Подробное решение параграф 29 по биологии для учащихся 11 класса, авторов Теремов А.В., Петросова Р.А. 2017
Вопрос. Рассмотрите рисунок 157. В чем особенности круговоротов химических элементов в биосфере? Какую роль в этих процессах играют организмы?
Ответ. Круговорот веществ в биосфере – цикличный, многократно повторяющийся процесс совместного, взаимосвязанного превращения и перемещения веществ. Наличие круговорота веществ является необходимым условием существования биосферы. После использования одними организмами вещества должны переходить в доступную для других организмов форму. Такой переход веществ от одного звена к другому требует энергетических затрат, поэтому возможен только при участии энергии Солнца. С использованием солнечной энергии на планете протекают два взаимосвязанных круговорота веществ: большой – геологический и малый – биологический (биотический).
Геологический круговорот веществ – процесс миграции веществ, осуществляемый под влиянием абиотических факторов: выветривания, эрозии, движения вод и т. д. Живые организмы участия в нем не принимают.
С возникновением на планете живого вещества появился биологический (биотический) круговорот. В нем принимают участие все живые организмы, поглощающие из окружающей среды одни вещества и выделяющие другие.
Вопрос 1. Докажите целостность биосферы как живой оболочки нашей планеты.
Ответ. Каждый компонент биосферы существует не изолированно, а испытывает влияние со стороны других компонентов и сам на них воздействует. Изменение любого из компонентов вызывает изменение других. Наиболее подвержены изменениям животный и растительный мир, менее изменчивы почва, гидросфера и атмосфера. Еще меньшим изменениям подвержены климат, рельеф и литосфера. Скорость изменения компонентов биосферы убывает в следующем порядке: животный мир —> растительный мир —> почва —> гидросфера —> атмосфера —> климат —> рельеф —> литосфера.
Вопрос 2. Расскажите о биогеохимическом круговороте углерода и азота.
Ответ. Биогеохимический цикл углерода. Углерод является основным «строительным материалом» молекул органических соединений. Большинство наземных растений получают необходимый углерод, поглощая углекислый газ из атмосферы, концентрация которого там составляет 0,03%. Фитопланктон (микроскопические растения, плавающие в водных экосистемах) получают углерод их углекислого газ, растворенного в воде.
В процессе фотосинтеза растения – продуценты превращают углерод углекислого газа в углерод сложных органических соединений, например глюкозы:
углекислый газ + вода + солнечная энергия = глюкоза + кислород
Затем в процессе клеточного дыхания глюкоза и другие сложные органические соединения расщепляются и преобразуют углерод обратно в углекислый газ, для повторного использования продуцентами:
глюкоза + кислород = углекислый газ + вода + энергия
В круговороте углерода, а точнее наиболее подвижной его формы – углекислого газа, четко прослеживается трофическая цепь: продуценты (улавливают углерод из атмосферы при фотосинтезе), консументы (поглощают углерод вместе с телами продуцентов и консументов низших порядков), редуценты (возвращают углерод вновь в круговорот).
Углерод быстро циркулирует между атмосферой, гидросферой и живыми организмами. Некоторая часть планетарного углерода на длительные периоды «связывается» в форме ископаемых видов топлива – каменного и бурого угля, нефти, природного газа, торфа, сланцев – процесс образования которых в литосфере длился миллионы лет. В таком виде углерод остается «связанным» до тех пор, пока не будет снова введен в атмосферу в форме углекислого газа, что происходит при добыче и сжигании минерального топлива.
Скорость оборота CO2 составляет порядка 300 лет (его полная замена в атмосфере).
Главный резервуар биологически связанного углерода – это леса, они содержат до 500 млрд. т этого элемента, что составляет 2/3 его запаса в атмосфере.
Вмешательство человека в круговорот углерода резко возрастает, особенно начиная с 1950-х годов, в результате быстрого роста населения и использования ресурсов, и происходит оно в основном двумя способами:
Сведение лесов и другой растительности без достаточных лесовосстановительных работ, в связи с чем уменьшается общее количество растительности, способной поглощать углекислый газ.
Сжигание углеродсодержащих ископаемых видов топлива и древесины. Образующийся при этом углекислый газ попадает в атмосферу, постепенное возрастание содержания которого, вызывает так называемый «парниковый эффект».
Биогеохимический цикл азота
Круговорот азота охватывает все области биосферы. Поглощение его растениями ограничено, так как они усваивают азот только в форме соединения его с водородом и кислородом (N03- и NH4). И это при том, что запасы азота в атмосфере неисчерпаемы (78% от ее объема). Редуценты (деструкторы), а точнее почвенные бактерии, постепенно разлагают белковые вещества отмерших организмов и превращают их в аммонийные соединения, нитраты и нитриты. Часть нитратов попадает в процессе круговорота в подземные воды и загрязняет их.
Азот возвращается в атмосферу вновь с выделенными при гниении газами. Правда, часть его окисляется в воздухе – во время грозовых разрядов – и поступает в почву с дождевой водой, но таким способом его фиксируется в 10 раз меньше, чем с помощью бактерий.
Вмешательство человека в круговорот азота состоит в следующем:
• при сжигании ископаемого топлива в атмосферу выбрасываются большие количества оксида азота (NO). Оксид азота затем соединяется в атмосфере с кислородом и образуется диоксид азота (NO2),который при взаимодействии с водяным паром может образовывать азотную кислоту (HNO3). Эта кислота становится компонентом кислотных осадков.
• использование удобрений приводит к выделению в атмосферу «парникового газа» закиси азота (N2O)
• увеличение количества нитратов и ионов аммония в водных экосистемах при смыве с удобрений с полей. Избыток питательных веществ приводит к быстрому росту водорослей, при разложении которых расходуется растворенный кислород, что приводит к массовым морам рыб.
Вопрос 3. В чем проявляется ритмичность явлений в биосфере? Приведите примеры гравитационных и корпускулярных воздействий на биосферу.
Ответ. Для биосферы характерна повторяемость во времени явлений, обусловленных различными воздействиями, главные из которых – гравитационные и корпускулярные. Первые связаны с изменениями орбит вращения Земли и Солнца под влиянием других планет и галактик. Вторые вызваны элементарными частицами, излучаемыми звездами и распространяемыми в космическом пространстве.
Гравитационные воздействия служат причинами климатических циклов, сменяющихся на Земле с четкой периодичностью в 0,4; 1,2; 2,5; 3,7 млн лет.
Корпускулярные воздействия связаны с влиянием на биосферу 11-летнего ритма солнечной активности, открытые отечественным ученым А.Л. Чижевским (рис. 159). Проанализировав историю 80 стран мира и сопоставив ее с астрофизическими данными о вспышках на Солнце, он сделал вывод об обусловленности процессов жизни периодичностью солнечной активности. Главная его идея состояла в установлении связи различных событий с годами активного и пассивного Солнца.
Вопрос 4. С чем связана широтная и высотная зональности биосферы?
Ответ. Наиболее существенная закономерность существования биосферы – зональность. Она проявляется в распределение на поверхности Земли тепла, влаги, почв, растительного и животного мира. Главный фактор зональности – солнечное излучение в сочетании с шарообразностью Земли. Лучи Солнца, падающие на Землю в высоких широтах, распределяются по большей площади. Это широтная зональность.
Наличие высотных поясов является причиной высотной зональности.
Вопрос 5.Что такое биом? Приведите примеры биомов суши.
Ответ. Зональность биосферы проявляется в существовании ландшафтно-географических зон, в пределах каждой из которых формируются характерный для нее биом (от греч. bios – жизнь и лат. – ота – окончание, означающее целостность) – совокупность организмов и абиотической среды.
Главные биомы суши – влажные тропические леса, леса умеренного пояса, кустарники, тундра, пустыни и полупустыни, саванны и степи, тайга.
Вопрос 6. В чем проявляется полярная асимметрия биосферы?
Ответ. Эта закономерность существования биосферы проявляется в различиях, имеющихся между природой Северного и Южного полушарий. Так, в Северном полушарии огромные пространства умеренного пояса занимают хвойные леса – тайга. В Южном полушарии эта ландшафтногеографическая зона аналога не имеет, так как суша на этой широте отсутствует. В Австралийской биогеографической области в Южном полушарии распространены млекопитающие из отрядов Однопроходные и Сумчатые, которых нет в Голарктической биогеографической области в Северном полушарии, где сходные экологические ниши занимают плацентарные.