Файл: Методические указания к проведению практического занятия по дисциплинам "Экология", "Экология Курского края" курск 2003.doc

Скачать файл
Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 01.12.2023

Просмотров: 27

Скачиваний: 1

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.


МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

КУРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
КАФЕДРА ОХРАНЫ ТРУДА И ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

КРУГОВОРОТ УГЛЕРОДА
методические указания к проведению практического занятия

по дисциплинам “Экология”, “Экология Курского края”

КУРСК 2003

Составитель: В.М. Попов, В.В. Юшин

УДК 62:784.433



Рецензент

Кандидат биологических наук, доцент кафедры охраны труда и окружающей среды В.А.Жидеева

Круговорот углерода: Методические указания к проведению практического занятия по дисциплинам “Экология”, “Экология Курского края”. Курск. гос. техн. ун-т; Сост. В.М. Попов, В.В. Юшин. Курск, 2003. 15 с.
Излагаются сущность круговорота углерода, влияние на него деятельности человека.

Работа предназначена для студентов всех специальностей.
Ил. 3 , Табл. - , Библиогр.: 4 назв.


Текст печатается в авторской редакции


ЛР №020280 от 09.12.96. ПЛД №50 - 25 от 01.04.97.

Подписано в печать .................... формат 60х84 1/16. Печать офсетная. Усл. печ. л.1,0. Уч. изд. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ .........

Курский государственный технический университет.

Издательско-полиграфический центр Курского государственного технического университета. 305040, г. Курск, ул. 50 лет Октября, 94.

Цель занятия:

  • изучить круговорот углерода;

  • проследить различные пути гипотетического атома углерода из атмосферы через различные организмы и обратно в атмосферу.


Общие положения

В настоящее время биогенные элементы земной коры охвачены глобальными и локальными круговоротами, причем движущей силой являются сами живые организмы. Наиболее значимыми для функционирования биосферы являются круговороты углерода, кислорода, азота, серы, форсора.

В биологическом круговороте углерода участвуют только органические соединения и диоксид углерода.

Фонды углерода в биосфере обширны. Основная его масса аккумулирована в карбонатных отложениях дна океана (1,3 1016 т), в кристаллических породах (1 1016 т), каменном угле и нефти (0,34 1016 т). В атмосфере углекислого газа сравнительно немного (1,3 1012 т), менее 1/10000 общего запаса углерода. Аккумулированный углерод принимает участие в геологическом круговороте Земли. Влияние этого круговорота на краткосрочное функционирование экосистемы незначительно. Поэтому жизнь на Земле и газовый баланс атмосферы поддерживаются относительно небольшим количеством углерода, участвующего в малом круговороте. Фотосинтез и дыхание полностью комплементарны. Весь ассимилированный в процессе фотосинтеза углерод включается в углеводы, а в процессе дыхания весь углерод,
содержащийся в органических соединениях, превращается в диоксид углерода (рис.1).

Биологический круговорот углерода протекает по схеме: биоассимиляции углерода из атмосферы, водной или наземной среды растениями  потребление органических соединений животнымиокисление органических веществ до углекислого газа в процессе дыхания и разложения отходоввозврат углекислого газа в атмосферу. Если принять за 100 % углерод, ассимилированный растениями в ходе фотосинтеза, то примерно 30 % возвращается в фонд атмосферного углекислого газа в результате дыхания растений, а остальные 70 % обеспечивают дыхание и продукцию животных, бактерий и грибов в растительноядных и детритных пищевых цепях. В на-



Рис.1. Круговорот углерода
земных экосистемах в круговорот вовлекается ежегодно 12 % содержащегося в атмосфере углекислого газа. Поэтому углерод сравнительно быстро циркулирует между атмосферой, гидросферой и живыми организмами. Время переноса атмосферного углерода равно примерно восьми годам. В связи с этим система круговорота атмосферного углерода очень чувствительна к внешним воздействиям.

На рис.2 показаны некоторые другие звенья круговорота углерода, учитывающие геологический круговорот. Например, некоторая часть планетарного углерода на длительные периоды связывается в форме ископаемых видов топлива – каменного и бурого угля, нефти, природного газа, торфа, битумных песков и 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.

В водных экосистемах углерод и кислород, соединяясь с кальцием, образуют нерастворимый карбонат кальция, из которого состоят раковины моллюсков и минералы. Когда моллюски умирают, они опускаются на дно, и их раковины погружаются в слой донных осадков.



Рис.2. Диаграмма других частей углеродного цикла, включающая последствия антропогенной деятельности
Возврат углерода из осадочных отложений в активный круговорот происходит чрезвычайно медленно на протяжении миллионов лет, путем растворения этих отложений в океанической воде и образования растворенного углекислого газа, который впоследствии может попадать в атмосферу. Расплавление горных пород в ходе длительных геологических процессов и при вулканических извержениях также приводит к выбросу углекислого газа в воздух и в воду. Кроме того, вертикальные движения земной коры могут поднимать блоки осадочных пород выше уровня моря, что приводит к образованию островов и целых материков, а также подвергает обнажившиеся карбонатные породы активным химическим реакциям с выделением углекислого газа.


Другой важной частью круговорота углерода (не показанной на рис.2) является анаэробное дыхание, происходящее без доступа кислорода. В ходе этого процесса различные виды анаэробных бактерий преобразуют органические соединения в газообразный метан. Такой тип дыхания встречается в основном в болотных экосистемах. Он может также наблюдаться на свалках, где происходит захоронение промышленных и бытовых отходов.

С середины ХХ в. ускорился процесс вмешательства человека в круговорот углерода:

- сведение лесов и другой растительности без достаточных лесовосстановительных работ, в связи с чем уменьшается общее количество растительности, способной поглощать СО2. Кроме того, дополнительные количества углекислого газа поступают в атмосферу при разложении порубочных остатков на лесосеках и при взаимодействии атмосферного кислорода с корнями и органикой из нарушенного почвенного покрова;

  • сжигание углеродсодержащих ископаемых видов топлива и древесины. Образующийся при этом углекислый газ попадает в атмосферу.

Содержание в атмосфере СО2 значительно увеличилось и продолжает расти. Такое положение вызывает серьезную озабоченность, так как нарушается сложившееся в природе энергетическое равновесие. СО2 является парниковым газом (способным поглощать инфракрасное излучение), в связи с чем, увеличение его содержания в атмосфере приводит к появлению проблемы “глобального потепления”. Ученые предсказывают, что этот углекислый газ вместе с другими летучими техногенными выбросами может в ближайшее десятилетия вызвать потепление земной атмосферы и тем самым нарушить процесс производства продуктов питания.
Задание

Проследить путь атома углерода в ходе круговорота.
Порядок проведения работы.

1. Изучить схему на рис.3, на которой представлены элементы экосистемы, в которые может попадать атом углерода в ходе круговорота, и инструкцию к ней.

2. Провести первый цикл углерода. Принять, что атом углерода входит в состав молекулы СО2 в атмосфере. По очереди, подбрасывая монеты, продвигать атом углерода в соответствии с тем, что выпадет, на позиции, указанные в приводимой инструкции. При этом отмечать позицию и что означает каждая позиция. Перемещение атомов не соответствует порядку номеров, а происходит случайно в зависимости от того, как упадут монеты. Когда атом возвратится в атмосферу, цикл углерода завершён.


Пример цикла:




Атом С в сос- ОР Атом С в лис- РР Атом С в мо-

таве СО2 поглощение те растения фотосинтез лекуле сахара



ОР Атом С в сос- РР Атом С в РР Атом С в сос-

п оглощение таве ткани отмирание детрите окисление таве СО2

3. Аналогично провести еще четыре цикла.

4. Сделать вывод в каком цикле атом углерода:

а) «посетил» максимум различных организмов;

б) прошёл самый длинный цикл;

в) больше всего времени провёл в атмосфере.


Рис.3. Цикл углерода
Инструкция к проведению работы.


  1. АТОМ УГЛЕРОДА ВХОДИТ В СОСТАВ МОЛЕКУЛЫ CO2 В АТМОСФЕРЕ.

Подбросьте две монеты.

Два орла (ОО) – Атом углерода не поглощается растением и остаётся в атмосфере до следующего хода.

Орёл – решка (ОР) или две решки (РР) – атом углерода поглощается листом растения. –Переход на позицию 2.

2. МОЛЕКУЛА CO2 С ВАШИМ УГЛЕРОДНЫМ АТОМОМ НАХОДИТСЯ В ЛИСТЕ РАСТЕНИЯ.

Подбросьте две монеты.

ОО. – Нет солнечного света! Фотосинтез не происходит. Молекула CO2 с Вашим углеродным атомом возвращается в атмосферу. – Переход на позицию 1.

ОР или РР. – Солнечный свет! Происходит фотосинтез. Ваш углеродный атом в результате включается в молекулу сахара. – Переход на позицию 3.

  1. АТОМ УГЛЕРОДА ВКЛЮЧЁН В МОЛЕКУЛУ САХАРА В РАСТЕНИИ.

Подбросьте две монеты.

ОО. – Молекула сахара с Вашим атомом углерода окисляется в процессе клеточного дыхания, обеспечивающего растение энергией для роста. Углеродный атом возвращается в составе молекулы CO
2 в атмосферу – на позицию 1.

ОР или РР. – Молекула сахара с Вашим углеродным атомом превращается в молекулу, входящую в состав ткани растения. – Переход на позицию 4.

  1. АТОМ УГЛЕРОДА ВКЛЮЧЁН В МОЛЕКУЛУ, ВХОДЯЩУЮ В СОСТАВ РАСТИТЕЛЬНОЙ ТКАНИ.

Подбросьте монеты.

ОО. – Растение съедено животным. – Переход на позицию 5; подбросьте одну монету 2 раза и определите, какое это животное.

ОР или РР. – Часть растения отмирает; образуется мёртвое органическое вещество – детрит. – Переход на позицию 6.

5. ТКАНЬ РАСТЕНИЯ С УГЛЕРОДНЫМ АТОМОМ СЪЕДЕНА ПЕРВИЧНЫМ КОНСУМЕНТОМ.

Подбросьте два раза одну монету.

ОО. – Травоядное млекопитающее. – Переход на позицию 8а.

ОР. – Птица. – Переход на позицию 8б.

РО. – Насекомое. – Переход на позицию 8в.

РР. – Человек (возможно, Вы сами). – Переход на позицию 9.

6. АТОМ УГЛЕРОДА НАХОДИТСЯ В МОЛЕКУЛЕ МЁРТВОГО ОРГАНИЧЕСКОГО ВЕЩЕСТВА (ДЕТРИТА)

Подбросьте две монеты.

ОО или ОР. – Детрит съеден детритофагом или редуцентом. – Переход на позицию 10, и сыграйте ещё раз, чтобы определить, каким именно.

РР. – Пожар! – Переход на позицию 7.

  1. МОЛЕКУЛА С УГЛЕРОДНЫМ АТОМОМ ОКИСЛЯЕТСЯ (СГОРАЕТ). КИСЛОРОД СОЕДИНЯЕТСЯ С УГЛЕРОДНЫМ АТОМОМ, И ТОТ ВЫСВОБОЖДАЕТСЯ В АТМОСФЕРУ В СОСТАВЕ МОЛЕКУЛЫ ДИОКСИДА УГЛЕРОДА. Немедленно возвращайтесь на позицию 1.

8 а, б, в. ТКАНЬ РАСТЕНИЯ С УГЛЕРОДНЫМ АТОМОМ СЪЕЛ ПЕРВИЧНЫЙ КОНСУМЕНТ.

Подбросьте две монеты.

ОО. – Молекула с углеродным атомом метаболизировалась, и он вошёл в состав соединения, образующего ткань тела консумента. – Переход на позицию 11б.

ОР. – Клеточное дыхание! – Переход на позицию 12.

РР. – Молекула с углеродным атомом не переварена; пройдя желудочно-кишечный тракт, она вышла наружу с фекалиями. – Переход на позицию 6.

9. ТКАНЬ РАСТЕНИЯ С УГЛЕРОДНЫМ АТОМОМ СЪЕЛ ЧЕЛОВЕК

Подбросьте две монеты.

ОО. – Молекула с углеродным атомом метаболизировалась, и он вошёл в состав соединения, образующего ткань человеческого тела. – Переход на позицию 11а.

ОР. – Клеточное дыхание! – Переход на позицию 12.

РР. – Молекула с углеродным атомом не переварена; пройдя через желудочно-кишечный тракт, она вышла наружу с фекалиями. – Переход на позицию 6.

10. МОЛЕКУЛА С УГЛЕРОДНЫМ АТОМОМ СЪЕДЕНА ПЕРВИЧНЫМ ДЕТРИТОФАГОМ ИЛИ РЕДУЦЕНТОМ.

Смотрите также файлы