опрос отдельных обучающихся по терминам словаря, индивидуально и в парах:

• Проверка наличия словарей и записанных в нём слов.
• Дать определения терминов: биологический круговорот.

Биологический круговорот веществ – переход питательных химических элементов от неживой природы из почвы и атмосферы в живые организмы с соответствующим изменением их химической формы и возвращение их в почву и атмосферу в процессе жизнедеятельности организмов с их останками после смерти, а затем повторное поступление химических элементов в живые организмы после процессов деструкции и минерализации с помощью бактерий и грибов.

Круговорот веществ в природе - относительно повторяющиеся взаимосвязанные физические, химические и биологические процессы превращения и перемещения веществ в природе. Различают большой круговорот веществ, или круговорот воды на планете, и малый, или биологический, круговорот.

Устойчивое развитие – развитие такой системы «общество – природа», которая обеспечивает удовлетворение потребностей общества без ущерба основных параметров биосферы и одновременно не сокращает возможности будущим поколениям удовлетворять свои потребности.

Устойчивость экосистемы – способность экосистемы сохранять функционирование в пределах естественного колебания её параметров.

3) устный рассказ отдельных обучающихся по содержанию составленных дома конспектов

4) письменная работа остальных обучающихся с текстом по материалам параграфа:

- Прочтите текст и вставьте недостающие слова в предложения

Учение о биосфере

1. Биосферой называют область существования живых организмов. 2.Основоположником учения о ней является В.И. Вернадский. 3. Живая оболочка Земли имеет нечёткие границы, которые распространяются на 20км в атмосферу, занимают почти всю гидросферу и опускаются на 7,5км в литосферу. 4. В состав биосферы входит: живое вещество, косное вещество, биогенное вещество, биокосное вещество. 5. Совокупность всех живых организмов планеты образует живое вещество. 6. Вещество, созданное в процессе жизнедеятельности организмов, например, кислород, торф, нефть, называется биогенным. 7. Косное вещество – это вещество, сформировавшееся без участия живых организмов. например, лава. 8. Смесь неживой природы с результатами деятельности живых организмов называется биокосным веществом. 9. В живом веществе по биомассе массе большую часть занимают растения – около 95%. 10. Живое вещество биосферы выполняет 3 главные функции: газовую, окислительно-восстановительную и концентрационную.

Оценка: всего 15 слов.

7-9 слов – «3»,

10-12 слов – «4»,

13 – 15 слов – «5».

III Сообщение темы, цели, задач урока:
- Главное назначение биосферы – обеспечение круговорота веществ.

- Запишите тему: Круговорот веществ и энергии .

IV Изучение нового материала:

1)большой круговорот веществ и энергии в природе – общие вопросы – активизация знаний обучающихся, выступление заранее подготовленного учащегося с использованием презентации, запись основных положений, зачерчивание схем:

- Как вы понимаете – что такое круговорот веществ и энергии?

- Какие виды круговорота вы знаете?

- На самом деле основных круговоротов два: большой (геологический) и малый (биохимический).

- В большом круговороте используется энергия солнца и энергия с глубин Земли.

- в большом круговороте перераспределяются (переносятся) вещества между биосферой и недрами Земли: магматическими и осадочными породами.

- Послушаем выступление о большом круговороте веществ.

Большой(геологический) круговорот веществ в природе

Магматические горные породы выветриваются, разрушаются и образуют осадочные гордые породы. В подвижных зонах земной коры (зоны вулканической активности) они вновь погружаются вглубь литосферы. Под действием высоких температур и давления осадочные горные породы вновь переплавляются и превращаются в магму.

В результате землетрясений, извержений вулканов новая магма поднимается на поверхность. Она остывает и вновь начинает выветриваться, разрушаться, образуя осадочные породы. Так вещества из недр Земли постоянно доставляются на её поверхность.

Но большой круговорот выглядит не как круг, а развивается по спирали. Это происходит потому, что каждый новый цикл круговорота не повторяет в точности старый, а вносит что-то новое (одни вещества улетучиваются, другие вещества включаются в круговорот в совершенно разных количествах – не таких, как было ранее). Это со временем приводит к весьма значительным изменениям.

К большому круговороту веществ и энергии относится и круговорот воды. Это круговорот воды между сушей и океаном через атмосферу. Вода испаряется с поверхности Мирового океана. Кстати, на это затрачивается почти половина солнечной энергии, поступающей к поверхности Земли. Испарившаяся вода переносится ветром на сушу, где выпадает в виде осадков. Осадки стекают назад в Мировой океан поверхностными или подземными водами.

Круговорот воды происходит и по более простой схем: вода испаряется с поверхности океана, конденсируется и выпадает в виде осадков сразу в тот же океан. Подсчитано, что в круговороте воды на Земле ежегодно участвует более 500 тысяч км³ воды. Круговорот воды играет очень важную роль на планете, т.к. он участвует в формировании природных условий на планете (климат, ветер). Вода используется и живыми организмами. Таким образом, весь её запас на Земле распадается и вновь восстанавливается, т.е. происходит полное обновление всей воды за 2 млн. лет.

2) Малый (биогеохимический) круговорот веществ и энергии – общие вопросы – активизация знаний обучающихся, выступление заранее подготовленных учащихся с использованием презентации, запись основных положений, зачерчивание схем:

- Малый круговорот веществ, он же биогеохимический, в отличие от большого круговорота, протекает лишь в пределах биосферы.

- Этот круговорот для жизни биосферы – главный, и он сам является порождением жизни.

- Изменяясь, рождаясь, умирая, живое вещество поддерживает жизнь на нашей планете.

- Происходит это благодаря биогеохимическому круговороту.

- Сущность его в том, что живое вещество образуется из неорганических соединений в процессе фотосинтеза, в превращении органических веществ при разложении вновь в неорганические вещества.

- Неорганические вещества и солнечная энергия включаются из неживой природы в живую – превращаются в органические вещества.

- После смерти живых организмов органические вещества, разлагаясь, разрушаются до неорганических и возвращаются в неживую природу.

- Главным источником энергии малого круговорота является солнечная радиация, с которой начинается фотосинтез.

- Эта энергия неравномерно распределяется по поверхности земного шара: на экваторе количества тепла в три раза больше, чем, например, на архипелаге Шпицберген (80⁰ северной широты).

- Часть солнечной энергии теряется: отражается, поглощается почвой, рассеивается и т.д.

- На фотосинтез тратится максимум около 5% от всей энергии солнца, а чаще всего вообще 2-3%.

- В масштабах планеты действует биогеохимический круговорот – обмен макро- и микроэлементов и простых неорганических веществ (СО₂ и Н₂О) с веществом атмосферы, гидросферы, литосферы.

- Круговорот отдельных веществ В.И. Вернадский назвал биогеохимическими циклами.

- Суть цикла в следующем: химические элементы поглощаются живыми организмами, потом покидают его (как продукт выделения или просто после смерти организма) и возвращаются в неживую природу, а затем, через какое-то время, вновь попадают в живой организм, и т.д.

- Такие химические элементы называются биофильными.

- Этими биогеохимическими циклами и обеспечиваются функции живого вещества в биосфере.

- В биогеохимических круговоротах имеется резервный фонд (вещества, не связанные с организмами) и обменный фонд (биогенное вещество, вещество вокруг организмов).

- В биосфере в целом выделяют: 1) круговорот газообразных веществ с резервным фондом в атмосфере и гидросфере (океан); 2) осадочный цикл с резервным фондом в земной коре (в геологическом круговороте).

- Отдельно следует сказать, что на Земле лишь один процесс не тратит, а запасает, связывает и даже накапливает солнечную энергию – это фотосинтез.

- Мы помним, что энергия никуда не исчезает, а просто переходить из одного вида в другой.

- Только автотрофные организмы способны огромную энергию Солнца превращать в энергию химических соединений путём фотосинтеза.

- В этом заключается главная планетарная функция живого вещества на Земле.

- Рассмотрим основные биогеохимические циклы.

- Наиболее важным органическим веществом является белок.

- В состав белка входят углерод, азот, кислород, фосфор и сера.

- Рассмотрим круговороты этих веществ.

- В их основе лежат трофические (пищевые) связи.

- Вспомните: кто такие продуценты, консументы, редуценты?

- Продуценты – создатели органического вещества – это все растения и часть бактерий.

- Консументы – это потребители органического вещества.

- Выделяют консументы 1 порядка – травоядные, консументы 2 и последующих порядков – хищные животные.

- Редуценты – это разрушители, разлагатели органического вещества до простых неорганических веществ.

- Чаще всего это часть животных, бактерии, грибы.

- Послушаем выступления о малых круговоротах.

Биогеохимические циклы углерода, азота и кислорода

Круговороты углерода, азота, кислорода более совершенные, т.к. их много в атмосфере.

Рассмотрим круговорот углерода, а точнее наиболее подвижной его формы – углекислого газа. В основе этого круговорота лежит трофическая (пищевая) цепь:

продуценты (растения) улавливают углерод из неживой природы – из атмосферы - в процессе фотосинтеза; консументы (животные) поглощают тела продуцентов, других консументов ; благодаря этому углерод курсирует из тела растений в тела животных; редуценты (черви, грибы, бактерии) разлагают отмершие тела, превращают их в почву, возвращая тем самым углерод вновь в неживую природу. Скорость оборота углекислого газа около 300 лет.

В Мировом океане трофическая цепь нарушается, т.к. часть углерода в мёртвых организмах падает на дно, уходит в осадочные породы. Частично он накапливается в биосфере в форме мела, известняка, кораллов, каменного угля, нефти и надолго остаётся вне круговорота. В процессе жизнедеятельности растений, животных и человека углерод может быть освобождён и тогда вновь окажется в круговороте.

Больше всего во включении углерода в живые тела принимают участие леса, они содержат до 500млрд т этого элемента, что составляет 2/3 его запаса в атмосфере. Вмешательство человека в круговорот углерода приводит к возрастанию содержания углекислого газа в атмосфере.

Рассмотрим круговорот кислорода. Земля – единственная планета Солнечной системы, где в атмосфере содержится много свободного кислорода. Скорость круговорота кислорода – 2тысячи лет. Основной поставщик кислорода на Земле – зелёные растения и фотосинтезирующие цианобактерии. Ежегодно растения выделяют около 500*10⁹ т кислорода. Главные потребители кислорода – животные, почвенные организмы, сами растения и человек. Все они дышат кислородом, используя его, таким образом, для образования энергии в виде молекул АТФ.

Подсчитано, что человек тратит на промышленные и бытовые нужды 23% кислорода, вырабатываемого в процессе фотосинтеза растениями. Следовательно, необходимо значительное усиление фотосинтеза и другие радикальные меры. Необходимо помнить, что многие растения в зимний период не осуществляют фотосинтез. Только леса Южной Америки (Амазония, Тасмания) круглый год снабжают планету кислородом, являясь «лёгкими» планеты.

Круговорот азота не менее сложен и охватывает всю планету. Запасы азота в атмосфере неисчерпаемы - азот занимает 78% от её объёма. Но поглощение его растениями ограничено, т.к. использовать чистый азот они не могут, а только азот в соединении с водородом или кислородом. Биологическую фиксацию азота могут осуществлять только некоторые прокариоты: азотофиксирующие аэробные бактерии (азотобактер), некоторые анаэробные почвенные бактерии (клостридиум) и клубеньковые бактерии (ризобиум). Эти бактерии «дружат» путём симбиоза с бобовыми растениями, ольхой, облепихой и т.д. Поселяясь на корнях этих растений, бактерии насыщают их азотом. От этих растений через цепи питания азот получают все остальные организмы. Наряду с азотофиксирующими бактериями, в природе есть бактерии возвращающие азот в природу – денитрифицирующие бактерии. Проблема в том, что сначала соединения азота превращаются бактериями гниения в нитраты, нитриты, аммонийные соединения. Часть нитратов загрязняет подземные воды, впитывается растениями из почвы. Азот возвращается бактериями в атмосферу вновь с выделенными при гниении газами. Американские учёные подсчитали, что если будет уничтожено только 12 видов таких бактерий, то жизнь на Земле прекратиться.

 

Круговорот фосфора и серы

Круговороты серы и фосфора очень важны, но менее совершенны, т.к. основная их масса содержится в резервном, «недоступном» фонде. Эти круговороты – типичные примеры осадочных циклов, которые легко нарушаются и часть веществ выходит из круговорота. Возвратиться обратно в круговорот вещества могут лишь в результате геологических процессов (извержение вулканов, поднятие и опускание земной коры) или путём извлечения живыми организмами.

Из всех элементов фосфор считается наиболее дефицитным. Он входит в состав цитоплазмы и нуклеиновых кислот клеток. Фосфор содержится в горных породах, образовавшихся в прошлые геологические эпохи. В случае подъёма этих пород, их выветривания, фосфор выносится в море в виде известного минерала апатита.

Общий круговорот фосфора можно разделить на две части – водную и наземную. В воде фосфор усваивается фитопланктоном и передаются по пищевой (трофическое) цепи от организма к организму вплоть до морских птиц. Их экскременты (гуано) снова попадают в море и вступают в круговорот. Из отмирающих морских животных, особенно рыб, фосфор снова попадает в море и в круговорот. Но часть скелетов рыб после их гибели падает глубоко на дно океана, и фосфор выпадает из круговорота, откладываясь в осадочных породах.

На земле фосфор извлекается растениями из почвы и далее переходит по цепи питания из одного организма в другой. Возвращается фосфор в почву после гибели растений, животных или с их экскрементами. Теряется фосфор, когда с водой вымывается из почвы и переносится в водоёмы. Это вызывает бурный расцвет водных растений, «цветение» водоёмов и их эвтрофикацию. Большая же часть фосфора уносится в море и там теряется безвозвратно. Это может привести к потере запасов фосфорсодержащих руд (фосфоритов, апатитов), поэтому человечеству не следует ждать, когда Земля сама вернёт потерянные отложения.

Сера, также, как и азот, входит в состав аминокислот белков, из которых состоят клетки. Сера тоже имеет основной резервный фонд в отложениях и в почве, а также и в атмосфере. В горных породах сера встречается в виде сульфидов, в растворах в виде иона, в газообразной форме в виде сероводорода или сернистого газа. В некоторых организмах она накапливается в чистом виде, и при их отмирании на дне морей образуются залежи самородной серы. И в воде, и на суше серу в виде иона (SO₄) усваивают автотрофные организмы (в основном растения). Она переходит из организма в организм по цепям питания. После их гибели сера возвращается в почву или воду и может быть использована снова.

Однако, круговорот серы часто нарушается деятельностью человека. Виной тому, прежде всего сжигание ископаемого топлива, особенно угля. Сернистый газ (SO₂) нарушает процессы фотосинтеза и приводит к гибели растительности.

 

- И так, мы рассмотрели основные круговороты веществ и энергии, протекающие на Земле.

3) Механизмы устойчивости биосферы – беседа с обсуждением спорных вопросов:

- Биосфера – это открытая система

- Что это значит? ( в неё постоянно поступают из космоса энергия, вещества)

- Биосфера остаётся стабильной, устойчивой – почему это происходит? (саморегуляция).

- Рассмотрим механизмы устойчивости биосферы:

1. Неизменное положение Земли в космосе в течение длительного времени – что это обеспечивает (постоянный приток солнечной радиации в определённом количестве во все части земного шара).

2. Геохимическая функция живого вещества – что это значит? (биологический круговорот веществ, в котором участвуют живые организмы, - главное условие существования биосферы)

3. Равновесие между образованием органических веществ и их расходованием (если равновесия не будет, круговорот нарушится).

4. Внутренняя упорядоченность экосистемы («всё связано со всем», мир – система, состоящая из взаимосвязанных элементов).

5. Видовое разнообразие - как это работает? (чем больше видов, тем меньше последствий от исчезновения какого-либо вида; исчезнувший вид тут же заменяется другим, живущим в сходных условиях).

V Физ.минутка

VI Закрепление изученного

1) Выполнение заданий из КИМов:

№1. Работа с текстом:

Прочтите текст

Известно, что на дне океанов погребены большие массы органических остатков, в том числе содержащих много фосфора. Происходит их медленная минерализация. Однако в круговороте этот фосфор участия не принимает.

Укажите основную причину этого явления и его возможные последствия (выполняется устно)

(круговорот фосфора не завершённый; последствия: возможно постепенное изъятие фосфора как элемента, что может привести даже к гибели организмов или их сильным изменениям, т.к. он входит в состав цитоплазмы и нуклеиновых кислот клеток; с другой стороны, если произойдёт поднятие дна Мирового океана, то фосфор может снова включиться в круговорот).

№2 Работа со схемой

Расставьте компоненты схемы в правильном порядке (письменно):

1. Азотфиксирующие бактерии

2. Аммиачные соединения почвы

3. Денитрифицирующие бактерии

4. Зелёные растения

5. Животные (заяц, лось)

6. Атмосферный азот

7. Азот в составе белков (растительных и животных)

Ответ: 6, 1, 4, 5, 7, 3, 2

Как круговорот азота связан с цепью питания лося? (ест клевер и др. дикорастущие бобовые растения)

Какие изменения произойдут в круговороте, если из него изъять азотфиксирующие бактерии и почему? (азот не будет включён в биологический круговорот)

Можно ли азот отнести к хорошо сбалансированным круговоротам и почему? (является достаточно цикличным, т.к. азот не выпадает из биогеохимического круговорота).

№3 Работа со схемой (схема начерчена на доске)

Закончите схему круговорота углерода: покажите стрелками направления движения углерода, допишите названия компонентов, участвующих в круговороте:

 

2) Выполнение заданий из банка заданий ЕГЭ (письменно):

1. Биологический круговорот в биосфере обеспечивается

1) интенсивностью размножения продуцентов   2) борьбой за существование   3) перемещением веществ в трофических цепях   4) приспособлением организмов к условиям жизни

 

2. Клубеньковые бактерии играют большую роль в биосфере, участвуя в круговороте

1) углерода   2) азота   3) фосфора   4) кислорода

 

3. Какова роль бактерий и грибов в круговороте веществ?

1) производители органических веществ   2) потребители органических веществ   3) разрушители органических веществ   4) разрушители неорганических веществ

 

4. Углекис­лый газ поступает в атмосферу в результате

1) фотосинтеза 2) восстановления минералов 3) дыхания 4) грозовых разрядов в атмосфере

 

5. Деятельность каких организмов способствует возвращению фосфора и серы в почву?

1) почвенных насекомых   2) бобовых растений   3) почвенных бактерий   4) растительноядных животных

 

6. Основной причиной неустойчивости экосистем является

1) колебание температуры среды   2) недостаток пищевых ресурсов   3) несбалансированность круговорота веществ   4) повышенная численность некоторых видов

 

7. Первоисточником энергии для биосферы является

1) гамма- и рентгеновское космическое излучение   2) термоядерный синтез в глубинах Земли   3) живое вещество биосферы   4) световая энергия Солнца

 

Ответы:

1	2	3	4	5	6	7
4	2	3	3	1	3	4

 

VII Подведение итогов урока:

- Как вы поняли, что такое круговорот веществ?

- Что лежит в основе круговорота веществ? (биологический цикл)

VIII Оценка деятельности

IX Домашнее задание

1) стр. 52-60 – составить и выучить конспект;

2) индивидуальные задания: подготовить выступления:

Что такое ноосфера, Что такое бионика, Влияние человека на почву, мировой океан, атмосферу, животный и растительный мир.

3) Выучить определения слов из «Словаря основных понятий»: биологическое разнообразие, антропоцентризм, биоцентризм, ноосфера, ойкумена.

 

Список используемой литературы и Интернет-ресурсов:

1. Экология: учебник для вузов / В.И. Коробкин, Л.В. Передельский. – Изд. 16-е, дополн. и перераб. – Ростов н/Д : Феникс, 2010. – 602, [1] с. : ил. – (Высшее образование).
2. http://ege.fipi.ru/os11/xmodules/qprint/index.php?proj=CA9D848A31849ED149D382C32A7A2BE4
3. Чернова Н.М «Основы экологии». 10 – 11 классы. – М. «Дрофа», 2006г.
4. https://infopedia.su/2x6a.html
5. https://studopedia.ru/17_148141_bolshoy-geologicheskiy-krugovorot-veshchestv-v-prirode.html

 

 

1. file1.rar.. 145,8 КБ
2. file0.docx.. 39,0 КБ

Опубликовано: 07.10.2019