• Inleidende les gratis;
• Een groot aantal ervaren leraren (moedertaal en Russisch sprekend);
• Cursussen zijn NIET voor een specifieke periode (maand, zes maanden, jaar), maar voor een specifiek aantal lessen (5, 10, 20, 50);
• Ruim 10.000 tevreden klanten.
• De kosten van één les met een Russisch sprekende leraar bedragen vanaf 600 roebel, met een moedertaalspreker - vanaf 1500 roebel

Cyclus van stoffen in de biosfeer

De basis voor het zelfvoorzienende leven op aarde is biogeochemische cycli. Alle chemische elementen die worden gebruikt in de levensprocessen van organismen ondergaan constante bewegingen, waarbij ze van levende lichamen naar verbindingen van levenloze aard gaan en terug. De mogelijkheid om dezelfde atomen te hergebruiken maakt het leven op aarde bijna eeuwig, mits er een constante toevoer is van de benodigde hoeveelheid energie.

Soorten stofcycli. De biosfeer van de aarde wordt gekenmerkt door een bepaalde cyclus van stoffen en de stroom van energie. Cyclus van stoffen – herhaalde deelname van stoffen aan processen die plaatsvinden in de atmosfeer, de hydrosfeer en de lithosfeer, inclusief de lagen die deel uitmaken van de biosfeer van de aarde. De circulatie van stoffen vindt plaats met een continue toevoer (stroom) van de externe energie van de zon en de interne energie van de aarde.

Afhankelijk van de drijvende kracht kan men binnen de cyclus van stoffen, met een zekere mate van conventie, geologische, biologische en antropogene cycli onderscheiden. Vóór de opkomst van de mens op aarde werden alleen de eerste twee gerealiseerd.

Geologische cyclus (grote cyclus van stoffen in de natuur) – cyclus van stoffen, waarvan de drijvende kracht exogene en endogene geologische processen zijn.

Endogene processen(processen van interne dynamiek) vinden plaats onder invloed van de interne energie van de aarde. Dit is de energie die vrijkomt als gevolg van radioactief verval, chemische reacties van de vorming van mineralen, kristallisatie van gesteenten, enz. Endogene processen omvatten: tektonische bewegingen, aardbevingen, magmatisme, metamorfose. Exogene processen(processen van externe dynamiek) vinden plaats onder invloed van de externe energie van de zon. Exogene processen omvatten verwering van gesteenten en mineralen, verwijdering van vernietigingsproducten uit sommige delen van de aardkorst en hun overdracht naar nieuwe gebieden, afzetting en accumulatie van vernietigingsproducten met de vorming van afzettingsgesteenten. Exogene processen omvatten de geologische activiteit van de atmosfeer, de hydrosfeer (rivieren, tijdelijke stromen, grondwater, zeeën en oceanen, meren en moerassen, ijs), maar ook van levende organismen en mensen.

De grootste landvormen (continenten en oceaanbekkens) en grote vormen (bergen en vlaktes) zijn gevormd als gevolg van endogene processen, en middelgrote en kleine landvormen (riviervalleien, heuvels, ravijnen, duinen, enz.), bovenop grotere vormen, zijn het gevolg van aan exogene processen. Endogene en exogene processen zijn dus tegengesteld in hun werking. De eerste leiden tot de vorming van grote reliëfvormen, de laatste tot het gladmaken ervan.

Stollingsgesteenten worden als gevolg van verwering omgezet in sedimentair gesteente. In bewegende zones van de aardkorst duiken ze diep in de aarde. Daar smelten ze onder invloed van hoge temperaturen en druk en vormen magma, dat naar de oppervlakte stijgt en stolt en stollingsgesteenten vormt.

De geologische cyclus van stoffen vindt dus plaats zonder de deelname van levende organismen en herverdeelt stoffen tussen de biosfeer en de diepere lagen van de aarde.

Biologische (biogeochemische) cyclus (kleine cyclus van stoffen in de biosfeer) – de cyclus van stoffen, waarvan de drijvende kracht de activiteit van levende organismen is. In tegenstelling tot de grote geologische cyclus vindt binnen de biosfeer de kleine biogeochemische cyclus van stoffen plaats. De belangrijkste energiebron in de cyclus is zonnestraling, die fotosynthese genereert. In een ecosysteem worden organische stoffen door autotrofen gesynthetiseerd uit anorganische stoffen. Ze worden vervolgens geconsumeerd door heterotrofen. Als gevolg van uitscheiding tijdens levensprocessen of na de dood van organismen (zowel autotrofen als heterotrofen) ondergaan organische stoffen mineralisatie, dat wil zeggen transformatie in anorganische stoffen. Deze anorganische stoffen kunnen worden hergebruikt voor de synthese van organische stoffen door autotrofen.

In biogeochemische cycli moeten twee delen worden onderscheiden:

1) Reserve fonds - dit is een onderdeel van een stof die niet geassocieerd is met levende organismen;

2) uitwisselingsfonds – een aanzienlijk kleiner deel van de materie dat wordt geassocieerd door directe uitwisseling tussen organismen en hun directe omgeving. Afhankelijk van de locatie van het reservefonds kunnen biogeochemische cycli in twee typen worden verdeeld:

1) Gasachtige gyres met een reservefonds van stoffen in de atmosfeer en de hydrosfeer (koolstof-, zuurstof-, stikstofcycli).

2) Sedimentaire gyren met een reservefonds in de aardkorst (cycli van fosfor, calcium, ijzer, enz.).

Gascirculaties zijn perfecter, omdat ze over een groot uitwisselingsfonds beschikken en daarom in staat zijn tot snelle zelfregulering. Sedimentaire cycli zijn minder perfect, ze zijn inert, omdat het grootste deel van de substantie zich in het reservefonds van de aardkorst bevindt in een vorm die "ontoegankelijk" is voor levende organismen. Dergelijke kringlopen worden gemakkelijk verstoord door allerlei invloeden, en een deel van het uitgewisselde materiaal verlaat de kringloop. Het kan alleen weer terugkeren naar de cyclus als resultaat van geologische processen of door extractie door levende materie. Het extraheren van stoffen die levende organismen nodig hebben uit de aardkorst is echter veel moeilijker dan uit de atmosfeer.

De intensiteit van de biologische cyclus wordt vooral bepaald door de omgevingstemperatuur en de hoeveelheid water. De biologische cyclus is bijvoorbeeld intenser in tropische regenwouden dan in de toendra.

Met de komst van de mens ontstond de antropogene circulatie of uitwisseling van stoffen. Antropogene cyclus (uitwisseling) – de cyclus (metabolisme) van stoffen, waarvan de drijvende kracht menselijke activiteit is. Er zitten twee componenten in: biologisch, geassocieerd met het functioneren van de mens als levend organisme, en technisch, gerelateerd aan menselijke economische activiteiten (technogene cyclus).

Geologische en biologische cycli zijn grotendeels gesloten, wat niet gezegd kan worden over de antropogene cyclus. Daarom praten ze vaak niet over de antropogene cyclus, maar over het antropogene metabolisme. De openheid van de antropogene cyclus van stoffen leidt tot uitputting van natuurlijke hulpbronnen en vervuiling van de natuurlijke omgeving – de belangrijkste oorzaken van alle milieuproblemen van de mensheid.

Cycli van basisvoedingsstoffen en elementen. Laten we eens kijken naar de cycli van de belangrijkste stoffen en elementen voor levende organismen. De watercyclus verwijst naar de grote geologische cyclus, en de cycli van biogene elementen (koolstof, zuurstof, stikstof, fosfor, zwavel en andere biogene elementen) verwijzen naar de kleine biogeochemische cyclus.

De Water cyclus tussen land en oceaan door de atmosfeer verwijst naar de grote geologische cyclus. Water verdampt van het oppervlak van de oceanen en wordt ofwel naar het land getransporteerd, waar het als neerslag valt, dat terugkeert naar de oceaan in de vorm van oppervlakte- en ondergrondse afvoer, of als neerslag op het oppervlak van de oceaan valt. Jaarlijks neemt ruim 500.000 km3 water deel aan de watercyclus op aarde. De watercyclus als geheel speelt een belangrijke rol bij het vormgeven van de natuurlijke omstandigheden op onze planeet. Rekening houdend met de transpiratie van water door planten en de opname ervan in de biogeochemische cyclus, valt de gehele watervoorziening op aarde uiteen en wordt deze binnen 2 miljoen jaar hersteld.

Koolstof cyclus. Producenten vangen kooldioxide op uit de atmosfeer en zetten het om in organische stoffen, consumenten absorberen koolstof in de vorm van organische stoffen met de lichamen van producenten en consumenten van lagere ordes, afbrekers mineraliseren organische stoffen en brengen koolstof terug in de vorm van kooldioxide . In de Wereldoceaan wordt de koolstofcyclus gecompliceerd door het feit dat een deel van de koolstof in dode organismen naar de bodem zinkt en zich ophoopt in sedimentair gesteente. Dit deel van de koolstof wordt uitgesloten van de biologische cyclus en komt terecht in de geologische cyclus van stoffen.

Het belangrijkste reservoir van biologisch gebonden koolstof zijn bossen; ze bevatten tot 500 miljard ton van dit element, wat tweederde is van de reserve in de atmosfeer. Menselijk ingrijpen in de koolstofcyclus (verbranding van steenkool, olie, gas, ontvochtiging) leidt tot een toename van het CO2-gehalte in de atmosfeer en de ontwikkeling van het broeikaseffect.

De snelheid van de CO2-cyclus, dat wil zeggen de tijd waarin alle koolstofdioxide in de atmosfeer door levende materie gaat, bedraagt ​​ongeveer 300 jaar.

Zuurstof cyclus. De zuurstofcyclus vindt voornamelijk plaats tussen de atmosfeer en levende organismen. Kortom, vrije zuurstof (0^) komt in de atmosfeer terecht als gevolg van de fotosynthese van groene planten en wordt geconsumeerd tijdens het ademhalingsproces door dieren, planten en micro-organismen en tijdens de mineralisatie van organische resten. Onder invloed van ultraviolette straling wordt uit water en ozon een kleine hoeveelheid zuurstof gevormd. Er wordt een grote hoeveelheid zuurstof verbruikt door oxidatieve processen in de aardkorst, tijdens vulkaanuitbarstingen, enz. Het grootste deel van de zuurstof wordt geproduceerd door landplanten (bijna driekwart, de rest) door fotosynthetische organismen uit de Wereldoceaan. De snelheid van de cyclus is ongeveer tweeduizend jaar.

Er is vastgesteld dat 23% van de tijdens fotosynthese geproduceerde zuurstof jaarlijks wordt verbruikt voor industriële en huishoudelijke behoeften, en dit cijfer neemt voortdurend toe.

Stikstofcyclus. Het aanbod van stikstof (N2) in de atmosfeer is enorm (78% van het volume). Planten kunnen echter geen vrije stikstof opnemen, maar alleen in gebonden vorm, voornamelijk in de vorm van NH4+ of NO3–. Vrije stikstof uit de atmosfeer wordt door stikstofbindende bacteriën gefixeerd en omgezet in vormen die voor planten beschikbaar zijn. In planten wordt stikstof vastgelegd in organisch materiaal (in eiwitten, nucleïnezuren, enz.) en doorgegeven via voedselketens. Na de dood van levende organismen mineraliseren ontleders organische stoffen en zetten deze om in ammoniumverbindingen, nitraten, nitrieten en vrije stikstof, die terugkeert naar de atmosfeer.

Nitraten en nitrieten zijn zeer goed oplosbaar in water en kunnen migreren naar grondwater en planten en via voedselketens worden overgedragen. Als hun hoeveelheid buitensporig groot is, wat vaak wordt waargenomen bij verkeerd gebruik van stikstofmeststoffen, worden water en voedsel vervuild en veroorzaken ze ziekten bij de mens.

Fosforcyclus. Het grootste deel van de fosfor zit in gesteenten die in vroegere geologische tijdperken zijn gevormd. Fosfor wordt opgenomen in de biogeochemische cyclus als gevolg van gesteenteverweringsprocessen. In terrestrische ecosystemen halen planten fosfor uit de bodem (voornamelijk in de vorm van PO43–) en nemen dit op in organische verbindingen (eiwitten, nucleïnezuren, fosfolipiden, enz.) of laten het in anorganische vorm achter. Fosfor wordt vervolgens via voedselketens overgedragen. Na de dood van levende organismen en met hun uitscheidingen keert fosfor terug naar de bodem.

Bij oneigenlijk gebruik van fosformeststoffen, water- en winderosie van de bodem worden grote hoeveelheden fosfor uit de bodem verwijderd. Enerzijds leidt dit tot een overmatig verbruik van fosformeststoffen en uitputting van de reserves aan fosforhoudende ertsen (fosforieten, apatieten, enz.). Aan de andere kant veroorzaakt het binnendringen van grote hoeveelheden biogene elementen zoals fosfor, stikstof, zwavel, enz. vanuit de bodem in waterlichamen de snelle ontwikkeling van cyanobacteriën en andere waterplanten (“bloeien” van water) en eutrofiëring reservoirs. Maar het grootste deel van de fosfor wordt naar zee afgevoerd.

In aquatische ecosystemen wordt fosfor geabsorbeerd door fytoplankton en via de voedselketen doorgegeven aan zeevogels. Hun uitwerpselen belanden ofwel meteen weer in zee, ofwel hopen zich eerst op aan de kust en spoelen dan toch in zee. Van stervende zeedieren, vooral vissen, komt fosfor weer in de zee en in de cyclus terecht, maar sommige visskeletten bereiken grote diepten, en de fosfor die daarin zit, komt weer terecht in sedimentair gesteente, dat wil zeggen dat het wordt uitgeschakeld van de biogeochemische cyclus .

Zwavel cyclus. Het belangrijkste reservefonds voor zwavel bevindt zich in sedimenten en de bodem, maar in tegenstelling tot fosfor bevindt zich een reservefonds in de atmosfeer. De hoofdrol in de betrokkenheid van zwavel in de biogeochemische cyclus is weggelegd voor micro-organismen. Sommigen van hen zijn reductiemiddelen, andere zijn oxidatiemiddelen.

In gesteenten wordt zwavel aangetroffen in de vorm van sulfiden (FeS2, enz.), in oplossingen - in de vorm van een ion (SO42–), in de gasfase in de vorm van waterstofsulfide (H2S) of zwaveldioxide (SO2 ). In sommige organismen hoopt zwavel zich in zijn pure vorm op en wanneer ze afsterven, worden er afzettingen van natuurlijk zwavel gevormd op de bodem van de zeeën.

In terrestrische ecosystemen komt zwavel vanuit de bodem planten binnen, voornamelijk in de vorm van sulfaten. In levende organismen zit zwavel in eiwitten, in de vorm van ionen, enz. Na de dood van levende organismen wordt een deel van de zwavel in de bodem door micro-organismen gereduceerd tot H2S, het andere deel wordt geoxideerd tot sulfaten en wordt weer in de kringloop opgenomen. Het resulterende waterstofsulfide verdampt in de atmosfeer, waar het wordt geoxideerd en met neerslag naar de bodem terugkeert.

De menselijke verbranding van fossiele brandstoffen (vooral steenkool) en de uitstoot van de chemische industrie leiden tot de ophoping van zwaveldioxide (SO2) in de atmosfeer, dat reageert met waterdamp en in de vorm van zure regen op de grond valt.

Biogeochemische cycli zijn niet zo grootschalig als geologische cycli en zijn grotendeels onderhevig aan menselijke invloed. De economische activiteit schendt hun isolement, ze worden acyclisch.

Terug vooruit

Aandacht! Diavoorbeelden zijn uitsluitend voor informatieve doeleinden en vertegenwoordigen mogelijk niet alle kenmerken van de presentatie. Als u geïnteresseerd bent in dit werk, download dan de volledige versie.

Het doel van de les: geef het concept van de cyclus van stoffen, de relatie van stoffen in de biosfeer, naleving van de uniforme natuurwetten.

Lesdoelen:

1. Vergroot de kennis over de kringloop van stoffen.
2. Toon de beweging van stoffen in de biosfeer.
3. Toon de rol van de kringloop van stoffen in de biosfeer.

Uitrusting: tabellen "Grenzen van de biosfeer en de dichtheid van het leven daarin", diagram van de cyclus van stoffen, pc, projector, presentatie.

Lesplan.

I. Verklaring van de problematische vraag.

II. Controle van kennis.

III. Nieuw materiaal.

3.1. Problematische vraag.

3.2. Definitie van de biosfeer volgens V.I. Vernadski.

3.3. Kenmerken van de biosfeer.

3.4. Dia 4. De rol van levende organismen in de biosfeer.

3.5. Cyclus van stoffen in een ecosysteem.

IV. Dia 8. Werken met het diagram, deelnemen aan de cyclus.

V. Dia 9. Werken met het watercyclusdiagram.

VI. Dia 10. Werken met het zuurstofcyclusdiagram.

VII. Dia 12. Werken met het koolstofcyclusdiagram.

VIII. Dia 13. Stikstofcyclus.

IX. Dia 14. Zwavelcyclus.

X. Dia15. Fosforcyclus.

XI. Noteer de conclusie over het onderwerp van de les.

Tijdens de lessen

I. Organisatorisch moment. De klas klaarmaken voor werk.

II. Controle van kennis.

Een test uitvoeren met behulp van opties. De tests worden afgedrukt.

Optie 1

1. De meest constante factor die de atmosfeer beïnvloedt is:

a) druk b) transparantie c) gassamenstelling d) temperatuur

2. De functies van de biosfeer veroorzaakt door de processen van fotosynthese omvatten:

a) gas b) redox c) concentratie

d) alle bovengenoemde functies; e) gas en redox

3. Alle zuurstof in de atmosfeer wordt gevormd door de activiteit van:

a) cyanobacteriën, blauwgroene algen b) heterotrofe organismen c) koloniale protozoa c) autotrofe organismen

4. De hoofdrol in de transformatie van de biosfeer wordt gespeeld door:

a) levende organismen b) bioritmen

c) circulatie van minerale stoffen, c) processen van zelfregulering.

Optie 2

1. Er kan leven worden gedetecteerd:

a) elk punt in de biosfeer

b) Elk punt op aarde

c) elk punt in de biosfeer

d) elk punt in de biosfeer, behalve Antarctica en het Noordpoolgebied

e) alleen geologische evolutie vindt plaats in de biosfeer

2. De instroom van energie van buitenaf naar de biosfeer is noodzakelijk omdat:

a) De in de plant gevormde koolhydraten dienen als energiebron voor andere organismen

b) oxidatieve processen vinden plaats in organismen

c) organismen vernietigen de resterende biomassa

d) geen enkel type organisme creëert energiereserves

3. Selecteer de belangrijkste omgevingsfactoren waarvan de welvaart van organismen in de oceaan afhankelijk is:

a) beschikbaarheid van water b) hoeveelheid neerslag

c) transparantie van het medium d) pH van het medium

e) zoutgehalte van water f) snelheid van verdamping van water

g) kooldioxideconcentratie

4. De biosfeer is een mondiaal ecosysteem, waarvan de structurele componenten zijn:

a) klassen en afdelingen van planten b) populaties

c) biogeocenosen d) klassen en typen.

III. Nieuw materiaal.

3.1. Problematische vraag

Denk aan de wet van behoud van stoffen uit de chemie. Hoe kan deze wet in verband worden gebracht met de biosfeer?

3.2. Definitie van biosfeer

Biosfeer, volgens V.I. Vernadsky is een algemene planetaire schil, dat gebied van de aarde waar leven bestaat of bestond en dat aan de invloed ervan is of is blootgesteld. De biosfeer bestrijkt het gehele oppervlak van land, zeeën en oceanen, evenals dat deel van het binnenland van de aarde waar zich rotsen bevinden die zijn ontstaan ​​door de activiteit van levende organismen.

V. I. Vernadsky
(1863-1945)

Uitstekende Russische wetenschapper
Academicus, grondlegger van de wetenschap van de geochemie
Creëerde de doctrine van de biosfeer van de aarde.

3.3. Kenmerken van de biosfeer

biosfeer bestrijkt het gehele oppervlak van land, zeeën en oceanen, evenals dat deel van het binnenland van de aarde waar zich rotsen bevinden die zijn ontstaan ​​door de activiteit van levende organismen. In de atmosfeer worden de bovengrenzen van het leven bepaald ozon scherm – een dunne laag ozongas op een hoogte van 16–20 km. Het blokkeert de schadelijke ultraviolette stralen van de zon. De oceaan is volledig doordrenkt met leven, tot aan de bodem van de diepste depressies, 10 tot 11 km verderop. Het actieve leven dringt op sommige plaatsen tot wel 3 km diep door in het vaste deel van de aarde (bacteriën in olievelden). De resultaten van de vitale activiteit van organismen in de vorm van sedimentair gesteente kunnen nog dieper worden getraceerd.

De voortplanting, groei, metabolisme en activiteit van levende organismen gedurende miljarden jaren hebben dit deel van onze planeet volledig getransformeerd.

De gehele massa organismen van alle soorten V.I. Vernadsky genoemd levende materie Aarde.

De chemische samenstelling van levende materie omvat dezelfde atomen waaruit de levenloze natuur bestaat, maar in een andere verhouding. Tijdens de stofwisseling herverdelen levende wezens voortdurend chemische elementen in de natuur. Zo verandert de chemie van de biosfeer.

IN EN. Vernadsky schreef dat er op het aardoppervlak geen chemische kracht is die constanter werkzaam is, en daarom krachtiger in zijn gevolgen, dan levende organismen als geheel. Gedurende miljarden jaren hebben fotosynthetische organismen (Figuur 1) enorme hoeveelheden zonne-energie opgevangen en omgezet in chemisch werk. Een deel van zijn reserves heeft zich tijdens de geologische geschiedenis verzameld in de vorm van afzettingen van steenkool en andere fossiele organische stoffen - olie, turf, enz.

Rijst. 1. De eerste landplanten (400 miljoen jaar geleden)

Dia 4.

3.4. De rol van levende organismen in de biosfeer

Levende organismen creëren cycli van de belangrijkste dingen in de biosfeer. voedingsstoffen, die afwisselend overgaan van levende materie naar anorganische materie. Deze cycli zijn onderverdeeld in twee hoofdgroepen: gascycli en sedimentaire cycli. In het eerste geval is de belangrijkste leverancier van elementen de atmosfeer (koolstof, zuurstof, stikstof), in het tweede geval sedimentair gesteente (fosfor, zwavel, enz.).

Dankzij levende wezens zijn er veel rotsen op aarde ontstaan. Organismen hebben het vermogen om individuele elementen selectief te absorberen en te accumuleren in veel grotere hoeveelheden dan in de omgeving het geval is.

Een gigantische maken biologische cyclus van stoffen in de biosfeer handhaaft het leven stabiele omstandigheden voor zijn bestaan ​​en het bestaan ​​van de mens daarin.

Levende organismen spelen een grote rol bij de vernietiging en verwering van rotsen op het land. Zij zijn de belangrijkste vernietigers van dood organisch materiaal.

V. V. Dokuchaev
(1846 - 1903)
Grondlegger van de moderne bodemkunde,
gebaseerd op het idee van een diepe relatie tussen de levende en de levenloze natuur

Zo transformeerde het leven tijdens de periode van zijn bestaan ​​de atmosfeer van de aarde, de samenstelling van het oceaanwater, creëerde het ozonscherm, de bodem en veel rotsen. De weersomstandigheden van rotsen veranderden, het microklimaat gecreëerd door vegetatie begon een grote rol te spelen en ook het klimaat op aarde veranderde.

3.5. Cyclus van stoffen in een ecosysteem

IV. Werken met het circuit, deelnemen aan de cyclus

In elk ecosysteem vindt een materiecyclus plaats als gevolg van de ecofysiologische relatie tussen autotrofen en heterotrofen.

Koolstof, waterstof, stikstof, zwavel, fosfor en ongeveer 30 andere eenvoudige stoffen die nodig zijn om celleven te creëren, worden continu omgezet in organische stoffen (glyciden, lipiden, aminozuren...) of vervolgens geabsorbeerd in de vorm van anorganische ionen door autotrofe organismen. gebruikt door heterotrofe soorten, en vervolgens – micro-organismen-destructors. Deze ontbinden excreties, dierlijke en plantaardige resten in oplosbare minerale elementen of gasvormige verbindingen, die worden teruggevoerd naar de bodem, het water en de atmosfeer.

V. Werken met het watercyclusdiagram

Rijst. 6. Watercyclus in de biosfeer

VI. Werken met het zuurstofcyclusdiagram

Dia 10

Zuurstof cyclus.

De zuurstofcyclus duurt op aarde ongeveer 2000 jaar, en de watercyclus ongeveer 2 miljoen jaar (fig. 6). Dit betekent dat atomen van deze stoffen in de loop van de geschiedenis van de aarde vele malen door levende materie zijn gegaan, nadat ze in de lichamen van oude bacteriën, algen, boomvarens, dinosaurussen en mammoeten zijn geweest.

De biosfeer heeft een lange ontwikkelingsperiode doorgemaakt, waarin het leven van vorm veranderde, zich van het water naar het land verspreidde en het systeem van cycli veranderde. Het zuurstofgehalte in de atmosfeer nam geleidelijk toe (zie figuur 2).

De afgelopen 600 miljoen jaar hebben de snelheid en aard van de gyres de moderne benaderd. De biosfeer functioneert als een gigantisch, goed gecoördineerd ecosysteem, waar organismen zich niet alleen aanpassen aan de omgeving, maar ook zelf omstandigheden op aarde creëren en in stand houden die gunstig zijn voor het leven.

VII. Werken met het koolstofcyclusdiagram

Vragen voor studenten:

1. Weet je nog welke rol fotosynthese speelt in de natuur?

2. Welke voorwaarden zijn nodig voor fotosynthese?

Koolstof cyclus(Afb. 4). De bron voor fotosynthese is koolstofdioxide (kooldioxide) dat in de atmosfeer wordt aangetroffen of in water wordt opgelost. Koolstof die in gesteenten is vastgelegd, is veel langzamer bij de cyclus betrokken. Als onderdeel van de organische stoffen die door de plant worden gesynthetiseerd, komt koolstof binnen en vervolgens in stroomcircuit door levend of dood plantenweefsel en keert weer terug naar de atmosfeer in de vorm van kooldioxide als gevolg van ademhaling, fermentatie of verbranding van brandstof (hout, olie, steenkool, enz.). De duur van de koolstofcyclus bedraagt ​​drie tot vier eeuwen.

Rijst. 4. Koolstofcyclus in de biosfeer

VIII. Werken met het stikstofcyclusdiagram.

Weet je nog welke rol ze spelen bij de accumulatie van stikstof?

Stikstofcyclus (Fig. 5). Planten halen stikstof voornamelijk uit rottend dood organisch materiaal door de activiteit van bacteriën, die eiwitstikstof omzetten in een voor planten beschikbare vorm. Een andere bron – vrije stikstof uit de lucht – is niet direct beschikbaar voor planten. Maar hij is vastgebonden, d.w.z. Door bepaalde groepen bacteriën en blauwalgen in andere chemische vormen omgezet, verrijken ze de bodem ermee. Er zijn veel planten binnen symbiose waarbij stikstofbindende bacteriën knobbeltjes op hun wortels vormen. Van dode planten of lijken van dieren wordt een deel van de stikstof, als gevolg van de activiteit van andere groepen bacteriën, omgezet in vrije vorm en komt opnieuw in de atmosfeer terecht.

Rijst. 5. Stikstofcyclus in de biosfeer

IX. Zwavel cyclus

Dia 14

Cyclus van fosfor en zwavel. (Afb. 6, 7). Fosfor en zwavel worden aangetroffen in gesteenten. Wanneer ze worden vernietigd en geërodeerd, komen ze in de bodem terecht en worden van daaruit door planten gebruikt. Activiteiten van organismen - ontleders brengt ze weer terug in de grond. Een deel van de stikstof- en fosforverbindingen wordt door de regen in rivieren en van daaruit in de zeeën en oceanen gespoeld en door algen gebruikt. Maar uiteindelijk bezinken ze, als onderdeel van dood organisch materiaal, naar de bodem en worden ze opnieuw opgenomen in de samenstelling van gesteenten.

X. Fosforcyclus

De afgelopen 600 miljoen jaar hebben de snelheid en aard van de gyres de moderne benaderd. De biosfeer functioneert als een gigantisch, goed gecoördineerd ecosysteem, waar organismen zich niet alleen aanpassen aan de omgeving, maar ook zelf omstandigheden op aarde creëren en in stand houden die gunstig zijn voor het leven.

XI. Het opnemen van de output in een notebook

1. De biosfeer is een energetisch open systeem

2. De ophoping van stoffen in de biosfeer is te danken aan planten die de energie van zonlicht kunnen omzetten.

3. De kringloop van stoffen is een noodzakelijke voorwaarde voor het bestaan ​​van leven op aarde.

4. Tijdens het evolutieproces werd er een evenwicht tussen organismen in de biosfeer tot stand gebracht.

Beoordelingsvragen:

1. Welke organismen in de biosfeer nemen deel aan de kringloop van stoffen?

2. Wat bepaalt de hoeveelheid biomassa in de biosfeer?

3. Wat is de rol van fotosynthese in de kringloop van stoffen?

4. Wat is de rol van de koolstofcyclus in de biosfeer?

5. Welke organismen nemen deel aan de stikstofcyclus?

Huiswerk: leer paragraaf 76, 77.

Geavanceerde studie: selecteer materiaal over de belangrijkste milieuproblemen van onze tijd.

1. G.I. Lerner Algemene biologie: voorbereiding op het Unified State Exam. Tests en onafhankelijke werken - M.: Eksmo, 2007. - 240 p.
2. E.A. Rezchikov Ecologie: leerboek. 2e druk. corr. en extra – M.: MGIU, 2000 – 96 p.
3. Internetbibliotheek: http://allbest.ru/nauch.htm
4. Ecologiewebsite: http://www.anriintern.com/ecology/spisok.htm
5. Elektronisch tijdschrift "Ecology and Life".: http://www.ecolife.ru/index.shtml

De circulatie van stoffen in de biosfeer is de ‘reis’ van bepaalde chemische elementen langs de voedselketen van levende organismen, dankzij de energie van de zon. Tijdens de "reis" vallen sommige elementen om verschillende redenen uit en blijven in de regel in de grond. Hun plaats wordt ingenomen door dezelfde die meestal uit de atmosfeer komen. Dit is de meest vereenvoudigde beschrijving van wat leven op planeet Aarde garandeert. Als zo'n reis om de een of andere reden wordt onderbroken, zal het bestaan ​​van alle levende wezens ophouden.

Om de cyclus van stoffen in de biosfeer kort te beschrijven, is het noodzakelijk om verschillende uitgangspunten te hanteren. Ten eerste zijn er van de ruim negentig chemische elementen die in de natuur bekend zijn en worden aangetroffen, er ongeveer veertig nodig voor levende organismen. Ten tweede is de hoeveelheid van deze stoffen beperkt. Ten derde hebben we het alleen over de biosfeer, dat wil zeggen over de levensbevattende schil van de aarde, en dus over de interacties tussen levende organismen. Ten vierde is de energie die bijdraagt ​​aan de cyclus de energie die van de zon komt. De energie die in de ingewanden van de aarde wordt gegenereerd als gevolg van verschillende reacties, neemt niet deel aan het beschouwde proces. En nog een laatste ding. Het is noodzakelijk om vooruit te lopen op het startpunt van deze “reis”. Het is voorwaardelijk, omdat er geen einde en een begin aan een cirkel kan zijn, maar dit is noodzakelijk om ergens te beginnen om het proces te beschrijven. Laten we beginnen met de laagste schakel van de trofische keten: met de ontbinders of doodgravers.

Schaaldieren, wormen, larven, micro-organismen, bacteriën en andere doodgravers verwerken zuurstof en energie en verwerken anorganische chemische elementen tot een organische substantie die geschikt is voor het voeden van levende organismen en de verdere beweging ervan in de voedselketen. Verder worden deze reeds organische stoffen gegeten door consumenten of consumenten, waaronder niet alleen dieren, vogels, vissen en dergelijke, maar ook planten. Deze laatste zijn producenten of producenten. Met behulp van deze voedingsstoffen en energie produceren ze zuurstof, het belangrijkste element dat geschikt is voor de ademhaling van alle levende wezens op de planeet. Consumenten, producenten en zelfs afbrekers sterven. Hun overblijfselen, samen met de organische stoffen die ze bevatten, ‘vallen’ ter beschikking van de doodgravers.

En alles herhaalt zich weer. Alle zuurstof die in de biosfeer aanwezig is, voltooit bijvoorbeeld zijn omzet in 2000 jaar, en koolstofdioxide in 300 jaar. Zo'n cyclus wordt gewoonlijk de biogeochemische cyclus genoemd.

Sommige organische stoffen gaan tijdens hun ‘reis’ reacties en interacties aan met andere stoffen. Hierdoor ontstaan ​​mengsels die, in de vorm waarin ze bestaan, niet door ontleders kunnen worden verwerkt. Dergelijke mengsels blijven in de grond “opgeslagen”. Niet alle organische stoffen die op de ‘tafel’ van doodgravers vallen, kunnen niet door hen worden verwerkt. Niet alles kan rotten met behulp van bacteriën. Dergelijke niet-verrotte overblijfselen worden opgeslagen. Alles wat in opslag of reserve blijft, wordt uit het proces verwijderd en wordt niet opgenomen in de kringloop van stoffen in de biosfeer.

Zo kan in de biosfeer de cyclus van stoffen, waarvan de drijvende kracht de activiteit van levende organismen is, in twee componenten worden verdeeld. Eén - het reservefonds - is een onderdeel van de stof dat niet geassocieerd is met de activiteiten van levende organismen en voorlopig niet deelneemt aan de circulatie. En de tweede is het revolverend fonds. Het vertegenwoordigt slechts een klein deel van de stof die actief wordt gebruikt door levende organismen.

Atomen waarvan de chemische basiselementen zo noodzakelijk zijn voor het leven op aarde? Dit zijn: zuurstof, koolstof, stikstof, fosfor en enkele andere. Van de verbindingen is water de belangrijkste in de circulatie.

Zuurstof

De zuurstofcyclus in de biosfeer zou moeten beginnen met het proces van fotosynthese, waardoor het miljarden jaren geleden verscheen. Het wordt door planten vrijgemaakt uit watermoleculen onder invloed van zonne-energie. Zuurstof wordt ook gevormd in de bovenste lagen van de atmosfeer tijdens chemische reacties in waterdamp, waarbij chemische verbindingen ontleden onder invloed van elektromagnetische straling. Maar dit is een kleine bron van zuurstof. De belangrijkste is fotosynthese. Zuurstof zit ook in water. Hoewel er 21 keer minder van aanwezig is dan in de atmosfeer.

De resulterende zuurstof wordt door levende organismen gebruikt voor de ademhaling. Het is ook een oxidatiemiddel voor verschillende minerale zouten.

En een mens is een zuurstofverbruiker. Maar met het begin van de wetenschappelijke en technologische revolutie is dit verbruik vele malen toegenomen, omdat zuurstof wordt verbrand of gebonden tijdens de werking van talrijke industriële productie- en transportsystemen, om in de loop van het menselijk leven aan huishoudelijke en andere behoeften te voldoen. Het voorheen bestaande zogenaamde uitwisselingsfonds van zuurstof in de atmosfeer bedroeg 5% van het totale volume, dat wil zeggen dat er tijdens het fotosyntheseproces evenveel zuurstof werd geproduceerd als verbruikt. Nu wordt dit volume catastrofaal klein. Zuurstof wordt als het ware verbruikt uit de noodreserve. Van daaruit, waar niemand het kan toevoegen.

Dit probleem wordt enigszins verzacht door het feit dat een deel van het organische afval niet wordt verwerkt en niet onder de invloed van bederfelijke bacteriën valt, maar in sedimentair gesteente achterblijft en turf, steenkool en soortgelijke mineralen vormt.

Als het resultaat van fotosynthese zuurstof is, dan is de grondstof koolstof.

Stikstof

De stikstofcyclus in de biosfeer wordt geassocieerd met de vorming van zulke belangrijke organische verbindingen als eiwitten, nucleïnezuren, lipoproteïnen, ATP, chlorofyl en andere. Stikstof wordt in moleculaire vorm aangetroffen in de atmosfeer. Samen met levende organismen is dit slechts ongeveer 2% van alle stikstof op aarde. In deze vorm kan het alleen worden geconsumeerd door bacteriën en blauwalgen. Voor de rest van de plantenwereld kan stikstof in moleculaire vorm niet als voedsel dienen, maar kan het alleen verwerkt worden in de vorm van anorganische verbindingen. Sommige soorten van dergelijke verbindingen worden gevormd tijdens onweersbuien en vallen bij regenval in het water en de bodem.

De meest actieve ‘recyclers’ van stikstof of stikstofbinders zijn knobbelbacteriën. Ze nestelen zich in de cellen van de wortels van peulvruchten en zetten moleculaire stikstof om in verbindingen die geschikt zijn voor planten. Nadat ze afsterven, wordt de bodem ook verrijkt met stikstof.

Rottende bacteriën breken stikstofhoudende organische verbindingen af ​​tot ammoniak. Een deel ervan komt in de atmosfeer terecht en de rest wordt door andere soorten bacteriën geoxideerd tot nitrieten en nitraten. Deze worden op hun beurt als voedsel aan planten geleverd en door nitrificerende bacteriën tot oxiden en moleculaire stikstof gereduceerd. Die opnieuw de atmosfeer binnendringen.

Het is dus duidelijk dat verschillende soorten bacteriën de hoofdrol spelen in de stikstofcyclus. En als je minstens twintig van deze soorten vernietigt, zal het leven op de planeet ophouden.

En opnieuw werd het gevestigde circuit door de mens doorbroken. Om de gewasopbrengsten te verhogen, begon hij actief stikstofhoudende meststoffen te gebruiken.

Koolstof

De koolstofcyclus in de biosfeer is onlosmakelijk verbonden met de circulatie van zuurstof en stikstof.

In de biosfeer is het koolstofcyclusschema gebaseerd op de levensactiviteit van groene planten en hun vermogen om koolstofdioxide om te zetten in zuurstof, dat wil zeggen fotosynthese.

Koolstof heeft op verschillende manieren interactie met andere elementen en maakt deel uit van bijna alle klassen organische verbindingen. Het maakt bijvoorbeeld deel uit van koolstofdioxide en methaan. Het wordt opgelost in water, waar het gehalte veel hoger is dan in de atmosfeer.

Hoewel koolstof niet tot de top tien behoort wat betreft prevalentie, maakt het in levende organismen 18 tot 45% uit van de droge massa.

De oceanen dienen als regulator van het kooldioxidegehalte. Zodra het aandeel ervan in de lucht toeneemt, egaliseert het water de posities door kooldioxide te absorberen. Een andere consument van koolstof in de oceaan zijn mariene organismen, die deze gebruiken om schelpen te bouwen.

De koolstofcyclus in de biosfeer is gebaseerd op de aanwezigheid van koolstofdioxide in de atmosfeer en de hydrosfeer, wat een soort uitwisselingsfonds is. Het wordt aangevuld door de ademhaling van levende organismen. Bacteriën, schimmels en andere micro-organismen die deelnemen aan het afbraakproces van organische resten in de bodem, nemen ook deel aan de aanvulling van koolstofdioxide in de atmosfeer. Koolstof wordt "geconserveerd" in gemineraliseerde, niet-rotte organische resten. In steenkool en bruinkool, turf, olieschalie en soortgelijke afzettingen. Maar het belangrijkste koolstofreservefonds bestaat uit kalksteen en dolomiet. De koolstof die ze bevatten is “veilig verborgen” in de diepten van de planeet en komt alleen vrij tijdens tektonische verschuivingen en de uitstoot van vulkanische gassen tijdens uitbarstingen.

Vanwege het feit dat het proces van ademhaling met het vrijkomen van koolstof en het proces van fotosynthese met de absorptie ervan zeer snel door levende organismen gaat, neemt slechts een klein deel van de totale koolstof op de planeet deel aan de cyclus. Als dit proces niet wederkerig zou zijn, zouden sushi-planten alleen al in slechts vier tot vijf jaar alle koolstof verbruiken.

Dankzij menselijke activiteit heeft de plantenwereld momenteel geen tekort aan koolstofdioxide. Het wordt onmiddellijk en gelijktijdig aangevuld vanuit twee bronnen. Door zuurstof te verbranden tijdens de werking van de industrie, productie en transport, maar ook in verband met het gebruik van deze ‘ingeblikte goederen’ – steenkool, turf, schalie, enzovoort – voor het werk van dit soort menselijke activiteiten. Waarom steeg het koolstofdioxidegehalte in de atmosfeer met 25%?

Fosfor

De fosforcyclus in de biosfeer is onlosmakelijk verbonden met de synthese van organische stoffen zoals ATP, DNA, RNA en andere.

Het fosforgehalte in bodem en water is zeer laag. De belangrijkste reserves bevinden zich in rotsen die in het verre verleden zijn gevormd. Met de verwering van deze rotsen begint de fosforcyclus.

Fosfor wordt alleen door planten opgenomen in de vorm van orthofosforzuurionen. Dit is vooral een product van de verwerking van organische resten door grafdelvers. Maar als de bodem een ​​hoge alkalische of zure factor heeft, lossen fosfaten er praktisch niet in op.

Fosfor is een uitstekende voedingsstof voor verschillende soorten bacteriën. Vooral blauwalgen, die zich snel ontwikkelen bij een verhoogd fosforgehalte.

Het grootste deel van de fosfor wordt echter via rivieren en ander water naar de oceaan afgevoerd. Daar wordt het actief gegeten door fytoplankton, en daarmee ook door zeevogels en andere diersoorten. Vervolgens valt fosfor naar de oceaanbodem en vormt sedimentair gesteente. Dat wil zeggen, het keert terug naar de grond, alleen onder een laag zeewater.

Zoals je kunt zien, is de fosforcyclus specifiek. Het is moeilijk om het een circuit te noemen, omdat het niet gesloten is.

Zwavel

In de biosfeer is de zwavelcyclus noodzakelijk voor de vorming van aminozuren. Het creëert de driedimensionale structuur van eiwitten. Het gaat om bacteriën en organismen die zuurstof verbruiken om energie te synthetiseren. Ze oxideren zwavel tot sulfaten, en eencellige prenucleaire levende organismen reduceren sulfaten tot waterstofsulfide. Daarnaast oxideren hele groepen zwavelbacteriën waterstofsulfide tot zwavel en vervolgens tot sulfaten. Planten kunnen alleen zwavelionen uit de bodem opnemen - SO 2-4. Sommige micro-organismen zijn dus oxidatiemiddelen, terwijl andere reductiemiddelen zijn.

De plaatsen waar zwavel en zijn derivaten zich ophopen in de biosfeer zijn de oceaan en de atmosfeer. Zwavel komt in de atmosfeer terecht door het vrijkomen van waterstofsulfide uit water. Bovendien komt zwavel in de vorm van kooldioxide in de atmosfeer terecht wanneer fossiele brandstoffen worden verbrand bij de productie en voor huishoudelijke doeleinden. Voornamelijk steenkool. Daar oxideert het en verandert het in zwavelzuur in regenwater en valt ermee op de grond. Zure regen zelf veroorzaakt aanzienlijke schade aan de hele planten- en dierenwereld, en bovendien komt het, met storm- en smeltwater, in rivieren terecht. Rivieren transporteren zwavelsulfaationen naar de oceaan.

Zwavel zit ook in gesteenten in de vorm van sulfiden en in gasvormige vorm - waterstofsulfide en zwaveldioxide. Op de bodem van de zeeën bevinden zich afzettingen van inheemse zwavel. Maar dit is allemaal “reserve”.

Water

Er is geen wijdverspreider stof in de biosfeer. De reserves bevinden zich voornamelijk in de zout-bittere vorm van het water van de zeeën en oceanen: ongeveer 97%. De rest is zoet water, gletsjers en ondergronds en grondwater.

De watercyclus in de biosfeer begint conventioneel met de verdamping van het oppervlak van reservoirs en plantenbladeren en bedraagt ​​ongeveer 500.000 kubieke meter. km. Het keert terug in de vorm van neerslag, die ofwel rechtstreeks terugvalt in waterlichamen, ofwel door de bodem en het grondwater gaat.

De rol van water in de biosfeer en de geschiedenis van zijn evolutie is zodanig dat al het leven vanaf het moment van zijn verschijning volledig afhankelijk was van water. In de biosfeer heeft water vele malen cycli van ontbinding en geboorte doorgemaakt via levende organismen.

De watercyclus is grotendeels een fysiek proces. De dieren- en vooral de plantenwereld speelt hierin echter een belangrijke rol. De verdamping van water uit de oppervlakten van boombladeren is zodanig dat bijvoorbeeld een hectare bos tot 50 ton water per dag verdampt.

Als de verdamping van water van de oppervlakken van reservoirs natuurlijk is vanwege de circulatie ervan, dan is een dergelijk proces voor continenten met hun bosgebieden de enige en belangrijkste manier om het te behouden. Hier vindt de circulatie plaats als in een gesloten cyclus. Neerslag wordt gevormd door verdamping van bodem- en plantoppervlakken.

Tijdens fotosynthese gebruiken planten de waterstof in een watermolecuul om een ​​nieuwe organische verbinding te creëren en zuurstof vrij te geven. En omgekeerd ondergaan levende organismen tijdens het ademen een oxidatieproces en wordt er opnieuw water gevormd.

Als we de circulatie van verschillende soorten chemicaliën beschrijven, worden we geconfronteerd met een actievere menselijke invloed op deze processen. Momenteel heeft de natuur, vanwege haar miljardenjarige overlevingsgeschiedenis, te maken met de regulering en het herstel van verstoorde evenwichten. Maar de eerste symptomen van de ‘ziekte’ zijn er al. En dit is het ‘broeikaseffect’. Wanneer twee energieën: zonne-energie en gereflecteerd door de aarde, levende organismen niet beschermen, maar elkaar integendeel versterken. Als gevolg hiervan stijgt de omgevingstemperatuur. Welke gevolgen zou een dergelijke toename kunnen hebben, afgezien van het versnelde smelten van gletsjers en de verdamping van water van de oppervlakte van de oceaan, het land en de planten?

Video - Cyclus van stoffen in de biosfeer

Vraag 1. Wat is de belangrijkste functie van de biosfeer?

De belangrijkste functie van de biosfeer is het verzekeren van de cyclus van chemische elementen, die tot uiting komt in de circulatie van stoffen tussen de atmosfeer, de bodem, de hydrosfeer en levende organismen.

Vraag 2. Vertel ons iets over de watercyclus in de natuur.

Water verdampt en wordt door luchtstromen over lange afstanden getransporteerd. Het valt op het landoppervlak in de vorm van neerslag en draagt ​​bij aan de vernietiging van gesteenten, maakt ze toegankelijk voor planten en micro-organismen, erodeert de bovenste bodemlaag en gaat, samen met daarin opgeloste chemische verbindingen en zwevende organische deeltjes, de zeeën in. en oceanen. De watercirculatie tussen de oceaan en het land is een cruciale schakel in het in stand houden van het leven op aarde.

Vraag 3. Nemen levende organismen deel aan de watercyclus? Zo ja, vul dan het diagram in Figuur 113 in, waarbij u de deelname van levende organismen aan de cyclus aangeeft.

Planten nemen op twee manieren deel aan de watercyclus: ze halen het uit de grond en verdampen het in de atmosfeer; Een deel van het water in plantencellen wordt afgebroken tijdens fotosynthese. In dit geval wordt waterstof gefixeerd in de vorm van organische verbindingen en komt zuurstof in de atmosfeer.

Dieren consumeren water om de osmotische en zoutbalans in het lichaam te behouden en geven dit samen met metabolische producten af ​​aan de externe omgeving.

Vraag 4. Welke organismen nemen kooldioxide op uit de atmosfeer?

Tijdens fotosynthese gebruiken groene planten koolstofdioxide en waterstof in water om organische verbindingen te synthetiseren, en de vrijkomende zuurstof komt vrij in de atmosfeer.

Vraag 5: Hoe keert vaste koolstof terug naar de atmosfeer?

Verschillende dieren en planten ademen zuurstof in, en het eindproduct van de ademhaling – CO2 – komt vrij in de atmosfeer.

Vraag 6. Teken een diagram van de stikstofcyclus in de natuur.

Vraag 7. Bedenk en geef voorbeelden waaruit blijkt dat micro-organismen een belangrijke rol spelen in de zwavelcyclus.

Diep in de grond en in mariene sedimentaire gesteenten worden zwavelverbindingen met metalen - sulfiden - door micro-organismen omgezet in een toegankelijke vorm: sulfaten, die door planten worden opgenomen. Met behulp van bacteriën worden individuele oxidatie-reductiereacties uitgevoerd. Diep begraven sulfaten worden gereduceerd tot H2S, dat opstijgt en door aërobe bacteriën wordt geoxideerd tot sulfaten. De ontbinding van lijken van dieren of planten zorgt voor de terugkeer van zwavel in de cyclus.

Vraag 8. Het dieet van ieder mens moet visgerechten bevatten. Leg uit waarom dit belangrijk is.

Samen met de gevangen vis wordt ongeveer 60.000 ton elementaire fosfor terug aan land gebracht. 70% van alle fosfor in ons lichaam is geconcentreerd in botweefsel en tanden. Het vormt samen met calcium de juiste structuur van botten en zorgt voor hun mechanische sterkte. De ideale verhouding tussen de hoeveelheid fosfor en calcium wordt beschouwd als 1 op 2 of 3 op 4. En als ze bijvoorbeeld gelijk zijn, zal het bot, dat geleidelijk calcium verliest, hard worden, maar kwetsbaar, net als glas. is op het eerste gezicht behoorlijk moeilijk, maar tegelijkertijd gemakkelijk te breken.

Fosfor is de belangrijkste energiedrager; het maakt deel uit van adenosinetrifosfaat (afgekort als ATP), dat in het bloed wordt opgenomen en energie levert aan alle cellen die het nodig hebben.

Vraag 9. Bespreek klassikaal hoe de cyclus van stoffen in de natuur zou veranderen als alle levende organismen op de planeet zouden verdwijnen.

Alle levende organismen nemen deel aan de cyclus van stoffen, waarbij ze sommige stoffen uit de externe omgeving absorberen en andere daarin vrijgeven. Planten verbruiken dus kooldioxide, water en minerale zouten uit de externe omgeving en geven er zuurstof aan af. Dieren ademen de zuurstof in die vrijkomt door planten, en door ze te eten, assimileren ze organische stoffen die zijn gesynthetiseerd uit water en koolstofdioxide en geven ze koolstofdioxide, water en stoffen vrij uit het onverteerde deel van het voedsel. Wanneer bacteriën en schimmels dode planten en dieren afbreken, worden extra hoeveelheden kooldioxide gevormd en worden organische stoffen omgezet in mineralen, die in de bodem terechtkomen en weer door planten worden opgenomen. Zo migreren atomen van de chemische basiselementen voortdurend van het ene organisme naar het andere, van de bodem, de atmosfeer en de hydrosfeer - naar levende organismen, en van daaruit - naar het milieu, waardoor de levenloze materie van de biosfeer wordt aangevuld. Deze processen worden een oneindig aantal keren herhaald. Dus alle zuurstof in de lucht passeert bijvoorbeeld in tweeduizend jaar de levende materie, alle koolstofdioxide in 200-300 jaar.

De continue circulatie van chemische elementen in de biosfeer langs min of meer gesloten paden wordt de biogeochemische cyclus genoemd. De behoefte aan een dergelijke circulatie wordt verklaard door het beperkte aanbod ervan op de planeet. Om de oneindigheid van het leven te garanderen, moeten chemische elementen in een cirkel bewegen. Met het verdwijnen van levende organismen zou er een verstoring van de circulatie van stoffen en energie optreden, en als gevolg daarvan de dood van de biosfeer.

De biosfeer is de buitenste schil van onze planeet, de belangrijkste processen vinden daarin plaats, een van de belangrijkste geosferen. De circulatie van stoffen in de biosfeer is en blijft al eeuwenlang het voorwerp van nauwgezette aandacht van wetenschappers. Dankzij de cyclus van stoffen wordt er een mondiale chemische uitwisseling gevormd voor al het leven op aarde, waardoor de vitale activiteit van elke individuele soort wordt ondersteund.

Snelle navigatie door het artikel

Twee gyres

Er zijn twee hoofdcycli:

1. geologisch, het wordt ook wel groot genoemd,
2. biologisch, hij is klein.

Geologie is van mondiaal belang, omdat het stoffen circuleert tussen de waterbronnen van de aarde en het land op de planeet. Het zorgt voor de wereldwijde circulatie van water, bekend bij elk schoolkind: neerslag, verdamping, neerslag, dat wil zeggen een bepaald patroon.

De systeemvormende factor hier is water in al zijn geaggregeerde toestanden. De volledige cyclus van deze actie maakt het mogelijk dat de geboorte van organismen, hun ontwikkeling, voortplanting en evolutie plaatsvinden. Het algoritme van een grote cyclus van substantiecirculatie zorgt, naast het verzadigen van landgebieden met vocht, voor de vorming van andere natuurlijke verschijnselen: de vorming van afzettingsgesteenten, mineralen, stollingslava's en mineralen.

De biologische cyclus is de voortdurende uitwisseling van stoffen tussen levende organismen en componenten van natuurlijke componenten. Dit gebeurt op deze manier: levende organismen ontvangen energiestromen, en vervolgens, door het proces van ontbinding van organisch materiaal te doorlopen, komt de energie opnieuw de elementen van de omgeving binnen.

De cyclus van organisch materiaal is rechtstreeks verantwoordelijk voor de uitwisseling van stoffen tussen vertegenwoordigers van flora, fauna, micro-organismen, bodemgesteenten, enzovoort. De biologische cyclus wordt op verschillende niveaus van het ecosysteem gewaarborgd en vormt een unieke circulatie van chemische reacties en verschillende energietransformaties in de biosfeer. Dit plan werd vele duizenden jaren geleden gevormd en heeft al die tijd op dezelfde manier gewerkt.

Essentiële elementen

Er zijn veel chemische elementen in de natuur, maar er zijn er niet zoveel die nodig zijn voor de levende natuur. Er zijn vier hoofdelementen:

1. zuurstof,
2. waterstof,
3. koolstof,
4. stikstof.

De hoeveelheid van deze stoffen beslaat meer dan de helft van de totale biologische kringloop van stoffen in de natuur. Er zijn ook elementen die belangrijk zijn, maar die in veel kleinere hoeveelheden worden gebruikt. Dit zijn fosfor, zwavel, ijzer en enkele andere.

Biogeochemische cycli zijn onderverdeeld in twee belangrijke acties, zoals de productie van zonne-energie door de zon en chlorofyl door groene planten. Chemische elementen hebben onvermijdelijke contactpunten met de biogeochemische elementen en vullen tegelijkertijd deze procedure aan.

Koolstof

Dit chemische element is een essentieel onderdeel van elke levende cel, organisme of micro-organisme. Organische koolstofverbindingen kunnen veilig het hoofdbestanddeel van de mogelijkheid van het optreden en de ontwikkeling van leven worden genoemd.

In de natuur wordt dit gas aangetroffen in atmosferische lagen en gedeeltelijk in de hydrosfeer. Het is van hen dat koolstof wordt geleverd aan alle planten, algen en sommige micro-organismen.

Het vrijkomen van gas vindt plaats door de ademhaling en vitale activiteit van levende organismen. Bovendien wordt de hoeveelheid koolstof in de biosfeer aangevuld vanuit de bodemlagen, dankzij de gasuitwisseling die wordt uitgevoerd door de wortelsystemen van planten, waarbij residuen en andere groepen organismen worden afgebroken.

Het concept van de biosfeer en de biologische cyclus kan niet worden voorgesteld zonder het koolstofmetabolisme. De aarde heeft een aanzienlijke voorraad van dit chemische element en wordt aangetroffen in sommige sedimentaire gesteenten, levenloze organismen en fossielen.

Koolstofinput is mogelijk uit kalksteenrotsen die zich ondergronds bevinden; ze kunnen worden blootgesteld tijdens mijnbouw of accidentele bodemerosie.

Koolstofomzet in de biosfeer vindt plaats door herhaalde passage door de ademhalingssystemen van levende organismen en accumulatie in abiotische factoren van het ecosysteem.

Fosfor

Fosfor, als onderdeel van de biosfeer, is in zijn pure vorm niet zo waardevol als in veel organische verbindingen. Sommigen van hen zijn van vitaal belang: in de eerste plaats zijn dit het DNA, RKN en ATP van de cellen. Het fosforcyclusschema is specifiek gebaseerd op de orthofosforverbinding, omdat dit type stof het beste wordt opgenomen.

De rotatie van fosfor in de biosfeer bestaat grofweg uit twee delen:

1. het aquatische deel van de planeet – van verwerking door primitief plankton tot afzetting in de vorm van skeletten van zeevissen,
2. terrestrische omgeving - hier is het het meest geconcentreerd in de vorm van bodemelementen.

Fosfor is de basis van zo'n beroemd mineraal als apatiet. De ontwikkeling van mijnen met fosforhoudende mineralen is erg populair, maar deze omstandigheid ondersteunt helemaal niet de fosforcyclus in de biosfeer, maar put integendeel de reserves ervan uit.

Stikstof

Het chemische element Stikstof is in minieme hoeveelheden op de planeet aanwezig. Het geschatte gehalte ervan, in alle levende elementen, bedraagt ​​slechts ongeveer twee procent. Maar zonder dit is het leven op aarde niet mogelijk.

Bepaalde soorten bacteriën spelen een beslissende rol in de stikstofcyclus in de biosfeer. Een grote mate van deelname wordt hier gegeven aan stikstofbinders en ammonificerende micro-organismen. Hun deelname aan dit algoritme is zo belangrijk dat als sommige vertegenwoordigers van deze soorten verdwijnen, de waarschijnlijkheid van leven op aarde in twijfel wordt getrokken.

Het punt hier is dat dit element in zijn moleculaire vorm, zoals het eruit ziet in atmosferische lagen, niet door planten kan worden opgenomen. Om de omzetting van stikstof in de biosfeer te garanderen, is het daarom noodzakelijk om het te verwerken tot ammoniak of ammonium. Het stikstofrecyclingschema is dus volledig afhankelijk van de activiteit van bacteriën.

De koolstofcyclus in de biosfeer speelt ook een belangrijke rol in het proces van stikstofcyclus in het ecosysteem; beide cycli zijn nauw met elkaar verbonden.

Moderne productieprocessen voor kunstmest en andere industriële factoren hebben een enorme impact op het stikstofgehalte in de atmosfeer; in sommige gebieden is de hoeveelheid vele malen hoger.

Zuurstof

In de biosfeer is er een constante cyclus van stoffen en de transformatie van energie van het ene type naar het andere. De belangrijkste cyclus in dit opzicht is de functie van fotosynthese. Het is de fotosynthese die het luchtruim voorziet van vrije zuurstof, die in staat is bepaalde lagen van de atmosfeer te ozoniseren.

Zuurstof komt ook vrij uit watermoleculen tijdens de watercyclus in de biosfeer. Deze abiotische factor voor de aanwezigheid van dit element is echter verwaarloosbaar vergeleken met de hoeveelheid die door planten wordt geproduceerd.

De zuurstofcyclus in de biosfeer is een lang proces, maar zeer intens. Als we het volledige volume van dit chemische element in de atmosfeer nemen, duurt de volledige cyclus vanaf de ontbinding van organisch materiaal tot het vrijkomen door de plant tijdens fotosynthese ongeveer tweeduizend jaar! Deze cyclus kent geen onderbrekingen, maar vindt elke dag, elk jaar, duizenden jaren lang plaats.

Tegenwoordig wordt tijdens het stofwisselingsproces een aanzienlijke hoeveelheid vrije zuurstof gebonden als gevolg van industriële emissies, uitlaatgassen van transport en andere luchtverontreinigende stoffen.

Water

Het concept van de biosfeer en de biologische cyclus van stoffen is moeilijk voorstelbaar zonder zo'n belangrijke chemische verbinding als water. Het is waarschijnlijk niet nodig om uit te leggen waarom. Het watercirculatiepatroon is overal: alle levende organismen bestaan ​​voor driekwart uit water. Planten hebben het nodig voor fotosynthese, waarbij zuurstof wordt geproduceerd. Ademhaling produceert ook water. Als we de hele geschiedenis van het leven en de ontwikkeling van onze planeet kort evalueren, dan is de volledige cyclus van water in de biosfeer, van ontbinding tot nieuwe vorming, duizenden keren voltooid.

Omdat er in de biosfeer een constante cyclus van stoffen en de transformatie van energie van de een naar de ander plaatsvindt, is het de transformatie van water die onlosmakelijk verbonden is met bijna alle andere cycli en omzetten in de natuur.

Zwavel

Zwavel speelt als chemisch element een belangrijke rol bij het opbouwen van de juiste structuur van het eiwitmolecuul. De zwavelcyclus vindt plaats dankzij vele soorten protozoa, of beter gezegd, bacteriën. Aërobe bacteriën oxideren de zwavel in organisch materiaal tot sulfaten, en vervolgens voltooien andere soorten bacteriën het oxidatieproces tot elementaire zwavel. Een vereenvoudigd diagram waarmee de zwavelcyclus in de biosfeer kan worden beschreven, lijkt op continue processen van oxidatie en reductie.

Tijdens de cyclus van stoffen in de biosfeer hopen zwavelresiduen zich op in de Wereldoceaan. De bronnen van dit chemische element zijn de afvoer van rivieren, die zwavel transporteren met waterstromen uit de bodem en berghellingen. Zwavel wordt uitgestoten door rivier- en grondwater in de vorm van waterstofsulfide en komt gedeeltelijk in de atmosfeer terecht en komt van daaruit, opgenomen in de kringloop van stoffen, terug als onderdeel van regenwater.

Zwavelsulfaten, sommige soorten brandbaar afval en soortgelijke emissies leiden onvermijdelijk tot verhoogde niveaus van zwaveldioxide in de atmosfeer. De gevolgen hiervan zijn verschrikkelijk: zure regen, aandoeningen van de luchtwegen, vernietiging van vegetatie en andere. De transformatie van zwavel, oorspronkelijk bedoeld voor de normale werking van het ecosysteem, verandert tegenwoordig in een wapen om levende organismen te vernietigen.

Ijzer

Zuiver ijzer is zeer zeldzaam in de natuur. Kortom, het is bijvoorbeeld te vinden in de overblijfselen van meteorieten. Dit metaal zelf is zacht en buigzaam, maar reageert in de open lucht onmiddellijk met zuurstof en vormt oxiden en oxiden. Daarom is het belangrijkste type ijzerhoudende stof ijzererts.

Het is bekend dat de circulatie van stoffen in de biosfeer plaatsvindt in de vorm van verschillende verbindingen, waaronder ijzer, dat ook in de natuur een actieve circulatiecyclus heeft. Ferrum komt de bodemlagen of de Wereldoceaan binnen via rotsen of samen met vulkanische as.

In de levende natuur speelt ijzer een cruciale rol; zonder ijzer vindt het fotosyntheseproces niet plaats en wordt er geen chlorofyl gevormd. In levende organismen wordt ijzer gebruikt om hemoglobine te vormen. Nadat het zijn cyclus heeft voltooid, komt het in de bodem terecht in de vorm van organische resten.

Er bestaat ook een mariene ijzercyclus in de biosfeer. Het basisprincipe is vergelijkbaar met het basisprincipe. Sommige soorten organismen oxideren ijzer; Hier wordt energie gebruikt en na voltooiing van de levenscyclus bezinkt het metaal in de vorm van erts in de waterdiepte.

Bacteriën, organismen die betrokken zijn bij natuurlijke ecosysteemcycli

De circulatie van materie en energie in de biosfeer is een continu proces dat door zijn ononderbroken werking het leven op aarde garandeert. De basisprincipes van deze cyclus zijn zelfs voor schoolkinderen bekend: planten, die zich voeden met koolstofdioxide, geven zuurstof af, dieren en mensen ademen zuurstof in, waardoor koolstofdioxide achterblijft als afvalproduct van het ademhalingsproces. Het is de taak van bacteriën en schimmels om de overblijfselen van levende organismen te verwerken en deze om te zetten van organisch materiaal in mineralen, die uiteindelijk door planten worden opgenomen.

Welke functie vervult de biologische kringloop van stoffen? Het antwoord is simpel: aangezien het aanbod van chemische elementen en mineralen op de planeet, hoewel uitgebreid, nog steeds beperkt is. Wat nodig is, is een cyclisch proces van transformatie en vernieuwing van alle belangrijke componenten van de biosfeer. Het concept van de biosfeer en het biologische metabolisme definieert de eeuwige duur van levensprocessen op aarde.

Opgemerkt moet worden dat micro-organismen hierbij een zeer belangrijke rol spelen. De fosforcyclus is bijvoorbeeld onmogelijk zonder nitrificerende bacteriën, en ijzeroxidatieprocessen werken niet zonder ijzerbacteriën. Knobbelbacteriën spelen een grote rol in de natuurlijke omzetting van stikstof - zonder hen zou zo'n cyclus eenvoudigweg stoppen. In de cyclus van stoffen in de biosfeer zijn schimmels een soort orden, die organische resten afbreken in minerale componenten.

Elke klasse van organismen die de planeet bewonen, speelt een belangrijke rol bij de verwerking van bepaalde chemische elementen en draagt ​​bij aan het concept van de biosfeer en de biologische cyclus. Het meest primitieve voorbeeld van de hiërarchie van de dierenwereld is de voedselketen, maar levende organismen hebben veel meer functies, en het resultaat is mondialer.

Elk organisme is in feite een onderdeel van een biosysteem. Om de circulatie van stoffen in de biosfeer cyclisch en correct te laten verlopen, is het belangrijk om een ​​evenwicht te bewaren tussen de hoeveelheid stoffen die de biosfeer binnenkomen en de hoeveelheid die micro-organismen kunnen verwerken. Helaas wordt dit proces bij elke volgende cyclus van de natuurlijke cyclus steeds meer verstoord door menselijk ingrijpen. Milieuvraagstukken worden mondiale problemen van het ecosysteem en manieren om deze op te lossen zijn financieel duur, zelfs nog duurder als ze worden beoordeeld vanuit het perspectief van natuurlijke processen.