Опорный конспект к уроку "Круговорот химических элементов в биосфере" 11 класс
методическая разработка по биологии (11 класс)

Круговорот веществ в биосфере (11 класс)

Биологический круговорот — циклически повторяющиеся перемещения биогенных элементов в биосфере, в которых участвуют живые организмы и абиотическая среда. Все элементы — углерод, водород, кислород, азот, фосфор, сера и другие, поглощаются организмами из окружающей среды, входят в состав их тел (белков, нуклеиновых кислот, липидов, углеводов) и, наконец, в результате минерализации (разложения) погибших организмов, возвращаются в окружающую среду, чтобы использоваться повторно.

В биосфере совершается постоянный круговорот химических элементов, переходящих из организма в организм, в неживую природу и снова в организм. Это биогенная миграция, отличающаяся от происходящих на Земле физико-химических перемещений в водной среде (растворение элементов, передвижение растворов в почвенных, грунтовых и поверхностных водах) и атмосфере (передвижение газообразных соединений и паров воды).

Биогенная миграция атомов - круговорот химических элементов, переходящих из неживой природы в живые организмы и обратно

В круговороте веществ биосферы в состав живых организмов и неживой природы входят одни и те же элементы (углерод, азот, водород, кислород, сера). На самом деле в природе существует огромное количество изотопов химических элементов, но далеко не все из них входят в состав живых организмов. В состав органических соединений входят определенные изотопы элементов. Из трех изотопов водорода 'Н, 2Н, 3Н в состав веществ живых организмов входит первый. В природе существуют три изотопа кислорода: О, |70, 180. Кислород 160, наиболее легкий, входит в состав воды и участвует в фотосинтезе. Известно, что в состав органических веществ входит 12С, тогда как в неорганических процессах участвует 13С.

Расселение, передвижение организмов (бактерий, спор, семян, насекомых, птиц, рыб и др.) способствуют миграции атомов. Перенос химических элементов производится дальними миграциями птиц, рыб и насекомых. Биогенная миграция вызывается тремя процессами жизни: обменом веществ в организмах, ростом и размножением их.

В.И.Вернадский выделил два рода биогенной миграции атомов: первый производят микроорганизмы и второй — многоклеточные организмы. Миграция атомов первого рода превышает миграцию второго. Человечество овладело миграцией атомов третьего рода, идущей под влиянием его деятельности.

Виды биогенных миграций:

1. миграции 1 рода – микроорганизменные
2. миграции 2  рода – многоклеточные
3. миграции 3  рода – антропогенные

Круговороты химических элементов

Круговорот Углерода

Пояснение к схеме (смотри цифры на схеме).

1. В неживой природе углерод содержится в виде углекислого газа в атмосфере или растворён в водах Мирового океана.
2. В ходе фотосинтеза углекислый газ поглощается растениями и преобразуется в органические вещества
3. Животные, поедая растения, получают углерод и включают его в свои органические соединения
4. При дыхании, разложении после отмирания, живые организмы  выделяют углекислый газ, который возвращается в атмосферу.
5. Из воды углекислый газ поглощается водными организмами (коралловыми полипами, моллюсками, простейшими), накапливается в их организмах в виде карбоната кальция (раковины, известковые скелеты). После отмирания таких организмов образуются залежи мела, мрамора, известняка (похожий процесс идёт и при отмирании наземных растений, при котором образуются залежи угля, нефти, торфа, природного газа – стрелку забыла сразу пронумеровать, обнаружила это только, когда уже вставила схему в документ)
6. Эти горные породы органического происхождения на миллионы лет изымаются из круговорота веществ. Их может использовать человек в качестве полезных ископаемых. В результате промышленного использования (например, при сжигании топлива) соединения, из которых они состоят, превращаются в углекислый газ и тем самым углерод возвращается в круговорот веществ.

Круговорот азота

Пояснение к схеме

1. В неживой природе азот содержится в воздухе в виде простого вещества (вспомните из курса химии, что в молекуле азота очень прочная тройная ковалентная неполярная связь, вследствие чего разорвать эту связь, т.е. вовлечь азот в химическую реакцию, очень сложно). Единственные организмы, способные усваивать атмосферный азот (т.е. использовать молекулы азота в реакциях обмена веществ), это азотофиксирующие  бактерии (и никто больше), которые могут жить свободно в почве или образовывать симбиоз с бобовыми бактериями (в этом случае их называют клубеньковыми)
2. Соединения азота, образованные этими бактериями, получают растения и используют их для построения своих органических веществ (ОВ)
3. Поедая растения, животные получают эти соединения азота и включают их в свой обмен веществ
4. Есть ещё один путь связывания атмосферного азота. Под действием электрических разрядов (молний), в области действия которых температура повышается до нескольких тысяч градусов, возможно протекание химических реакций взаимодействия азота с кислородом (из химии вспомните это свойство азота), в результате чего образуются соединения азота, которые затем вымываются дождями из атмосферы и попадают в почву, а следовательно, могут усваиваться растениями.
5. Отмирая, растения и животные разлагаются (в этом активное участие принимают гнилостные бактерии),
6. При этом выделяется аммиак, который очень быстро превращается в ион аммония.
7. Аммиак также выделяется в результате вулканической деятельности, вымывается дождями из атмосферы и попадает в почву.
8. Соединения аммония могут из почвы усваивать растения (вспомните, эти соединения входят в состав азотных удобрений, например, аммиачной селитры)
9. В почве обитают нитрифицирующие бактерии (это хемосинтетики, вспомните хемосинтез из 10 класса), которые превращают аммиак в нитриты и нитраты (отсюда и их название)
10. Нитриты и нитраты также могут поглощаться из почвы растениями
11. Часть нитритов и нитратов под действием денитрифицирующих бактерий (приставка «де» - разрушение) превращаются в молекулярный азот, который возвращается в атмосферу

Обратите внимание: в круговороте азота, как в никаком другом, очень большую роль играют различные бактерии.

Круговорот фосфора

Пояснение к схеме

1. В неживой природе фосфор содержится в виде фосфатов в горных породах (например, фосфоритах и апатитах – вспомните полезные ископаемые). Эти соединения могут вымываться из горных пород и попадать в воды Мирового океана.
2. В результате разрушения горных пород фосфаты попадают в почву
3.  и могут усваиваться растениями
4. а из растений переходят к животным
5. водные организмы также могут поглощать фосфаты, но уже из воды. Фосфор накапливается в их телах (вспомните выражение «ешьте рыбу, в ней много фосфора, а фосфор полезен для мозга»)
6. Птицы (чайки, буревестники и т.д.) питаются рыбой
7. Гуа́но  — разложившиеся естественным образом остатки помёта морских птиц и летучих мышей. В большом количестве накапливается в местах птичьих базаров. В некоторых странах добывается как полезное ископаемое (можете посмотреть https://bigpicture.ru/?p=216660 ) и используется в качестве удобрения
8. После перегнивания мёртвых остатков организмов соединения фосфора возвращаются в почву, откуда опять могут использоваться растениями.

Тест на повторение

1. Соотнести примеры веществ и их вид

2. Соотнесите примеры деятельности живых организмов и название их функции в биосфере