6.Ноосфера как новая стадия эволюции биосферы (в.И. Вернадский).

Ноосфера - сфера разума, этап эволюции биосферы, который характеризуется ведущей ролью разумной и сознательной деятельности человеческого общества в развитии биосферы.

На стадии ноосферы человек осознает, что он не отделим от всего человечества. Но человечество - плод развития биосферы, а биосфера - результат развития планеты. Отсюда - люди должны действовать в интересах всей планеты.

7. Что такое экология. Кто ввел в науку термин «экология». Предмет экологии.

Экология – наука, изучающая закономерности существования, формирования и функционирования биологических систем от простейших организмов до биосферы и их взаимодействие с ОС.

Экология – наука о взаимоотношениях между живой и неживой природами.

Э. Геккель (1866 г.) ввел понятие «Экология» (oikos – жилище, logos - учение).

Предметом исследования экологии являются биологические макросистемы (популяции, биоценозы, экосистемы) и их динамика во времени и пространстве.

8. Понятия живого, биогенного, биокосного и косного веществ. Примеры.

Типы веществ в биосфере (по Вернадскому):

- живое вещество - совокупность всех живых организмов, в данный момент существующих, численно выраженная в элементарном химическом составе, весе, энергии. Оно связанно с окружающей средой биогенным потоком атомов: своим дыханьем, питанием и размножением.

- косное вещество – это вещество, которое формируется без участия живых организмов (базальтные и горные породы, возникшие при извержении вулканов).

- биокосное вещесво – представляющее собой совместный результат жизнедеятельности организмов и небиологических процессов (например, почвы, продукты распада и переработки горных и осадочных пород с живыми организмами, океанские воды, нефть).

- биогенное вещество – это вещество создаваемое в процессе жизнедеятельности организмов – горючие ископаемые, известняки, создаются и перерабатываются живыми организмами (газы атмосферы, каменный уголь, нефть, торф, известняки и др.);

- радиоактивное вещество (элементы и изотопы уранового, ториевого и актиноуранового ряда);.

- вещество космического происхождения.

9. Круговорот углерода в природе.

Углерод по распространенности на Земле занимает шестнадцатое место

среди всех элементов и составляет приблизительно 0,027% массы земной коры.

В несвязанном состоянии он встречается в виде алмазов. Каменный уголь содержит до 90% углерода. В связанном состоянии углерод входит также в разные горючие ископаемые, в карбонатные минералы, например кальцит и доломит, а также в состав всех биологических веществ. В форме доксида углерода он входит в состав земной атмосферы, в которой на его долю приходится 0,046% массы.

Углерод имеет исключительное значение для живого вещества (живым веществом в геологии называют совокупность всех организмов, населяющих Землю). Из углерода в биосфере создаются миллионы органических соединений.

Углекислота из атмосферы в процессе фотосинтеза, осуществляемого зелеными растениями, ассимилируется и превращается в разнообразные органические соединения растений. Растительные организмы, особенно низшие микроорганизмы, морской фитопланктон, благодаря исключительной скорости размножения, продуцируют в год около 1,5*1011m углерода в виде органической массы. Растения частично поедаются животными (при этом образуются пищевые цепи). В конечном счете, органическая масса в результате дыхания, гниения и горения превращается в углекислый газ или отлагается в виде сапропеля, гумуса, торфа, которые, в свою очередь, дают начало многим другим соединениям – каменным углям, нефти. В процессах распада органических веществ, их минерализации, огромную роль играют бактерии (например, гнилостные), а также многие грибы (например, плесневые). В активном круговороте углекислый газ ( живое вещество участвует очень небольшая часть всей массы углерода. Огромное количество углекислоты законсервировано в виде ископаемых известняков и других пород.

Между углекислым газом атмосферы и водой океана существует подвижное равновесие. Организмы поглощают углекислый кальций, создают свои скелеты, а затем из них образуются пласты известняков. Атмосфера пополняется углекислым газом благодаря процессам разложения органических веществ, карбонатов и т.д. Особенно мощным источником являются вулканы, газы которых состоят главным образом из паров воды и углекислого газа.

Кругооборот углерода, как и любого другого элемента, совершается как по большому, так и по малому циклам. Биотический кругооборот углерода – составная часть большого кругооборота, он связан с жизнедеятельностью организмов

10.Круговорот кислорода в природе.

Кислород является наиболее распространенным элементом на Земле. В морской воде содержится 85,82% кислорода, в атмосферном воздухе 23,15% по весу или 20,93% по объему, а в земной коре 47,2% по весу. Такая концентрация кислорода в атмосфере поддерживается постоянной благодаря процессу фотосинтеза. В этом процессе зеленые растения под действием солнечного света превращают диоксид углерода и воду в углеводы и кислород.

Кислород и его соединения незаменимы для поддержания жизни. Они играют важнейшую роль в процессах обмена веществ и дыхании. Кислород входит в состав белков, жиров, углеводов, из которых «построены» организмы; в человеческом организме, например, содержится около 65% кислорода. Большинство организмов получают энергию, необходимую для выполнения их жизненных функций, за счет окисления тех или иных веществ с помощью кислорода.

Убыль кислорода в атмосфере в результате процессов дыхания, гниения и горения возмещается кислородом, выделяющимся при фотосинтезе. Вырубка лесов, эрозия почв, различные горные выработки на поверхности уменьшают общую массу фотосинтеза и снижают круговорот на значительных территориях. Наряду с этим, мощным источником кислорода является, по-видимому, фотохимическое разложение водяного пара в верхних слоях атмосферы под влиянием ультрафиолетовых лучей солнца. Таким образом, в природе непрерывно совершается круговорот кислорода, поддерживающий постоянство состава атмосферного воздуха.

О₃ = О + О₂

Кроме описанного выше круговорота кислорода в несвязанном виде, этот элемент совершает еще и важнейший круговорот, входя в состав воды.

Круговорот воды (H2O) заключается в испарении воды с поверхности суши и моря, переносе ее воздушными массами и ветрами, конденсации паров и последующее выпадение осадков в виде дождя, снега, града, тумана.

Кислород существует в 3-х формах:

• Атомарный – О

• Двухатомный – О₂

• Озон – О₃

Кислород в свободной форме – есть продукт жизнедеятельности (растения) и элемент, поддерживающий жизнь (животные).

Процесс фотосинтеза продуцирует кислород, а процесс разложения его связывает.

Если в воздухе находится …% О₂, то:

21% - нориальное состояние

18% головокружение

16% тухнут свечи

13%умирают

11. Круговорот азота в природе.

Приблизительно 78% всего объема атмосферы приходится на долю азота.

Движение N отличается от движения других биогенных веществ, т.к. включают:

• Газообразную фазу

• Минеральную фазу

Однако высшие растения могут усваивать N лишь после того, как он образует легкорастворимые соли с водородом и кислородом.

Растения усваивают ионы аммония NH₄⁺ и нитраты NO₃^-

Для того чтобы N преобразовался в легкорастворимые соли, необходимо участие азотфиксирующих бактерий или сине-зеленых водорослей (цианобактерии).

Азотфиксацией называется превращение газообразного азота в аммонийную форму

Азот, после потребления его растениями участвует в синтезе протеинов, которые сосредоточиваясь в листьях растений, обеспечивают азотное питание фитофагов.

Мертвые организмы и отходы жизнедеятельности (экскременты) являются средой обитания и служат пищей для сапрофагов, которые разлагают органические азотсодержащие соединения до неорганических.

Последним звеном в круговороте являются аммонифицирующие организмы, образующие аммиак NН₃, который может быть вовлечен в цикл нитрификации.

Параллельно происходит постоянное возвращение N в атмосферу за счет деятельности бактерий денитрификатов, способных разлагать нитраты в азот.

N образуется и при разрядах молнии грозы.

Азот содержится в атмосфере, где его около 80%. Азот содержится в воде и почве в виде неорганических соединений: аммонитных, нитритных и нитратных. Кроме того, азот содержится в живых организмах. Прежде всего в белках и нуклеиновых кислотах.

Поступление азота в атмосферу:

- Денитрификация

- С вулканическими газами

- С выхлопными газами дыма

Поглощение азота из воздуха:

- в процессе азот фиксации, за счет сине-зеленых водорослей

- естественные физические процессы(разряд грозы)

- процесс промышленного синтеза аммиака

11. Круговорот фосфора в природе.

Фосфор – важнейший для организмов элемент. Его содержание в земной коре – 0,09% от общей массы.

В минералах Р содержится в форме неорганического фосфат иона РО₄^3-

Круговорот Р протекает одновременно с круговоротом углерода, кислорода и азота.

В почве преобладают соединения пятивалентного фосфора, поэтому во всех источниках он обычно находится в виде оксида Р₂О₅.

Фосфаты обладают растворимостью, но не образуют газообразной формы, т.е. фосфаты не летучи.

Фосфаты потребляются растениями для синтеза органических веществ, такие как аминокислоты и ферменты.

При разложении растений и Животных организмов бактериями фосфаты возвращаются в почву и затем снова используются растениями и микробами.

Фосфаты, попадающие с паводками в море, обеспечивают развитее фитопланктона, а значит и развитее популяций морских организмов, зависящих от этих планктонов.

Часть Р возвращается на сушу.

Фосфор входит в состав тканей мозга скелета.

Р необходим организмам для построения генов и молекулярных соединений, приносящих энергию внутри клеток.

Поступление:

- в процессе эрозии фосфатных пород

- минерализация продуктов жизнедеятельности и органических остатков растений и животных.

Потребление фосфора растениями и животными для построения белков, в качестве удобрений и моющих средств.

11. Круговорот серы в природе.

Соединения серы участвуют в биохимических процессах живой клетки, в формировании химического состава.

Сера – один из главных биогенов, попадает в почвенные горизонты в результате разложения отдельных горных пород, содержащих такие элементы, как серный колчедан FeS₂ или медный колчедан CuFeS₂ при разложении орг. веществ, входящих в состав растений.

Из почвы по корням сера поступает в растения, где синтезируются серосодержащие аминокислоты (цистин, цистеин, метионин)

В природе сера образует минералы, которые называются сульфидами.

Больше всего серы накапливают моллюски.

Кругооборот серы в морях происходит с помощью сульфатредуцирующих бактерий, которые восстанавливают сульфаты до Н₂S, а затем они поднимаются в верхние слои воды и окисляются с помощью кислорода и сернистых бактерий.

Кругооборот серы на суше осуществляется с помощью растений, после их отмирания S переходит в почву, где:

• Одни организмы восстанавливают орг. серу до минеральной

• Другие организмы окисляют S до сульфата, который снова поглощается корнями растений.

11. Круговорот воды в природе.

Вода – самый распространенный минерал на земле.

Вода уникальна: может находиться в трех состояниях – газ, жидкость и твердом.

Важнейшее химическое свойство воды – диссоциация, т.е. способность распадаться на ионы.

Н₂О = Н⁺ + ОН^-

2Н₂О = Н₃О⁺ + ОН^-

Существует несколько различных видов воды:

1. Аномальная вода (супер вода) – имеет максимальную плотность, -10◦С, вязкость меньше в 10 раз классической (питьевой) воды, имеет полимеры (Н₂О)₃ и (Н₂О)₄

2. Сверханомальная вода, которая не имеет максимальной плотности, не кристаллизуется, а застекловываестся как смола.

3. Метаболическая вода – специальная жидкость, которая вырабатывается живыми организмами, обладающая важным свойством – противостоянию «старения» или «усыхания»

Живая вода – та, которая максимально усваивается в организме, природная вода, которая подвержена движению.

Водоподготовка питьевой воды:

• Хлорирование

• Озонирование

• Облучение жестким УФИ

11. Что такое жизнь (живой организм) и характерные свойства живого?

Жизнь – активное поддержание и самовоспроизведение специфической структуры, которая происходит с затратой энергии, полученной из вне.

Жизнь на Земле существует в виде отдельных организмов и не зависит от строения, размеров, организм всегда обособлен от окружающей среды, но при этом находится при постоянном взаимодействии с ней.

Для живого организма характерно:

• Самовоспроизводство

• Целостность и дискретность

• Обмен веществ и энергией

• Наследственность и изменчивость

• Раздражимость

• Движение

• Внутренняя регуляция.

11. Клетка и ее химический состав? Роль воды в клетке.

Клетка – основная структура функциональной единицы всех живых организмов, т.е. представляет собой элементарную живую систему.

Клетки растений и животных принципиально одинаковы.

Клетка состоит из воды (70-80%), неорганических веществ (1-1,5%), органических веществ (белки(10-20%), жиры(1-5%), углеводы(0,2-2%)), нуклеиновых кислот (1-2%).

11. Понятие метаболизма живых организмов. Пластический обмен (биосинтез белков, фотосинтез, хемосинтез).

Метаболизм (обмен веществ) – совокупность процесса ассимиляции и диссимиляции, в ходе которых реализуется связь клетки с окружающей средой.

Диссимиляция (энергетический обмен) – совокупность реакций, в результате которых высвобождается энергия, необходимая для жизнедеятельности клетки.

Ассимиляция (пластический обмен) – совокупность реакций синтеза органических молекул, которые способствуют построению клетки. Все процессы ассимиляции протекают с поглощением энергии.

Биосинтез белков – все клетки организма способны синтезировать специфические белки. Эта способность обусловлена генетически и передается из поколения в поколение.

Информация о структуре белка находится в дезоксирибонуклеиновой кислоте (ДНК).

Участок ДНК, содержащий информацию о первичной структуре конкретного белка, называется геном.

РНК (рибонуклеиновые кислоты) осуществляют транспортную функцию и способствуют синтезу белка.

Синтез в клетке протекает в цитоплазме на рибосомах. Аминокислоты, которые необходимые для сборки белковых молекул, доставляются к рибосомам цитоплазмы транспортными РНК.

Биосинтез протекает в присутствии множества ферментов, участвует в процессе адеинонитритфосфорная кислота, при распаде которой освобождается энергия, которая необходима для осуществления синтеза.

Фотосинтез – процесс синтеза органических соединений из неорганических, который происходит за счет энергии солнечного излучения.

СО₂ + Н₂О = С₆Н₁₂О₆ + О₂

Фотосинтез проходит в две фазы:

• Световая – под действием света молекулы хлорофилла теряют электроны и переходят в возбужденное состояние. Энергия солнечного света в световой фазе фотосинтеза используется хлоропластами для синтеза АТФ. АТФ образуется из АДФ и при этом образуется кофермент никотин амид аделин динуклетид фосфат Н⁺АДТ

• Темновая – в присутствии АТФ и Н⁺АДТ при участии ферментов из углерода и водорода образуется глюкоза

3СО₂ + Н₂ = С₆Н₂О₆

Хемосинтез – синтез органических соединений, который протекает с использование химической энергией неорганических веществ, участвующих в реакции.

Процесс хемосинтеза протекает без участия хлорофилла и для его осуществления необязательно наличие света.

Очень важную роль играет в хемосинтезе некоторые группы бактерий: железо-, серо- и нитрифицирующие бактерии:

NН₃ + О₂ = НNО₂ + Н₂О + Е

Эта энергия накапливается в молекулах АТФ и в дальнейшем используется для синтеза органических веществ, которые протекают по типу реакции темновой фазы фотосинтеза.