ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА БІОСФЕРИ. ВЧЕННЯ В. І. ВЕРНАДСЬКОГО ПРО БІОСФЕРУ. РОЛЬ ЖИВИХ ОРГАНІЗМІВ У БІОСФЕРІ. БЮМАСА

Тема. ПОПУЛЯЦІЯ, ЕКОСИСТЕМА, БІОСФЕРА

УРОК 33. ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА БІОСФЕРИ. ВЧЕННЯ В. І. ВЕРНАДСЬКОГО ПРО БІОСФЕРУ. РОЛЬ ЖИВИХ ОРГАНІЗМІВ У БІОСФЕРІ. БЮМАСА

Цілі уроку: дати загальну характеристику біосфе­ри, проаналізувати основні положення вчення В. І. Вернадського про біосферу й роль у ній живих організмів; розвивати логіку й екологічне мислення; виховува­ти розуміння власної відповідальності за існування життя на Землі.

Обладнання й матеріали: таблиці або слайди презентації з при­кладами дії організмів на інші оболонки

нашої планети, відеофрагменти, у яких демонструється роль живих організмів у біосфері (за наявності).

Базові поняття й терміни: біосфера, ноосфера, біомаса, живі орга­нізми, продуктивність, геологічна роль, взаємозв’язки.

ХІД УРОКУ

I. Організаційний етап

II. Актуалізація опорних знань і мотивація навчальної діяльності учнів

Питання для бесіди

1. Які особливості має кругообіг Нітрогену?

2. Які особливості має кругообіг Оксигену?

3. Які особливості має кругообіг Карбону?

4. Які екосистеми й чому є найбільш продуктивними?

III. Вивчення нового матеріалу

Розповідь учителя з елементами

бесіди

Поняття “біосфера” (від грецьк. біос – життя) запропонував 1875 р. австрійський геолог Е. Зюсс. Учення про біосферу як особ­ливу частину Землі, населену живими організмами, створив укра­їнський учений В. І. Вернадський, хоча, на його думку, вперше до цієї ідеї наблизився французький біолог Ж. Б. Ламарк.

Біосфера не утворює окремої оболонки Землі, а є частиною гео­логічних оболонок земної кулі, заселених живими організмами. Вона займає верхню частину літосфери, всю гідросферу та нижній шар атмосфери. Це сукупність усіх біогеоценозів землі, єдина гло­бальна екосистема вищого порядку.

В. І. Вернадський ще в першій половині XX століття перед­бачав, що біосфера розвинеться в ноосферу (термін запропонував 1927 р. французький учений Е. Леруа та П. Тейяр де Шарден). Спо­чатку В. І. Вернадський розглядав ноосферу (від грецьк. ноос – розум) як особливу “розумову” оболонку Землі, яка розвивається поза біосферою. Але згодом він дійшов висновку, що ноосфера – це певний стан біосфери, за якого розумова діяльність людини стає визначальним фактором її розвитку. Зокрема, він зазначав, що біосфера переходить у новий етап – ноосферу – під впливом на­укової думки й людської праці. Людство все більше відрізняється від інших компонентів біосфери як нова біогенна геологічна сила. Завдяки своїй науковій думці, втіленій у технічних досягненнях, людина освоює ті частини біосфери, куди вона раніше не проника­ла.

Для ноосфери, як нового якісного етапу розвитку біосфери, ха­рактерний тісний зв’язок законів природи й соціально-економічних чинників суспільства, заснований на науково обгрунтованому ра­ціональному використанні природних ресурсів, яке передбачає відновлюваність кругообігу речовин і потоку енергії. Характер­ною рисою ноосфери є екологізація всіх сфер людського життя. До розв’язання будь-яких проблем людина має підходити з позиції екологічного мислення, тобто збереження і поліпшення стану при­родного середовища.

Отже, ноосфера – це якісно нова форма організації біосфери, яка формується внаслідок її взаємодії з людським суспільством і передбачає гармонійне співіснування природи й людини.

В. І. Вернадський докладно аналізував роль живих організмів у перетворенні земної кори: руйнуванні гірських порід, грунтоут­воренні, формуванні осадових порід, кругообігу, перерозподілі та концентрації хімічних елементів у біосфері.

Усю сукупність організмів на планеті Земля В. І. Вернадський називав живою речовиною. Основними її характеристиками є су­марна більшість, хімічний склад та енергія.

Енергія живої речовини біосфери насамперед проявляється у здатності організмів до розмноження і поширення. Життя на пла­неті має значну стійкість до змін інтенсивності різних екологічних факторів, що визначає межі біосфери. У стані анабіозу організми можуть витримувати значні коливання температури й тиску. Тож організмів немає лише в товщі льодовиків та у кратерах діючих вулканів.

Однією з властивостей живої речовини є її постійний обмін з до­вкіллям. Унаслідок цього через організми проходить значна кіль­кість хімічних елементів. Хоча до складу живих істот входять ті самі хімічні елементи, що й до неживих об’єктів, однак, як відо­мо, у живих істотах і неживій природі вони знаходяться в різних співвідношеннях. Якщо в неживих об’єктах на нашій планеті за кількістю атомів найбільш поширеними є 0 (63 %), Si (21,2 %), Аl (6,5 %), Na (2,4 %), Fe (l,9 %) і Са (1,9 %), то в живих перші міс­ця за вмістом посідають Н (64 %), О (25,6 %), С (7,5 %), N (1,25 %), Р (0,24 %), S (0,06 %).

Це прямо пов’язано з їхніми хімічними й фізичними властивос­тями. Так, Оксиген і Гідроген утворюють воду, яка є і універсаль­ним розчинником, і середовищем, у якому відбуваються біохімічні реакції. Наявність Нітрогену вкрай важлива для утворення най­важливіших інформаційних молекул – ДНК і РНК. Фосфор бере участь в утворенні макроергічних зв’язків, тобто є найважливішим компонентом систем забезпечення клітин енергією. А Сульфур ві­діграє важливу роль у формуванні просторової будови біологічних молекул.

Якщо ж узяти, наприклад, Силіцій, якого надзвичайно багато на нашій планеті, то він, як і Карбон, здатен зв’язуватись із чотир­ма іншими атомами, але, через більший діаметр свого атома, він гірше утворює макромолекулярні ланцюжки.

Живим організмам для здійснення біохімічних процесів необ­хідні речовина та енергія, які вони дістають з навколишнього сере­довища, при цьому значно перетворюючи останнє. У результаті по­стійного й безперервного обміну з довкіллям різні хімічні елементи надходять у живі істоти, можуть у них накопичуватись, виходячи з організму лише через певний час, або зберігаються в ньому про­тягом усього життя. Постійний кругообіг речовин і потік енергії за­безпечує функціонування біосфери як цілісної системи.

У процесі діяльності біосфери жива речовина (продуценти) здатна накопичувати сонячну світлову енергію, перетворюючи її на енергію хімічних зв’язків. Сумарна первинна продукція авто­трофних організмів визначає біомасу біосфери в цілому. Учені під­рахували, що завдяки фотосинтезу щорічно жива речовина Землі продукує близько 160 млрд. т сухої органічної речовини, з якої при­близно 1/3 синтезується біогеоценозами Світового океану, а 2/3 – біогеоценозами суходолу.

Жива речовина (продуценти) біосфери виконує різноманітні функції: газову, окисно-відновну, концентраційну, які пов’язані з процесами обміну речовин живих істот.

Газова функція живої речовини полягає у впливові живих орга­нізмів у процесі своєї життєдіяльності на газовий склад атмосфери, Світового океану та грунту. Всі аеробні істоти під час дихання по­глинають кисень і виділяють вуглекислий газ, тоді як зелені рос­лини й ціанобактерії в процесі фотосинтезу, навпаки, поглинають вуглекислий газ і виділяють кисень. Життєдіяльність організмів, наприклад бактерій, може впливати на концентрацію інших газів (сірководню, метану, азоту тощо).

Окисно-відновна функція полягає в тому, що з допомогою жи­вих організмів у грунті, воді й атмосферному повітрі окислюється ряд речовин. Наприклад, залізобактерії здатні окислювати спо­луки Феруму, сіркобактерії – сполуки Сульфуру тощо. Живі ор­ганізми здатні також і відновлювати певні сполуки (наприклад, денітрифікуючі бактерії здатні відновлювати нітрати й нітрити до молекулярного азоту або його оксидів).

Концентраційна функція полягає в поглинанні живими істота­ми певних хімічних елементів з навколишнього середовища й нако­пичення їх у своїх організмах. Так, молюски, форамініфери, рако­подібні, хребетні тварини можуть накопичувати у своїх організмах неорганічні сполуки Кальцію та Фосфору, радіолярії – Стронцію та Силіцію, бурі водорості – iоду тощо.

За період історичного розвитку Землі сформувалися такі обо­лонки, як літосфера, гідросфера й атмосфера. Частина цих оболо­нок, населена живими організмами, називається біосферою, що являє собою сукупність усіх біогеоценозів Землі, єдину екосистему вищого порядку. Біосфера займає всю товщу гідросфери, верхні шари літосфери та нижні – атмосфери. В. І. Вернадський створив учення про ноосферу – якісно новий стан біосфери, за якого ро­зумова діяльність людини значною мірою обумовлює її розвиток. Жива речовина біосфери (вся сукупність організмів нашої планети) забезпечує постійний кругообіг речовин і потік енергії на планеті, здійснює значну біогенну роботу з перетворення оболонок Землі.

IV. Узагальнення, систематизація й контроль знань і вмінь учнів

Дати відповіді на питання:

1. Що таке біосфера?

2. Які основні положення вчення В. І. Вернадського про біосферу?

3. Що таке ноосфера і яке значення вона має для нашої планети?

4. Яку роль відіграють живі організми на нашій планеті?

V. Домашнє завдання