Подробное решение параграф 5.2 по биологии для учащихся 11 класса, авторов Захаров В.Б., Мамонтов С.Г., Сонин Н.И., Захарова Е.Т. Углубленный уровень 2018
Стр. 151
Вопросы и задания для проверки.
1. В чем заключается главная функция биосферы?
Главная функция биосферы заключается в обеспечении круговоротов химических элементов. Глобальный биотический круговорот осуществляется при участии всех населяющих планету организмов. Он заключается в циркуляции веществ между почвой, атмосферой, гидросферой и живыми организмами. Благодаря биотическому круговороту возможно длительное существование и развитие жизни при ограниченном запасе доступных химических элементов. Используя неорганические вещества, зеленые растения за счет энергии Солнца создают органическое вещество, которое другими живыми существами (гетеротрофами-потребителями и деструкторами) разрушается, с тем чтобы продукты этого разрушения могли быть использованы растениями для новых органических синтезов.
2. Расскажите о круговороте воды в природе.
Вода испаряется и воздушными течениями переносится на большие расстояния. Выпадая на поверхность суши в виде осадков, она способствует разрушению горных пород, делает их недоступными для растений и микроорганизмов, размывает верхний почвенный слой и уходит вместе с растворёнными в ней химическими соединениями и взвешенными органическими частицами в моря и океаны (рис. 5.4). Циркуляция воды между океаном и сушей представляет собой важнейшее звено в поддержании жизни на Земле. Благодаря этому процессу происходит постепенное разрушение литосферы, компоненты которой переносятся в моря и океаны.
3. Какие организмы поглощают диоксид углерода из атмосферы?
В процессе фотосинтеза зелёные растения используют углевод диоксида углерода и водород воды для синтеза органических соединений, а освободившийся кислород поступает в атмосферу. Им дышат различные животные и растения, а конечный продукт дыхания – СО2 выделяется в атмосферу.
4. Каким путем связанный углерод вновь возвращается в атмосферу?
Все живые существа дышат, в результате этого процесса углерод, находящийся в органических веществах, в виде углекислого газа вновь поступает в атмосферу. Также углекислый газ образуется при минерализации органического вещества микроорганизмами. В живом веществе процессы ассимиляции углерода и его выделение при дыхании практически уравновешены. Только около 1 % углерода откладывается в виде торфа, то есть изымается из круговорота. В гидросфере углерод содержится в растворенном виде (углекислый газ, угольная кислота, ионы угольной кислоты). Здесь его запасы значительно больше, чем в атмосфере. Углерод гидросферы также используется живыми организмами в процессе фотосинтеза и для построения известковых скелетов (губки, кишечнополостные, моллюски и др.). Между Мировым океаном и гидросферой постоянно происходит обмен углеродом, причем в океане значительное количество углерода изымается из круговорота и откладывается в виде малорастворимых карбонатов.
В атмосферу углерод также поступает в результате хозяйственной деятельности человека: при сжигании органоминерального топлива – угля, газа, нефти и продуктов ее переработки и т.д. Диоксид углерода образуется при горении топлива и поступает в атмосферу при гниении органического вещества, брожении, дыхании, из осадочных пород за счет химических процессов, совершающихся при высоких температурах, при сжигании горючих материалов. Все это – углекислый газ биогенного происхождения.
5. Опишите круговорот азота в природе.
Атмосферный азот включается в круговорот благодаря деятельности азотфиксирующих бактерий и водорослей, синтезирующих нитраты, пригодные для использования растениями. Часть азота фиксируется в результате образования оксидов во время электрических разрядов в атмосфере. Соединения азота из почвы поступают в растения и используются для построения белков. После отмирания живых организмов гнилостные бактерии разлагают органические остатки до аммиака. Хемосинтезирующие бактерии превращают аммиак в азотистую, затем в азотную кислоту. Некоторое количество азота, благодаря деятельности денитрифицирующих бактерий, поступает в воздух. Часть азота оседает в глубоководных отложениях и на длительный срок выключается из круговорота. Эта потеря компенсируется поступлением азота в воздух с вулканическими газами.
6. Какую роль играют микроорганизмы в круговороте серы?
Сера попадает в почву в результате естественного разложения некоторых горных пород (серный колчедан FeS2, медный колчедан CuFeS2), а также как продукт разложения органических веществ (главным образом растительного происхождения). Через корневые системы сера поступает в растения, в организме которых синтезируются содержащие этот элемент аминокислоты цистин, цистеин, метионин. В организме животных сера содержится в очень малых количествах и попадает в них с кормом.
Сера из органических соединений попадает в почву благодаря разложению мертвых органических остатков микроорганизмами. В этом процессе органическая сера может быть восстановлена в S8 и минеральную серу или же окислена в сульфаты, которые поглощаются корнями растений, т.е. вновь вступают в круговорот. В наше время в круговорот вовлекается и сера промышленного происхождения (дымы), переносимая с дождевой водой.
7. Как деятельность человека влияет на круговорот серы, фосфора?
Процесс естественного круговорота фосфора в современных условиях интенсифицируется применением в сельском хозяйстве фосфорных удобрений, источником которых служат залежи минеральных фосфатов. В наше время в круговорот вовлекается и сера промышленного происхождения (дымы), переносимая с дождевой водой.
В результате деятельности человека биогенная миграция атомов резко ускоряется. При этом в одних местах возникает недостаток, а в других – избыток каких-то веществ. Примером служит повышенный выброс сернистого газа SО2 в атмосферу при сжигании топлива. В окрестностях медеплавильных заводов избыток SO2 в воздухе вызывает гибель растительности вследствие нарушений процессов фотосинтеза. В процессах круговорота фосфора около 60 тыс. тонн фосфора возвращается ежегодно на сушу в связи с выловом рыбы в океане. Для изготовления фосфорных удобрений ежегодно добывают 1—2 млн тонн фосфорсодержащих пород.
Вопросы и задания для обсуждения.
1. Каким образом формируется биокосное вещество биосферы?
Одной из составляющих биосферы является биокосное вещество, которое создается одновременно живыми организмами и косными процессами, представляя динамически равновесные системы тех и других. Таковы почва, ил, кора выветривания и т. д. Организмы в них играют ведущую роль. Косное вещество образуется процессами, в которых живое вещество не участвует (абиогенное вещество). Оно может быть твердым, жидким, газообразным, например, вещество вулканического происхождения. Биокосное вещество создается одновременно живыми организмами и косными процессами. К нему относят океаническую и все другие воды биосферы, нефть, приземную атмосферу, почву. Живые организмы в процессе создания биокосного вещества играют ведущую роль.
2. Как скоро образуются скопления биокосного вещества?
Биокосное вещество – это вещество, в создании которого принимают участие живые организмы (почва, ил и т.п.) отсюда можно сделать вывод, что скопление образуется лишь в том случае, когда живые организмы перестанут принимать участие.
3. В чем заключается влияние изменений компонентов атмосферы, литосферы и гидросферы на гомеостаз биосферы в целом?
Биосфера как саморегулирующаяся система обладает устойчивым динамическим равновесием, т. е. гомеостазом. Как открытая система биосфера только тогда устойчива, когда имеет достаточное внутреннее разнообразие. Ее разнообразие проявляется в неоднородности климатических зон, сложном рельефе Земли, многообразии биогеоценозов и видов организмов. Устойчивость биосферы обусловливается одновременно постоянством и изменчивостью живого вещества и его окружения. Согласно палеонтологическим данным, живое вещество существует на Земле около 3,8 млрд лет, что свидетельствует об устойчивости (гомеостазе) биосферы. Особенности биологического круговорота в биосфере. Потоки энергии не могут быть повторно использованы на Земле, так как в конечном итоге все виды энергии превращаются в тепловую энергию и уходят в космическое пространство. Земля, в силу своих размеров, не способна удерживать гравитационными силами только водород и гелий. Остальные элементы задерживаются на Земле благодаря постоянным круговоротам, происходящим в том числе с участием живых организмов. С образованием на Земле живого вещества химические элементы непрерывно циркулируют в биосфере, переходя из внешней среды в организмы, из них – вновь во внешнюю среду.