Круговорот веществ в природе

11 класс.

Тема урока «Круговорот веществ в природе»

Цель урока: дать понятие о круговороте веществ, взаимосвязи веществ в биосфере, соответствие единым законам природы.

Задачи:

образовательная - расширить знания о круговоротах важнейших биогенных элементов; показать основные этапы поглощения этих элементов, движение их по цепям питания и возвращение в неживую природу;

развивающая - развивать абстрактно-логическое мышление путем решения проблемной ситуации, создаваемой на уроке;

воспитательная - развивать культуру общения учащихся в процессе групповой деятельности.

Тип урока: комбинированный, с групповой формой работы

Методы: беседа, рассказ, частично-поисковый, работа с текстом и рисунками.

Технологии: личностно-ориентированные, информационно-коммуникационные, проектные.

Оборудование и материалы: ИКТ-средства: компьютер, мультимедийная установка, интерактивная доска, презентация в программе РowerPoint с материалами к уроку, таблица «Граница Биосферы», фломастеры.

План урока:

1. Организационный момент (1 мин.)

2. Актуализация знаний (3 мин.)

-Вступительное слово учителя

-Эвристическая беседа

1. Проверка домашнего задания (5 мин.)

-Проверка понятийного аппарата.

-Заполнение схемы.

-Эвристическая беседа.

1. Расширение и углубление знаний (15-20 мин.)

-Выступление учащихся с мини-проектами.

-Записи выводов.

1. Закрепление знаний формулировка общего вывода (4 мин.)

-Эвристическая беседа.

VI. Домашнее задание (1 мин.)

VII. Контроль и самопроверка знаний (5 мин.)

-Тест.

1. Рефлексия (2 мин.)

ХОД УРОКА

1. Организационный момент

Проверка готовности. Психологический настрой. Ученикам сообщается тема, задачи и план урока. (1 мин.)

2.Актуализация знаний (3 мин.)

Учитель. Мы продолжаем работать по теме «Биосфера», сегодня у нас необычный урок, в форме конференции. Учитель формулирует тему и цель урока. В основе урока положены информационные проекты учащихся класса. Учитель предлагает вспомнить основные этапы деятельности проекта.

1. Постановка проблемы.

2. Выдвижение путей решения проблемы.

3. Планирование деятельности по реализации проекта.

1. Сбор информации.

2. Структурирование информации.

3. Создание проекта.

4. Корректировка проекта.

5. Презентация проекта.

6. Самооценка и взаимооценка проекта.

3. Проверка домашнего задания.5 мин.

Проверка понятийного аппарата.

Слайд соотнеси понятия и определения.

На экране проецируются понятия и определения. С помощью электронного карандаша интерактивной доски, необходимо понятиям найти соответствующие определения.

Правильный ответ: 1-IV, 2-V, 3-I, 4-VII, 5-VI, 6-II, 7-III.

4. Расширение и углубление знаний. (20 мин.)

Класс делится на 5 групп. Каждой группе раздается пакет с заданиями. Для подготовки к выполнению дается 10 минут. Во время каждого выступления класс конспектирует схемы круговоротов.

Задание группы №1

1.  Прочтите текст «Круговорот углерода»

2.  Проанализируйте предложенную схему биогеохимического цикла (круговорота) углерода.

3.  Составьте свою схему круговорота углерода, следуя логике полученного материала и используя рисунки и картинки, на доске.

4.  Подготовить рассказ по этой схеме. Выбрать в группе главного докладчика, который выступит с рассказом перед классом (выступление не более 3 минут).

Задание группы №2

1.  Прочтите текст «Круговорот кислорода»

2.  Проанализируйте предложенную схему биогеохимического цикла (круговорота) кислорода.

3.  Составьте свою схему круговорота кислорода, следуя логике полученного материала и используя рисунки и картинки, на доске.

4.  Подготовить рассказ по этой схеме. Выбрать в группе главного докладчика, который выступит с рассказом перед классом (выступление не более 3 минут).

Задание группы №3

1.  Прочтите текст «Круговорот азота»

2.  Проанализируйте предложенную схему биогеохимического цикла (круговорота) азота.

3.  Составьте свою схему круговорота азота, следуя логике полученного материала и используя рисунки и картинки, на доске.

4.  Подготовить рассказ по этой схеме. Выбрать в группе главного докладчика, который выступит с рассказом перед классом (выступление не более 3 минут).

Задание группы №4

1.  Прочтите текст «Круговорот фосфора»

2.  Проанализируйте предложенную схему биогеохимического цикла (круговорота) фосфора.

3.  Составьте свою схему круговорота фосфора, следуя логике полученного материала и используя рисунки и картинки, на доске.

4.  Подготовить рассказ по этой схеме. Выбрать в группе главного докладчика, который выступит с рассказом перед классом (выступление не более 3 минут).

Задание группы №5

1.  Прочтите текст «Круговорот серы»

2.  Проанализируйте предложенную схему биогеохимического цикла (круговорота) серы.

3.  Составьте свою схему круговорота серы, следуя логике полученного материала и используя рисунки и картинки, на доске.

4.  Подготовить рассказ по этой схеме. Выбрать в группе главного докладчика, который выступит с рассказом перед классом (выступление не более 3 минут).

-Выступление учащихся с мини-проектами.

-Заполнение таблицы «Круговорот веществ в природе». (По ходу выступления уащихся)

Формулируется общий вывод:

• главная функция биосферы заключается в обеспечении круговорота химических элементов, который выражается в циркуляции веществ между атмосферой, почвой, гидросферой и живыми организмами.

1. Домашнее задание: изучить п.5.2, ответить на вопрос «Вечна ли биосфера? Могут ли люди усовершенствовать ее?»

VII. Контроль и самопроверка знаний (5 мин.)

-Тест.

1. Совокупность всех живых организмов В.И. Вернадский предложил назвать:

А) жизнь

Б) биомасса

В) живое вещество

2. К косному веществу биосферы относятся:

А) нефть, каменный уголь, известняк

Б) вода, почва,

В) гранит, базальт,

Г) растения, животные, бактерии, грибы.

3. Превращение нитратов в свободный азот получило название:

А) денитрификации,

Б) нитрификации,

В) аммонификации.

4. Бактерии, способствующие усваивать атмосферный азот, называются:

А) серобактерии,

Б) нитрифицирующие бактерии,

В) азотобактерии.

5. Концентрационная функция живого вещества состоит в способности:

А) живых организмов накапливать и передавать по пищевой цепи энергию,

Б) хемоавтотрофов окислять химические элементы.

В) зеленых растений использовать углекислый газ и выделять в атмосферу кислород.

Правильные ответы: 1в, 2.в, 3а, 4в, 5а.

Учащиеся выполняют тест, проверяют и выставляют отметки.

VIII. Рефлексия (2 мин.). Необходимо отметить на шкале (от 1 до 5) свое отношение к уроку. Учащиеся, работая в интерактивном режиме на доске, ставят отметки.

Познавательно Интересно Полезно Научно

5

1

Таким образом, представляется целая картина, выражающая отношение учащихся к уроку.

Круговорот серы.

Минеральная сера попадает в почву в результате естественного разложения серного и медного колчеданов в горных породах. Она переносится с атмосферными осадками и попадает в наземные и водные экосистемы.

Для круговорота серы характерен обширный резервный фонд в почве и отложениях и меньший фонд - в атмосфере.

В быстро обменивающемся фонде серы ключевую роль играют специализированные группы микроорганизмов (сульфатокисляющих и сульфатредуцирующих).

Сера является компонентом белков и входит в состав ряда аминокислот: цистина, цистеина, метионина. Эти аминокислоты синтезируются растениями, использующими минеральную серу. В организм животных сера попадает с растительной пищей.

Рис. 8. Круговорот серы, охватывающий воздух, воду и почву.

"Кольцо" в центре схемы иллюстрирует процессы окисления (О) и восстановления (R), благодаря которым происходит обмен серы между фондом доступного сульфата (SO₄ ) и фондом сульфидов железа в почве и в осадках. Специализированные микроорганизмы выполняют реакции: H₂S S₂ SO₄ - бесцветные, зеленые и пурпурные серобактерии; SO₄ H₂ S (анаэробное восстановление сульфата) - Desulfovibrio; H₂S SO₄ (аэробное окисление сульфида) - тиобациллы; органическая S в SO₄ и H₂ S - аэробные и анаэробные гетеротрофные микроорганизмы соответственно. Первичная продукция, разумеется, обеспечивает включение сульфата в органическое вещество, а экскреция животными служит путем возвращения сульфата в круговорот. Двуокись серы (SO₂ ), выделяющаяся в атмосферу при сжигании горючих ископаемых, особенно угля, является одним из самых опасных компонентов промышленных выбросов (по Ю. Одуму, 1986).

Наиболее изучен в настоящее время круговорот азота в природе (схема 2).

Он складывается из трех основных процессов: 

1) фиксации азота атмосферы; 2) окисления азота — нитрификации; 3) восстановления азота, включающего процессы аммонификации, или гниения, и де- нитрификации. Каждый из этих процессов осуществляется определенной группой бактерий.
Фиксация азота атмосферы, который находится в свободном состоянии, возможна только с помощью двух групп азотфиксирующих микроорганизмов. Это свобод- ноживущие азотфиксирующие бактерии и микробы-симбионты— клубеньковые бактерии (схема 2, I).

Они имеют ферменты, обладающие способностью связывать свободный азот с другими химическими элементами. Фиксируя азот атмосферы, эти микроорганизмы синтезируют сложные органические соединения. Значение азотфиксирующих микроорганизмов велико. Они обогащают почву связанным азотом и способствуют ее плодородию.

Аммонификация, или гниение, — процесс разложения белков на менее сложные соединения: пептоны, пептиды, аминокислоты. Последние в свою очередь могут разрушаться до конечных продуктов — аммиака (схема 2, II). 

В процессах расщепления белка активное участие принимают аэробные микроорганизмы: В. subtilis, В. mycoides, В. mesentericus и пигментообразующие бактерии: В. pseudomonas fluorescens. В анаэробных условиях процессы разложения белка могут осуществлять протей, кишечная палочка, а также актиномицеты и плесневые грибы. В этих случаях, помимо аммиака и углекислого газа, образуются продукты промежуточного обмена: органические кислоты, спирты, амины и др. Существуют бактерии, расщепляющие мочевину до аммиака. Частично он улетучивается в атмосферу, но в основном подвергается дальнейшим превращениям в почве при так называемых процессах нитрификации.

Процессы нитрификации, или окисления, аммиака в нитриты, а затем в нитраты осуществляют почвенные бактерии (схема 2, III). В результате этого процесса растения получают питательные вещества, необходимые для жизнедеятельности. На первом этапе нитрификации  нитрозные бактерии (нитрозомонас, нитрозоцистис, нитрозоспира) окисляют аммиак в азотистую кислоту, получая при этом энергию, необходимую для своей жизни (схема 2, ІІІа). На втором этапе нитратные бактерии (нитробактер) окисляют азотистую кислоту в азотную (схема 2,III б). Азотная кислота, растворяя, например, фосфат кальция, приводит к образованию фосфатов, которые легко усваиваются растениями.

Процессы денитрификации возможны в природных условиях при наличии в почве микробов-денитрификаторов, которые восстанавливают нитраты до молекулярного азота (схема 2, IV). Эти процессы протекают на глубине 10—15 см в почве в анаэробных условиях и ведут к понижению плодородия почвы, уменьшая в ней запасы нитратов. Образовавшийся азот улетучивается в атмосферу.

Круговорот фосфора в природе.

Фосфор является одним из важнейших компонентов живого вещества, он входит в структуру ДНК → участвует в передачи генетической информации следующим поколениям живых организмов; из фосфолипидов построена клеточная мембрана; фосфор входит в состав костной ткани и т.д.

Фосфор наряду с азотом является основным лимитирующим фактором развития растений и фитопланктона → он регулирует биопродуктивность → влияет на эвтрофирование.

Основной резервуар фосфора – воды суши.

Основной источник неорганич. фосфора – изверженные (аппатиты) и осадочные (фосфориты) горные пороыы.

Довольно редкий элемент:

Круговорот фосфора на суши:

Неорг. (Р) земной коры растворяется водой → выносится на сушу→ поглощается растениями в процессе минерального питания → движется по пищевой цепочке в виде органического в-ва → в процессе метаболизма выделяется в почву, где минерализуется деструкторами → мин. в-во вновь используется первичными продуцентами.

Круговорот фосфора в воде:

Сюда попадает с суши вместе с поверхностными и грунтовыми водами и вовлекается в биокруговорот → в мертвой органике происходит постоянное осадконакопление: отмершие живые организмы опускаются на дно и медленно разлагаются → при разложении образуется мин. (Р), который соединяясь с (Fe) образует нерастворимых химические комплексы → изъятие фосфора из экосистемы в масштабах биосферы круговорот фосфора не замкнутый !!!

Органический фосфор, осевший на небольших глубинах может быть вовлечен в круговорот снова, однако в глубоководных зонах океана фосфор накапливается в морских осадках. Частичное возвращение фосфора на сушу происходит через птичий помет и выловленную рыбу.

Применение фосфорных удобрений и моющих средств увеличило кол-во фосфора в природных экосистемах..

Кислород является наиболее распространенным элементом на Земле. В морской воде содержится 85,82% кислорода, в атмосферном воздухе 23,15% по весу или 20,93% по объему, а в земной коре 47,2% по весу. Такая концентрация кислорода в атмосфере поддерживается постоянной благодаря процессу фотосинтеза. В этом процессе зеленые растения под действием солнечного света превращают диоксид углерода и воду в углеводы и кислород. Главная масса кислорода находится в связанном состоянии; количество молекулярного кислорода в атмосфере оценивается в 1,5* 1015 m, что составляет всего лишь 0,01% от общего содержания кислорода в земной коре. В жизни природы кислород имеет исключительное значение. Кислород и его соединения незаменимы для поддержания жизни. Они играют важнейшую роль в процессах обмена веществ и дыхании. Кислород входит в состав белков, жиров, углеводов, из которых «построены» организмы; в человеческом организме, например, содержится около 65% кислорода.

Большинство организмов получают энергию, необходимую для выполнения их жизненных функций, за счет окисления тех или иных веществ с помощью кислорода. Убыль кислорода в атмосфере в результате процессов дыхания, гниения и горения возмещается кислородом, выделяющимся при фотосинтезе. Вырубка лесов, эрозия почв, различные горные выработки на поверхности уменьшают общую массу фотосинтеза и снижают круговорот на значительных территориях.

Наряду с этим, мощным источником кислорода является, по-видимому, фотохимическое разложение водяного пара в верхних слоях атмосферы под влиянием ультрафиолетовых лучей солнца. Таким образом, в природе непрерывно совершается круговорот кислорода, поддерживающий постоянство состава атмосферного воздуха.

Кроме описанного выше круговорота кислорода в несвязанном виде, этот элемент совершает еще и важнейший круговорот, входя в состав воды. Круговорот воды (H2O) заключается в испарении воды с поверхности суши и моря, переносе ее воздушными массами и ветрами, конденсации паров и последующее выпадение осадков в виде дождя, снега, града, тумана.

-Заполнение таблицы «Круговорот веществ в природе». (По ходу выступления учащихся)

-Тест.

1. Совокупность всех живых организмов В.И. Вернадский предложил назвать:

А) жизнь

Б) биомасса

В) живое вещество

2. К косному веществу биосферы относятся:

А) нефть, каменный уголь, известняк

Б) вода, почва,

В) гранит, базальт,

Г) растения, животные, бактерии, грибы.

3. Превращение нитратов в свободный азот получило название:

А) денитрификации,

Б) нитрификации,

В) аммонификации.

4. Бактерии, способствующие усваивать атмосферный азот, называются:

А) серобактерии,

Б) нитрифицирующие бактерии,

В) азотобактерии.

5. Концентрационная функция живого вещества состоит в способности:

А) живых организмов накапливать и передавать по пищевой цепи энергию,

Б) хемоавтотрофов окислять химические элементы.

В) зеленых растений использовать углекислый газ и выделять в атмосферу кислород.