La circulation des substances dans la biosphère est le « voyage » de certains éléments chimiques le long de la chaîne alimentaire des organismes vivants, grâce à l'énergie du Soleil. Au cours du « voyage », certains éléments, pour diverses raisons, tombent et restent, en règle générale, dans le sol. Leur place est prise par les mêmes qui proviennent habituellement de l'atmosphère. Il s’agit de la description la plus simplifiée de ce qui garantit la vie sur la planète Terre. Si un tel voyage est interrompu pour une raison quelconque, alors l’existence de tous les êtres vivants cessera.
Pour décrire brièvement le cycle des substances dans la biosphère, il est nécessaire de poser plusieurs points de départ. Premièrement, sur plus de quatre-vingt-dix éléments chimiques connus et trouvés dans la nature, une quarantaine sont nécessaires aux organismes vivants. Deuxièmement, la quantité de ces substances est limitée. Troisièmement, nous ne parlons que de la biosphère, c'est-à-dire de la coquille terrestre contenant la vie et, par conséquent, des interactions entre les organismes vivants. Quatrièmement, l’énergie qui contribue au cycle est l’énergie provenant du Soleil. L'énergie générée dans les entrailles de la Terre à la suite de diverses réactions ne participe pas au processus considéré. Et une dernière chose. Il faut anticiper le point de départ de ce « voyage ». C'est conditionnel, puisqu'il ne peut y avoir de fin et de début à un cercle, mais cela est nécessaire pour commencer quelque part pour décrire le processus. Commençons par le maillon le plus bas de la chaîne trophique - avec les décomposeurs ou les fossoyeurs.
Les crustacés, les vers, les larves, les micro-organismes, les bactéries et autres fossoyeurs, consommant de l'oxygène et utilisant de l'énergie, transforment des éléments chimiques inorganiques en une substance organique adaptée à l'alimentation des organismes vivants et à leur déplacement ultérieur le long de la chaîne alimentaire. De plus, ces substances déjà organiques sont consommées par les consommateurs, qui comprennent non seulement les animaux, les oiseaux, les poissons, etc., mais également les plantes. Ces derniers sont des producteurs ou des productrices. En utilisant ces nutriments et cette énergie, ils produisent de l'oxygène, qui est le principal élément permettant la respiration de tous les êtres vivants de la planète. Les consommateurs, les producteurs et même les décomposeurs meurent. Leurs restes, ainsi que les substances organiques qu'ils contiennent, « tombent » à la disposition des fossoyeurs.
Et tout se répète encore une fois. Par exemple, tout l'oxygène existant dans la biosphère achève son renouvellement en 2000 ans et le dioxyde de carbone en 300. Un tel cycle est généralement appelé cycle biogéochimique.
Certaines substances organiques au cours de leur « voyage » entrent en réactions et interactions avec d’autres substances. Il en résulte des mélanges qui, sous la forme sous laquelle ils existent, ne peuvent pas être traités par les décomposeurs. Ces mélanges restent « stockés » dans le sol. Toutes les substances organiques qui tombent sur la « table » des fossoyeurs ne peuvent pas être traitées par ceux-ci. Tout ne peut pas pourrir à l’aide de bactéries. Ces restes non pourris sont stockés. Tout ce qui reste en stock ou en réserve est retiré du processus et n'est pas inclus dans le cycle des substances de la biosphère.
Ainsi, dans la biosphère, le cycle des substances, dont le moteur est l'activité des organismes vivants, peut être divisé en deux composantes. L'un - le fonds de réserve - est une partie de la substance qui n'est pas associée aux activités des organismes vivants et ne participe à la circulation qu'avec le temps. Et le deuxième est le fonds renouvelable. Il ne représente qu’une petite partie de la substance activement utilisée par les organismes vivants.
Atomes de quels éléments chimiques de base sont si nécessaires à la vie sur Terre ? Ce sont : l'oxygène, le carbone, l'azote, le phosphore et quelques autres. Parmi les composés, le principal en circulation est l’eau.
Oxygène
Le cycle de l'oxygène dans la biosphère devrait commencer par le processus de photosynthèse, à la suite duquel il est apparu il y a des milliards d'années. Il est libéré par les plantes à partir des molécules d'eau sous l'influence de l'énergie solaire. L'oxygène se forme également dans les couches supérieures de l'atmosphère lors de réactions chimiques dans la vapeur d'eau, où les composés chimiques se décomposent sous l'influence du rayonnement électromagnétique. Mais c'est une source mineure d'oxygène. La principale est la photosynthèse. L'oxygène se trouve également dans l'eau. Bien qu'il y en ait 21 fois moins que dans l'atmosphère.
L'oxygène qui en résulte est utilisé par les organismes vivants pour la respiration. C'est également un agent oxydant pour divers sels minéraux.
Et l'homme est un consommateur d'oxygène. Mais avec le début de la révolution scientifique et technologique, cette consommation a augmenté à plusieurs reprises, puisque l'oxygène est brûlé ou lié lors du fonctionnement de nombreuses productions industrielles, transports, pour satisfaire les besoins domestiques et autres au cours de la vie humaine. Le soi-disant fonds d'échange d'oxygène dans l'atmosphère qui existait auparavant représentait 5 % de son volume total, c'est-à-dire qu'autant d'oxygène était produit au cours du processus de photosynthèse qu'il était consommé. Aujourd’hui, ce volume devient catastrophiquement faible. L'oxygène est consommé, pour ainsi dire, à partir de la réserve d'urgence. De là, où il n’y a personne pour l’ajouter.
Ce problème est légèrement atténué par le fait qu'une partie des déchets organiques n'est pas traitée et ne tombe pas sous l'influence de bactéries putréfactives, mais reste dans les roches sédimentaires, formant de la tourbe, du charbon et des minéraux similaires.
Si le résultat de la photosynthèse est l’oxygène, alors sa matière première est le carbone.
Azote
Le cycle de l'azote dans la biosphère est associé à la formation de composés organiques aussi importants que les protéines, les acides nucléiques, les lipoprotéines, l'ATP, la chlorophylle et autres. L'azote, sous forme moléculaire, se trouve dans l'atmosphère. Avec les organismes vivants, cela ne représente qu’environ 2 % de tout l’azote sur Terre. Sous cette forme, il ne peut être consommé que par les bactéries et les algues bleu-vert. Pour le reste du monde végétal, l’azote sous forme moléculaire ne peut pas servir d’aliment, mais ne peut être transformé que sous forme de composés inorganiques. Certains types de ces composés se forment lors d’orages et tombent dans l’eau et le sol sous l’effet des précipitations.
Les « recycleurs » les plus actifs d’azote ou de fixateurs d’azote sont les bactéries nodulaires. Ils s'installent dans les cellules des racines des légumineuses et convertissent l'azote moléculaire en ses composés adaptés aux plantes. Après leur mort, le sol s’enrichit également en azote.
Les bactéries putréfactives décomposent les composés organiques contenant de l'azote en ammoniac. Une partie est rejetée dans l’atmosphère et le reste est oxydé par d’autres types de bactéries en nitrites et nitrates. Ceux-ci, à leur tour, servent de nourriture aux plantes et sont réduits en oxydes et en azote moléculaire par les bactéries nitrifiantes. Qui rentrent dans l'atmosphère.
Il est donc clair que différents types de bactéries jouent le rôle principal dans le cycle de l’azote. Et si vous détruisez au moins 20 de ces espèces, la vie sur la planète cessera.
Et encore une fois, le circuit établi a été rompu par l’homme. Afin d'augmenter les rendements des cultures, il a commencé à utiliser activement des engrais contenant de l'azote.
Carbone
Le cycle du carbone dans la biosphère est inextricablement lié à la circulation de l'oxygène et de l'azote.
Dans la biosphère, le schéma du cycle du carbone repose sur l'activité vitale des plantes vertes et leur capacité à convertir le dioxyde de carbone en oxygène, c'est-à-dire la photosynthèse.
Le carbone interagit avec d’autres éléments de diverses manières et fait partie de presque toutes les classes de composés organiques. Par exemple, il fait partie du dioxyde de carbone et du méthane. Il est dissous dans l'eau, où sa teneur est beaucoup plus élevée que dans l'atmosphère.
Bien que le carbone ne figure pas parmi les dix premiers en termes de prévalence, il représente dans les organismes vivants entre 18 et 45 % de la masse sèche.
Les océans servent de régulateur des niveaux de dioxyde de carbone. Dès que sa part dans l'air augmente, l'eau égalise les positions en absorbant le dioxyde de carbone. Les organismes marins sont un autre consommateur de carbone dans l’océan, qui l’utilise pour fabriquer des coquilles.
Le cycle du carbone dans la biosphère repose sur la présence de dioxyde de carbone dans l'atmosphère et l'hydrosphère, qui constitue une sorte de fonds d'échange. Il est reconstitué par la respiration des organismes vivants. Les bactéries, champignons et autres micro-organismes qui participent au processus de décomposition des résidus organiques du sol participent également à la reconstitution du dioxyde de carbone dans l'atmosphère. Le carbone est « conservé » dans des résidus organiques minéralisés et non pourris. Dans le charbon et le lignite, la tourbe, les schistes bitumineux et les gisements similaires. Mais le principal fonds de réserve de carbone est le calcaire et la dolomie. Le carbone qu’ils contiennent est « caché en toute sécurité » dans les profondeurs de la planète et n’est libéré que lors des changements tectoniques et des émissions de gaz volcaniques lors des éruptions.
Étant donné que le processus de respiration avec libération de carbone et le processus de photosynthèse avec son absorption traversent très rapidement les organismes vivants, seule une petite fraction du carbone total de la planète participe au cycle. Si ce processus n’était pas réciproque, les usines de sushi utiliseraient à elles seules tout le carbone en seulement 4 à 5 ans.
Actuellement, grâce à l’activité humaine, le monde végétal ne manque pas de dioxyde de carbone. Il est réapprovisionné immédiatement et simultanément à partir de deux sources. En brûlant de l'oxygène lors du fonctionnement de l'industrie, de la production et du transport, ainsi que dans le cadre de l'utilisation de ces « conserves » - charbon, tourbe, schiste, etc. - pour le travail de ce type d'activités humaines. Pourquoi la teneur en dioxyde de carbone dans l'atmosphère a-t-elle augmenté de 25 % ?
Phosphore
Le cycle du phosphore dans la biosphère est inextricablement lié à la synthèse de substances organiques telles que l'ATP, l'ADN, l'ARN et autres.
La teneur en phosphore du sol et de l'eau est très faible. Ses principales réserves se trouvent dans des roches formées dans un passé lointain. Avec l’altération de ces roches, le cycle du phosphore commence.
Le phosphore est absorbé par les plantes uniquement sous forme d’ions d’acide orthophosphorique. Il s'agit principalement du produit du traitement des restes organiques par les fossoyeurs. Mais si les sols ont un facteur alcalin ou acide élevé, les phosphates ne s'y dissolvent pratiquement pas.
Le phosphore est un excellent nutriment pour différents types de bactéries. Surtout les algues bleu-vert, qui se développent rapidement avec une teneur accrue en phosphore.
Cependant, la majeure partie du phosphore est emportée par les rivières et d’autres eaux dans l’océan. Là, il est activement consommé par le phytoplancton, ainsi que par les oiseaux marins et d'autres espèces animales. Par la suite, le phosphore tombe au fond de l’océan et forme des roches sédimentaires. C'est-à-dire qu'il retourne au sol, uniquement sous une couche d'eau de mer.
Comme vous pouvez le constater, le cycle du phosphore est spécifique. Il est difficile d’appeler cela un circuit, puisqu’il n’est pas fermé.
Soufre
Dans la biosphère, le cycle du soufre est nécessaire à la formation des acides aminés. Il crée la structure tridimensionnelle des protéines. Cela implique des bactéries et des organismes qui consomment de l’oxygène pour synthétiser de l’énergie. Ils oxydent le soufre en sulfates et les organismes vivants prénucléaires unicellulaires réduisent les sulfates en sulfure d'hydrogène. En plus d'eux, des groupes entiers de bactéries soufrées oxydent le sulfure d'hydrogène en soufre puis en sulfates. Les plantes ne peuvent consommer que l'ion soufre du sol - SO 2-4 Ainsi, certains micro-organismes sont des agents oxydants, tandis que d'autres sont des agents réducteurs.
Les endroits où le soufre et ses dérivés s'accumulent dans la biosphère sont l'océan et l'atmosphère. Le soufre pénètre dans l'atmosphère avec la libération de sulfure d'hydrogène provenant de l'eau. De plus, le soufre pénètre dans l’atmosphère sous forme de dioxyde lorsque des combustibles fossiles sont brûlés dans le cadre de la production et à des fins domestiques. Principalement du charbon. Là, il s'oxyde et, se transformant en acide sulfurique dans l'eau de pluie, tombe avec lui au sol. Les pluies acides elles-mêmes causent des dommages importants à l'ensemble du monde végétal et animal et, en outre, avec les eaux de tempête et de fonte, elles pénètrent dans les rivières. Les rivières transportent des ions sulfate de soufre dans l'océan.
Le soufre est également contenu dans les roches sous forme de sulfures et sous forme gazeuse - sulfure d'hydrogène et dioxyde de soufre. Au fond des mers se trouvent des gisements de soufre natif. Mais tout cela est une « réserve ».
Eau
Il n’existe pas de substance plus répandue dans la biosphère. Ses réserves se trouvent principalement sous la forme salée-amère des eaux des mers et des océans - environ 97 %. Le reste est constitué d’eau douce, de glaciers et d’eaux souterraines et souterraines.
Le cycle de l'eau dans la biosphère commence classiquement par son évaporation de la surface des réservoirs et des feuilles des plantes et s'élève à environ 500 000 mètres cubes. km. Elle revient sous forme de précipitations, qui retombent soit directement dans les plans d'eau, soit en passant par le sol et les eaux souterraines.
Le rôle de l'eau dans la biosphère et l'histoire de son évolution sont tels que toute vie dès son apparition était entièrement dépendante de l'eau. Dans la biosphère, l’eau a traversé à plusieurs reprises des cycles de décomposition et de naissance par l’intermédiaire d’organismes vivants.
Le cycle de l'eau est en grande partie un processus physique. Mais le monde animal et surtout végétal y joue un rôle important. L'évaporation de l'eau à la surface des feuilles des arbres est telle que, par exemple, un hectare de forêt évapore jusqu'à 50 tonnes d'eau par jour.
Si l'évaporation de l'eau des surfaces des réservoirs est naturelle pour sa circulation, alors pour les continents avec leurs zones forestières, un tel processus est le seul et principal moyen de la préserver. Ici, la circulation se déroule comme dans un cycle fermé. Les précipitations sont formées par l'évaporation des surfaces du sol et des plantes.
Lors de la photosynthèse, les plantes utilisent l'hydrogène contenu dans une molécule d'eau pour créer un nouveau composé organique et libérer de l'oxygène. Et, à l’inverse, au cours du processus de respiration, les organismes vivants subissent un processus d’oxydation et de l’eau se forme à nouveau.
En décrivant la circulation de divers types de produits chimiques, nous sommes confrontés à une influence humaine plus active sur ces processus. Actuellement, la nature, grâce à son histoire de survie de plusieurs milliards d’années, est confrontée à la régulation et au rétablissement d’équilibres perturbés. Mais les premiers symptômes de la « maladie » sont déjà là. Et c’est « l’effet de serre ». Quand deux énergies : solaire et réfléchie par la Terre, ne protègent pas les organismes vivants, mais au contraire se renforcent mutuellement. En conséquence, la température ambiante augmente. Quelles conséquences pourrait avoir une telle augmentation, outre la fonte accélérée des glaciers et l’évaporation de l’eau de la surface des océans, des terres et des plantes ?
Vidéo - Cycle des substances dans la biosphère
Il existe un échange constant d'éléments chimiques entre la lithosphère, l'hydrosphère, l'atmosphère et les organismes vivants de la Terre. Ce processus est cyclique : étant passés d'une sphère à une autre, les éléments reviennent à leur état d'origine. Le cycle des éléments s'est déroulé tout au long de l'histoire de la Terre, qui s'étend sur 4,5 milliards d'années.
D'énormes masses de produits chimiques sont transportées par les eaux de l'océan mondial. Cela s'applique principalement aux gaz dissous - dioxyde de carbone, oxygène, azote. L'eau froide aux hautes latitudes dissout les gaz atmosphériques. Venant avec les courants océaniques dans la zone tropicale, il les libère, car la solubilité des gaz diminue lorsqu'ils sont chauffés. L'absorption et la libération de gaz se produisent également lors du changement des saisons chaudes et froides de l'année.
L’émergence de la vie sur la planète a eu un impact considérable sur les cycles naturels de certains éléments. Il s'agit tout d'abord de la circulation des principaux éléments de la matière organique - le carbone, l'hydrogène et l'oxygène, ainsi que d'éléments vitaux tels que l'azote, le soufre et le phosphore. Les organismes vivants influencent également le cycle de nombreux éléments métalliques. Bien que la masse totale des organismes vivants sur Terre soit des millions de fois inférieure à la masse de la croûte terrestre, les plantes et les animaux jouent un rôle vital dans le mouvement des éléments chimiques.
Les processus de photosynthèse de la matière organique à partir de composants inorganiques durent des millions d'années et pendant ce temps, les éléments chimiques doivent être passés d'une forme à une autre. Cependant, cela ne se produit pas en raison de leur circulation dans la biosphère. Chaque année, les organismes photosynthétiques assimilent environ 350 milliards de tonnes de dioxyde de carbone, libèrent environ 250 milliards de tonnes d'oxygène dans l'atmosphère et décomposent 140 milliards de tonnes d'eau, formant ainsi plus de 230 milliards de tonnes de matière organique (calculée en poids sec).
D'énormes quantités d'eau traversent les plantes et les algues lors du transport et de l'évaporation. Cela conduit au fait que l'eau de la couche superficielle de l'océan est filtrée par le plancton en 40 jours et que le reste de l'eau de l'océan est filtré en un an environ. Tout le dioxyde de carbone présent dans l'atmosphère se renouvelle en plusieurs centaines d'années, et l'oxygène en plusieurs milliers d'années. Chaque année, la photosynthèse inclut dans le cycle 6 milliards de tonnes d'azote, 210 milliards de tonnes de phosphore et un grand nombre d'autres éléments (potassium, sodium, calcium, magnésium, soufre, fer, etc.). l'existence de ces cycles confère à l'écosystème une certaine stabilité.
Il existe deux cycles principaux : le grand (géologique) et le petit (biotique).
Le grand cycle, qui dure des millions d'années, consiste dans le fait que les roches sont détruites et que les produits d'altération (y compris les nutriments solubles dans l'eau) sont transportés par les courants d'eau dans l'océan mondial, où ils forment des strates marines et ne reviennent que partiellement à l'océan. terre avec des précipitations. Les changements géotectoniques, les processus d'affaissement des continents et d'élévation des fonds marins, le mouvement des mers et des océans sur une longue période de temps conduisent au retour de ces strates sur terre et le processus recommence.
Le petit cycle (une partie du grand) se produit au niveau de l'écosystème et consiste dans le fait que les nutriments, l'eau et le carbone s'accumulent dans la substance des plantes, sont dépensés pour la construction du corps et dans les processus vitaux de ces plantes elles-mêmes et d'autres organismes (généralement des animaux) qui mangent ces plantes (consommateurs). Les produits de décomposition de la matière organique sous l'influence de décomposeurs et de micro-organismes (bactéries, champignons, vers) se décomposent à nouveau en composants minéraux accessibles aux plantes et sont entraînés par celles-ci dans le flux de matière.
Toutes les eaux naturelles contiennent divers gaz à l’état dissous, principalement de l’azote, de l’oxygène et du dioxyde de carbone. La quantité de gaz que l’eau de mer peut dissoudre dépend de sa salinité, de sa pression hydrostatique, mais surtout de sa température. Plus la salinité et la température sont élevées, moins l’eau de mer peut dissoudre les gaz, et vice versa.
L'eau de mer est impliquée dans de nombreuses transformations chimiques et biochimiques des substances qui s'y trouvent sous forme dissoute, colloïdale et en suspension, à l'état libre et dans divers composés. L'hydrosphère dans son ensemble sert de médium et de véhicule puissant dans les changements et mouvements complexes des éléments chimiques se produisant dans la biosphère et la lithosphère.
Les rivières transportent chaque année environ 10 millions de tonnes d'azote sous forme ionique et environ 20 millions de tonnes sous forme de composés organiques dans l'océan mondial. Étant donné que peu d'azote est perdu dans les roches sédimentaires, on peut supposer que, au cours des processus naturels, la dénitrification dans l'océan mondial équilibre la fixation de l'azote et son élimination vers la terre ferme. En raison de l'utilisation d'engrais, la quantité d'engrais pénétrant dans les plans d'eau a fortement augmenté, détériorant la qualité de l'eau.
Le phosphore est l’élément nutritif le plus important, limitant le plus souvent le développement de la productivité des masses d’eau. Par conséquent, l'entrée de composés phosphorés en excès du bassin versant avec le ruissellement de surface des champs, avec le ruissellement des fermes, avec les eaux usées domestiques non traitées, ainsi qu'avec certains déchets industriels conduit à une forte augmentation incontrôlée de la biomasse végétale du plan d'eau (ce est particulièrement typique des réservoirs stagnants et à faible débit). Les activités humaines ont perturbé le cycle naturel du phosphore. Les composés du phosphore sont utilisés pour produire des engrais et des détergents. Cela conduit à une pollution des plans d'eau par des composés phosphorés. Dans de telles conditions, le phosphore cesse d'être un élément limitant la croissance de la masse des êtres vivants, notamment des algues et autres plantes aquatiques.
Le soufre se trouve dans l’atmosphère en petites quantités, principalement sous forme de sulfure d’hydrogène et de dioxyde de soufre. Une grande partie de cet élément (sous forme d’ions sulfate) se trouve dans l’hydrosphère. Dans la lithosphère, le soufre se trouve sous la forme d'une substance simple (soufre natif) et dans la composition de nombreux minéraux - sulfures et sulfates métalliques. De plus, des composés soufrés se trouvent dans le charbon, le schiste, le pétrole et le gaz naturel. Le soufre fait partie de nombreuses protéines, on le trouve donc toujours dans le corps des animaux et des plantes. L’activité humaine a considérablement modifié le cycle du soufre entre l’atmosphère, les océans et les terres émergées. Ces changements sont plus importants que l’impact humain sur le cycle du carbone. Comme dans le cas du cycle global du carbone, les émissions anthropiques de soufre dans l'environnement ont peu d'effet sur la répartition des masses de cet élément à la surface de la Terre. Cependant, la teneur accrue en soufre des déchets industriels et ménagers constitue un danger pour la vie sur de vastes zones. Les émissions massives de dioxyde de soufre dans l’atmosphère génèrent des pluies acides, qui peuvent tomber bien au-delà des zones industrielles. La pollution des eaux naturelles par des composés soufrés solubles constitue une menace pour les organismes vivants des masses d'eau intérieures et des zones côtières des mers.
Le carbone est l'élément fondamental de la vie. On le retrouve dans l'atmosphère sous forme de dioxyde de carbone. Dans les océans et les eaux douces de la Terre, le carbone se trouve sous deux formes principales : dans la matière organique et dans les particules inorganiques interconnectées : les ions bicarbonate, les ions carbonate et le dioxyde de carbone dissous. L'essentiel est accumulé dans les carbonates du fond océanique (1 016 tonnes), dans les roches cristallines (1 016 tonnes), le charbon et le pétrole (1 016 tonnes) et participe à un large cycle de circulation. Au cours du siècle dernier, des changements importants ont été apportés au cycle du carbone par l’activité économique humaine. La combustion de combustibles fossiles – charbon, pétrole et gaz – a entraîné une augmentation des rejets de dioxyde de carbone dans l’atmosphère. Cela n'affecte pas beaucoup la répartition des masses de carbone entre les coquilles terrestres, mais cela peut avoir de graves conséquences en raison du renforcement de l'effet de serre.
Le silicium est le deuxième élément chimique le plus abondant (après l'oxygène) dans la croûte terrestre. Son Clarke dans la croûte terrestre est de 29,5, dans le sol - 33, dans l'océan - 5x10 -5. Cependant, malgré l'énorme abondance de silicium et de ses composés dans la nature (le quartz et les silicates constituent 87 % de la lithosphère), les cycles biogéochimiques du silicium (surtout terrestre) ne sont pas encore suffisamment étudiés. Le manganèse et le fer sont des composants constants des eaux douces naturelles et leurs niveaux dépassent souvent les niveaux de macronutriments essentiels.
9e annéeBillet n°26
1. Cycles des éléments chimiques dans la nature (par exemple, carbone, oxygène et azote). Le rôle des êtres vivants dans le cycle des éléments chimiques.
Les cycles des éléments chimiques sur Terre sont des processus répétitifs de transformation et de mouvement de substances dans la nature, qui sont de nature plus ou moins cyclique. Le cycle général des substances est constitué de processus individuels (le cycle de l'eau, des gaz, des éléments chimiques), qui ne sont pas complètement réversibles, car la substance se dissipe, sa composition change, etc.
Avec l'avènement de la vie sur Terre, les organismes vivants jouent un rôle important dans le cycle des substances (le cycle de l'oxygène, du carbone, de l'hydrogène, de l'azote, du calcium et d'autres éléments biogènes). Impact global sur le cycle des substances et des produits chimiques. les éléments ont une activité humaine, à la suite de laquelle de nouvelles voies de migration de substances développées dans la nature apparaissent, de nouvelles substances apparaissent, etc.
Une étude approfondie des transformations des substances et de l'énergie dans la nature et la prise en compte des conséquences de l'activité humaine sont une condition nécessaire à la préservation de l'environnement.
Considérons les cycles de certains éléments chimiques
Cycle du carbone
Dans la nature, il existe un processus continu de destruction de certaines substances contenant du carbone et de formation d'autres. Les substances organiques sont détruites par la combustion du carburant, par la respiration et par la pourriture. À partir d'eux, des substances plus simples se forment, notamment du dioxyde de carbone. Le dioxyde de carbone est libéré lors de la décomposition de certaines substances inorganiques, par exemple lors de la combustion du calcaire. Cependant, sa quantité dans l’atmosphère augmente lentement. Cela s'explique par le fait que le monoxyde de carbone (IV) est impliqué dans la photosynthèse et que les atomes de carbone sont à nouveau transférés vers la matière organique des plantes. Beaucoup d’entre eux sont consommés par les animaux et les humains. C’est ainsi que se produit le cycle continu du carbone dans la nature.
Minéraux et roches
(pétrole, gaz naturel, charbon, graphite - combustion,
calcaire, dolomite - calcination), gaz volcaniques
gaz carbonique
plantes
absorber le dioxyde de carbone pendant la photosynthèse,
l'élément carbone entre dans la matière organique
animaux
la matière organique des plantes fait partie de la nourriture
pour les animaux et les humains
gaz carbonique
processus de respiration, de fermentation, de décomposition
accompagné de la formation de dioxyde de carbone
(les substances organiques sont transformées en dioxyde de carbone à la suite de réactions d'oxydation)
Cycle de l'oxygène
La composition de l’atmosphère a peu changé au cours des siècles passés. La composition de l'air comprend : de l'azote (78 %), de l'oxygène (21 %), du dioxyde de carbone (0,03 %) et des gaz inertes (environ 1 %). Au cours de l'évolution, les organismes vivants se sont adaptés à une certaine composition de l'atmosphère, et même de petits changements dans la composition ont un effet négatif sur les organismes vivants.
L'oxygène est consommé en quantités énormes pour de nombreuses réactions chimiques : respiration des organismes vivants, processus de désintégration ; activités économiques humaines : combustion de combustibles, fusion, découpe et soudage des métaux, nombreuses industries (substances médicinales, acides nitrique et sulfurique, engrais, fibres synthétiques, explosifs, plastiques, etc.).
Néanmoins, la masse totale d’oxygène dans l’air ne change pas sensiblement. Cela s'explique par le processus de photosynthèse qui se produit dans les plantes vertes à la lumière. Grâce à la photosynthèse, les plantes absorbent le dioxyde de carbone et libèrent de l'oxygène. Grâce à ce processus, la quantité d’oxygène dans l’air est reconstituée.
Oxygène atmosphérique
les plantes, les animaux, les gens
absorber l'oxygène pendant la respiration et libérer du dioxyde de carbone
gaz carbonique
les plantes absorbent le dioxyde de carbone et libèrent de l'oxygène,
Ce procédé est appelé photosynthèse
oxygène atmosphérique
Les plantes libèrent de l'oxygène pendant la photosynthèse
Cycle de l'azote
L'élément chimique azote sous forme de substance simple constitue la majeure partie de l'atmosphère, qui en contient 78 % en volume, et fait partie des substances organiques, notamment les protéines qui composent les organismes vivants. Dans le sol, l’azote est contenu sous forme d’ions ammonium NH4+ et d’ions nitrate NO3-.
Les plantes vertes ont besoin d’azote ; c’est le principal nutriment avec le phosphore et le potassium. L'azote affecte la croissance de la masse verte des plantes ; en cas de manque d'azote, leur croissance ralentit et s'arrête. Lors de la culture des plantes, le sol s’épuise progressivement en azote et peut devenir stérile.
Lorsque la matière organique pourrit et brûle, une partie de l’azote lié est libérée et rejetée dans l’atmosphère. Cependant, dans des conditions naturelles, la teneur en azote lié dans le sol ne diminue pas et la masse d'azote libre dans l'atmosphère n'augmente pas non plus. Comment cela peut-il être expliqué?
Il s'avère qu'il existe des bactéries, vivant librement dans le sol et s'installant sur les racines des légumineuses, qui absorbent l'azote atmosphérique et le transforment en composés organiques. De petites quantités d'azote sont liées lors des décharges de foudre : dans ce cas, des oxydes d'azote se forment ; l'oxyde d'azote (IV) se combine à l'eau et se transforme en acide nitrique, qui se transforme en nitrates dans le sol.
À la suite de ces processus, le cycle des éléments chimiques se produit dans la nature. Lors de la récolte, une partie importante de l’azote est éliminée des champs, il est donc nécessaire d’appliquer des engrais azotés au sol pour compenser cette perte.
azote atmosphérique
(la teneur en azote de l'atmosphère est constante, 78 % en volume)
L'azote est absorbé par les bactéries fixatrices d'azote
le convertir en formes de nitrate et d'ammonium et en substances organiques
Plantes
(dans les plantes, l'azote se trouve sous forme de substances organiques - protéines ; les protéines végétales servent de nourriture aux animaux et aux humains)
Animaux et humains
Pourriture, produits métaboliques, combustion de substances organiques
azote atmosphérique
Ainsi, après avoir examiné les cycles de certains éléments chimiques, nous étions convaincus qu'ils sont caractérisés par une cyclicité ; divers maillons de la nature vivante et inanimée participent au cycle. Grâce au cycle des substances, une composition constante de l’atmosphère, du sol et de l’hydrosphère est maintenue.
Les organismes vivants jouent un rôle majeur dans le cycle des substances : les plantes, les animaux et les humains. Dans les plantes vertes, les substances inorganiques sont transformées en substances organiques grâce au processus de photosynthèse ; dans le corps des animaux, les protéines nécessaires à la vie humaine sont créées (les protéines animales contiennent tous les acides aminés). L’homme influence le cycle des substances à travers ses activités économiques et, très souvent, son influence nuit à la nature.
Toute intervention humaine déraisonnable provoque une violation de l'équilibre naturel, il est donc nécessaire d'étudier tous les aspects et liens du cycle des substances et de prendre en compte leurs caractéristiques afin de ne pas perturber l'équilibre naturel de la nature.
La circulation des principaux éléments de la biosphère - C, O,H, N, P., S, Al, Fe,Pd, CD, Hg, Sr, composés organiques et inorganiques.
Le carbone est incorporé aux éléments organiques lors de la photosynthèse à partir du CO2. D'autres processus de biosynthèse convertissent le carbone en amidon, glycogène et autres substances. Ces substances forment les tissus des organismes photosynthétiques et servent de source de matière organique pour les animaux. Au cours du processus respiratoire du corps, des substances organiques complexes sont oxydées et du CO2 est libéré, qui participe à nouveau à la photosynthèse. La durée du cycle est de 8 ans.
La migration du C02 dans la biosphère terrestre se produit de deux manières :
1le ème chemin est en train d'être tracé dans son absorption pendant la photosynthèse avec la formation de substances organiques et leur enfouissement ultérieur dans la lithosphère sous forme de tourbe, de charbon, de schiste de montagne, de matière organique dispersée et de roches sédimentaires. Le long de la 2ème voie de migration C est réalisé par la création d'un système carbonaté dans divers réservoirs, où le CO2 se transforme en H2CO3, HCO31-, CO32-. Ensuite, à l’aide du calcium dissous dans l’eau, les carbonates CaCO3 sont précipités par des voies biogéniques et abiogéniques. D'épaisses strates calcaires apparaissent. Parallèlement à ce grand cycle du carbone, il existe également un certain nombre de petits cycles du carbone à la surface des terres et dans les océans.
En termes quantitatifs, la principale composante de la matière vivante est oxygène, dont la circulation est compliquée par sa capacité à entrer dans diverses réactions chimiques, principalement des réactions d'oxydation.
L'oxygène contenu dans l'atmosphère et dans les minéraux de surface (calcites sédimentaires, minerais de fer) est d'origine biogénique et doit être considéré comme un produit de la photosynthèse. Ce processus est à l'opposé du processus de consommation d'oxygène lors de la respiration, qui s'accompagne de la destruction de molécules organiques, de l'interaction de l'oxygène avec l'hydrogène et de la formation d'eau. Cela se produit principalement entre l’atmosphère et les organismes vivants.
La consommation de l'oxygène atmosphérique et son remplacement par les plantes au cours du processus de photosynthèse se produisent assez rapidement. Les calculs montrent qu'il faut environ deux mille ans pour renouveler complètement tout l'oxygène atmosphérique.
Hydrogène sur Terre, on le trouve principalement dans l'hydrosphère, dans le cadre de l'eau. Son contenu dans la lithosphère et l'atmosphère est relativement faible. Cela fait également partie de la matière organique. D'énormes masses d'hydrogène, ainsi que d'oxygène, participent au cycle de l'eau, l'un des processus cycliques les plus puissants de la planète.
Une particularité de l’hydrogène est sa capacité (avec l’hélium) à s’échapper du champ gravitationnel terrestre en raison de sa faible masse atomique. Ces pertes sont compensées par la libération d'hydrogène du manteau. L'hydrogène moléculaire pénètre dans l'atmosphère terrestre à la suite de l'activité volcanique ; il est également libéré par certaines bactéries. Après l’apparition des organismes vivants sur notre planète, l’hydrogène a commencé à se lier à la matière organique.
Lorsque la matière organique pourrit, une partie importante de ce qu'elle contient azote se transforme en NH4 qui, sous l'influence des bactéries trificantes vivant dans le sol, est oxydé en acide nitrique. Il réagit avec les carbonates du sol (par exemple CaCO3) et forme des nitrates :
2HN03 + CaCO3 Ca(NO3)2 + CO2 + H20
Une partie de l'azote est toujours libérée lors de la décomposition sous forme libre dans l'atmosphère. L'azote libre est également libéré lors de la combustion de substances organiques, lors de la combustion du bois, du charbon et de la tourbe. Tout l’azote contenu dans les plantes mortes ne retourne pas au sol ; une partie est progressivement libérée sous forme libre. La perte continue de composés minéraux azotés aurait dû conduire depuis longtemps à l’arrêt complet de la vie sur Terre si des processus permettant de compenser la perte d’azote n’existaient pas dans la nature. Ces processus incluent principalement les décharges électriques se produisant dans l’atmosphère. Lors des orages, ils synthétisent des oxydes d'azote à partir de l'azote et de l'oxygène ; ces derniers produisent de l'acide nitrique avec l'eau, se transformant en nitrates (ammoniac) dans le sol. Une autre source de composés azotés dans le sol est l'activité vitale des azotobactéries, capables d'assimiler l'azote atmosphérique. Certaines de ces bactéries s'installent sur les racines des plantes de la famille des légumineuses, provoquant la formation de gonflements caractéristiques - les « nodules ». En assimilant l'azote atmosphérique, les bactéries nodulaires le transforment en composés azotés et les plantes, à leur tour, convertissent ces derniers en protéines et autres substances complexes. Lorsque les protéines végétales et animales se décomposent, l'azote entre à nouveau dans la nature inanimée, d'où il pénètre dans de nouvelles générations d'organismes vivants, et une partie de l'azote sous forme de molécules retourne dans l'atmosphère.
Phosphore- un élément très important pour tout être vivant, puisqu'il participe à la formation et à la transformation des substances azotées et des glucides dans les tissus vivants - la biosynthèse des protéines, des acides nucléiques, qui jouent un rôle majeur dans le stockage et la transmission des informations héréditaires et assurent la synthèse de protéines dans les cellules, de peptides, etc. , fait partie du squelette, du tissu cérébral, des chromosomes, des enzymes, des virus, du protoplasme d'une cellule vivante.
Le phosphore fait partie des gènes et des molécules qui transfèrent l'énergie à l'intérieur des cellules. Divers minéraux contiennent du P sous forme de phosphathione inorganique (PO43-). Les phosphates sont solubles dans l'eau, mais non volatils. Les plantes absorbent le PO43- d'une solution aqueuse et incorporent le phosphore dans divers composés organiques, où il apparaît sous la forme de ce qu'on appelle. phosphate organique. Le P traverse les chaînes alimentaires, depuis les plantes jusqu'à tous les autres organismes de l'écosystème. À chaque transition, il existe une forte probabilité d’oxydation du composé contenant du P par le processus de respiration cellulaire pour produire de l’énergie organique. Lorsque cela se produit, le phosphate présent dans l’urine ou son analogue est libéré dans l’environnement, après quoi il peut à nouveau être absorbé par les plantes et commencer un nouveau cycle. En pénétrant dans les plans d’eau, le phosphore sature et parfois sursature les écosystèmes. Il n’y a essentiellement aucun moyen de revenir en arrière. Certains peuvent revenir à terre avec l’aide d’oiseaux piscivores, mais cela ne représente qu’une très petite partie du total et finit également près de la côte. Les dépôts de phosphate océanique s'élèvent au-dessus de la surface de l'eau au fil du temps en raison de processus géologiques, mais cela se produit sur des millions d'années.
Soufre appartient au groupe des éléments chimiques cycliques, forme 369 minéraux. Il s'agit d'un élément biophilique important que l'on trouve dans la biosphère principalement dans les tissus animaux et qui participe non seulement aux processus se produisant dans les cellules vivantes ou avec la participation de diverses substances organiques, mais qui influence également de manière significative le cours du métabolisme de nombreux groupes et d'un grand nombre. d'organismes. La biophilie est caractérisée par la concentration Clarke d'un élément dans la matière vivante (CC) - le rapport entre le contenu d'un élément donné dans un objet naturel spécifique et le Clarke de la lithosphère. Les micro-organismes jouent un rôle important dans le cycle du soufre. Malgré le fait que des processus d'oxydation et de réduction se produisent dans le cycle du soufre, une partie du soufre est éliminée du cycle, la réduction ne compense pas l'oxydation ; Ceci est aggravé par l'activité consciente de l'homme, qui convertit les sulfures naturels en sulfates, par exemple dans la production d'acide sulfurique, la fusion de métaux et de minerais de soufre.
Les composés soufrés qui pénètrent dans l'atmosphère de manière technogénique depuis la terre retournent presque entièrement à la surface de la Terre et ont un effet néfaste sur les complexes naturels.
Aluminium- le troisième plus grand élément de la croûte terrestre ; c'est plus de 7,5%. L'un des principaux éléments des roches massives. Sa quantité diminue avec la profondeur dans les roches principales. On le trouve dans les roches massives. arr. dans les silicates d'aluminium et de potassium, dans une moindre mesure et encore plus rarement dans les oxydes. Les silicates d'aluminium des roches massives sont instables dans la biosphère, perdent des métaux, absorbent l'eau et se transforment en acides libres (argiles). Le processus est influencé par le CO 2 et l'eau et est souvent associé à la vie. Les argiles - le kaolin dans certains sols et mers - se décomposent, donnant des hydrates d'oxyde d'aluminium. Une partie de l'aluminium se trouve dans les eaux; dans les solutions aqueuses, en plus de l'ion A1, il peut y avoir des micelles d'oxyde d'aluminium hydraté ou d'argiles (kaolins) ; pour les eaux douces de la biosphère, A1 est en millièmes et cent millièmes de pour cent (pour l'océan cette valeur n'a pas été déterminée). À partir des solutions aqueuses, l'aluminium passe dans les organismes, où il se concentre dans les plantes et entre dans des silicates de magnésium riches en eau et peu solubles. Ces formes d'aluminium sont instables dans les parties profondes de la croûte terrestre, dans la région du métamorphisme, où elles tombent au cours des temps géologiques en raison des déplacements de la croûte terrestre lors de la formation des montagnes. Dans les régions supérieures du métamorphisme, de nouveaux composés se forment - des silicates de kaolin et d'aluminium - à partir d'argiles.
Il existe des sources abondantes dans la croûte terrestre glande. Une petite quantité de fer est transportée en solution par les eaux de surface et souterraines, mais la majeure partie est probablement transportée par les eaux de surface sous forme de particules, notamment de colloïdes, et de matière organique.
On pense que le fer en solution existe principalement sous forme d’ions, mais dans les eaux de surface, on le trouve souvent sous forme de composés organiques. Si le pH de l'eau est inférieur à 3,0, elle contient des ions ferriques Fe 3+. À un pH plus élevé, le fer ferrique peut être présent sous forme d’ion complexe. Si la valeur Eh n’est pas très élevée, l’eau contient du fer ferreux. Lorsque les eaux souterraines contenant des ions ferreux entrent en contact avec l’atmosphère, la réaction suivante peut se produire :
Étant donné que les échantillons d’eau souterraine sont presque toujours exposés à l’air et qu’une petite quantité d’oxygène est nécessaire pour cette réaction, cette dernière se produit toujours dans la plupart des échantillons d’eau souterraine collectés pour l’analyse chimique. Bien que cette réaction abaisse quelque peu le pH, la solubilité de l'hydroxyde ferrique est si faible aux valeurs de pH normales que la majeure partie du fer en solution est précipitée.
Répartition et migration Mercure dans l'environnement s'effectuent sous la forme de deux types de circulation. Premièrement, le cycle global, y compris la circulation des vapeurs de mercure dans l'atmosphère (des sources terrestres vers l'océan mondial et vice versa). Deuxièmement, un cycle local basé sur les processus de méthylation du mercure inorganique provenant de sources technogènes. C'est le cycle du deuxième type qui est le plus souvent associé à la formation de situations dangereuses pour l'environnement.
Le mercure et ses composés entrant dans l'environnement à partir de sources naturelles et technogènes subissent diverses transformations. Les formes inorganiques du mercure subissent des transformations à la suite de processus redox. Les vapeurs de mercure oxydent le mercure divalent inorganique (Hg 2+) dans l'eau en présence d'oxygène, ce qui est grandement facilité par les substances organiques présentes dans le milieu aquatique, particulièrement abondantes dans les zones polluées. À son tour, le mercure ionique, entrant ou se formant dans l'eau, est capable de former des composés complexes avec la matière organique. Parallèlement à l'oxydation des vapeurs de mercure, la formation de Hg 2+ peut se produire lors de la destruction des composés organiques du mercure.
Le mercure inorganique Hg 2+ subit deux types importants de transformations dans l'environnement. La première est la réduction avec formation de vapeur de mercure. On sait que certaines bactéries sont capables de réaliser cette transformation. La deuxième réaction importante est sa transformation en dérivés méthyliques et diméthyliques et leur interconversion ultérieure les uns dans les autres. Cette réaction joue un rôle clé dans le cycle local du mercure. Il est important que la méthylation du mercure se produise dans diverses conditions : en présence ou en l’absence d’oxygène, par différentes bactéries, dans différentes masses d’eau, dans les sols et même dans l’air atmosphérique. Les processus de méthylation se produisent particulièrement intensément dans la couche supérieure des sédiments de fond des réservoirs riches en matière organique, dans les matières en suspension dans l'eau, ainsi que dans le mucus recouvrant les poissons.
Éléments mineurs Comme les êtres vitaux, ils migrent souvent entre les organismes et l'environnement, bien qu'ils ne représentent aucune valeur pour les organismes. La plupart de ces éléments participent au cycle sédimentaire général. Ils ont généralement peu d’effet sur les êtres vivants. Cependant, des conséquences inattendues peuvent également survenir, principalement liées aux activités humaines. Par exemple, le strontium-90 radioactif, qui n'existait pas auparavant dans la nature, a des propriétés chimiques similaires à celles du calcium. Par conséquent, une fois dans les organismes, il s'accumule dans les os et entre en contact étroit avec les tissus hématopoïétiques. Le césium 137 radioactif a des propriétés similaires à celles du potassium et circule donc rapidement dans les chaînes alimentaires.
L’industrie moderne a enrichi la biosphère avec du mercure, des composés de cadmium, de cuivre, de zinc et de plomb. Ces substances sont toxiques pour la vie.
Transparent 1
I. Le Soleil est la source d'énergie et de vie la plus importante sur Terre, une condition du processus de photosynthèse et le principal facteur du cycle des substances dans la nature, c'est pourquoi l'image du Soleil est placée sur les diagrammes de cycles ou de sa participation dans divers processus est mentalement assumé.
II. Dioxyde de carbone dans l'atmosphère et l'hydrosphère de la Terre. Les flèches dirigées dans des directions opposées sur les transparents représentent l'équilibre dynamique qui détermine la teneur en dioxyde de carbone de l'atmosphère et de l'océan mondial. L’état de cet équilibre est influencé non seulement par les processus biochimiques, mais aussi par les activités de production humaine et les éruptions volcaniques.
III. Oxygène dans l'atmosphère et l'hydrosphère de la Terre.
L'image est similaire à la précédente.
Lorsqu'on considère des cycles individuels, il faut se limiter à un seul composant de l'atmosphère, par exemple l'azote, ou considérer l'atmosphère dans son ensemble (transparents 14, 15, 16).
(Contrairement au manuel ci-dessus, où seules l'atmosphère et l'hydrosphère sont présentées, dans des cycles individuels présentés sur des transparents, la lithosphère (« nature inanimée »), couvrant les rives et le fond de l'océan, est également indiquée.)
Transparence 2.
IV. Éruption.
V. Foudre contre le ciel.
VI. Usine avec cheminées fumantes.
Transparence 3.
VII. Roches, lithosphère.
VIII. Dépôts carbonatés.
IX. Restes végétaux et animaux.
X. Gisements de combustibles fossiles.
Transparence 4.
XI. Le sol.
XII. Microorganismes (bactéries putréfactives, nitrifiantes, dénitrifiantes, Azotobacter, bactéries soufrées, etc.) ; Lorsque vous discutez d’une diapositive, demandez aux élèves de déchiffrer quelle image appartient à quel micro-organisme.
XIII. Engrais minéraux
XIV. Dépôts d'engrais phosphatés (phosphorites, apatites).
Transparence 5.
XV. Plantes terrestres.
XVI Algues.
XVII. Animaux terrestres.
XVIII. Animaux aquatiques - poissons.
Les images placées sur les transparents 1 à 5 servent à dessiner des schémas de différentes circulations. Les diapositives 1 et 2 reflètent les phénomènes naturels mondiaux se produisant sur Terre, les activités de production humaine, proportionnelles à l'échelle des processus biogéochimiques se produisant dans toutes les coquilles de la croûte terrestre : litho, hydro et atmosphère. Les transparents 3, 4, 5 sont d'une manière ou d'une autre liés aux processus biogéochimiques se produisant à la surface de la Terre. Le contenu de chacun des transparents peut être utilisé comme sujet pour une conversation ou un discours animé de l'étudiant. Parallèlement, les écoliers utilisent les connaissances acquises dans les cours d'histoire naturelle, de biologie, de géographie et de physique ; Les liens interdisciplinaires sont ainsi renforcés.
La série met en évidence la complexité et l’incohérence des processus biogéochimiques. Ils comprennent les processus de création (photosynthèse et chimiosynthèse) et de destruction (pourriture et décomposition de la matière organique). Une attention particulière est portée au rôle de divers micro-organismes, sans lesquels la vie sur notre planète est impensable.
Déjà avec une telle considération générale de la question, des contours grandioses des processus de création et de destruction apparaissent, se produisant sous la forme de cycles de substances et de processus énergétiques qui les accompagnent. Ensuite, les cycles sont spécifiés à l'aide de l'exemple d'éléments chimiques individuels (au début, les exemples doivent être simples et inclure un petit nombre de composants). Progressivement, les cycles deviennent plus complexes, un plus grand nombre de composants y participent et le nombre de connexions entre eux augmente.
Des schémas de cycles sont donnés à titre d'exemple dans les transparents 6 à 20 (il est conseillé d'utiliser dans ce cas les recommandations disponibles dans le manuel « Cycle de certaines substances dans la nature » : un ordre approximatif de construction des schémas, mettant en évidence l'essentiel en sélectionnant les composants et établissant des connexions entre eux à l'aide de différentes flèches - par direction, couleur, épaisseur, etc.).
Les schémas ci-dessus n'épuisent pas les possibilités d'utilisation des 18 composants mentionnés précédemment. Ici, la créativité des étudiants, leur curiosité et leur esprit de compétition pour obtenir les meilleurs résultats peuvent pleinement se manifester. Les élèves peuvent également connaître d’autres éléments chimiques d’importance biologique, comme le manganèse, le fer et le zinc. Tout cela stimulera l'activité cognitive des étudiants, contribuera à une étude élargie et approfondie de la chimie et à l'utilisation créative des connaissances pour résoudre des problèmes cognitifs réalisables. Les slides présentent des schémas de cycles plus ou moins complexes, qui permettront d'adopter une approche individuelle des élèves et, dans une certaine mesure, de différencier les apprentissages. Pour chacun des transparents donnés ci-dessous, vous pouvez organiser une conversation, une histoire, qui contribuera au développement de la pensée et de l'oral des écoliers.
Diapositive 6.
Seules les connexions les plus générales entre la nature inanimée (VII - roches) et la nature vivante (XV - plantes, XVII - animaux) sont indiquées par des flèches différentes.
Diapositive 7.
Le schéma précédent est complété par un nouveau composant - le sol (XI).
Diapositive 8.
Une autre complication est introduite dans le schéma cyclique - les micro-organismes (XII), qui jouent un rôle important dans la formation du sol.
Diapositive 9.
Les micro-organismes transforment principalement les résidus organiques en substances inorganiques assimilées par les plantes. Ils réalisent également des synthèses de substances organiques.
Transparents 10, 11
Montre la relation entre les plantes terrestres et les animaux et la relation entre les animaux aquatiques et les plantes.
Diapositive 12.
De nouveaux composants (IX, XI, XII, VII, IV) sont inclus dans le schéma du cycle avec la participation de plantes et d'animaux terrestres. On peut demander aux élèves de construire eux-mêmes un diagramme similaire pour les plantes et les animaux aquatiques.
Diapositive 13.
La combustion de combustible et la combustion de calcaire augmentent la teneur en dioxyde de carbone dans l'atmosphère (hydrosphère) ; Dans le même temps, la teneur en oxygène de l’air diminue.
Diapositive 14.
Le diagramme montre en particulier que le mouvement du dioxyde de carbone et de l’oxygène dans les organismes végétaux et animaux se produit dans des directions opposées.
Diapositive 15.
Le diagramme montre deux processus opposés : la fixation de l'azote atmosphérique et la conversion de l'azote fixe en azote atmosphérique. Dans des conditions naturelles, ces processus sont équilibrés.
Diapositive 16.
Le cycle naturel de l’azote est fortement influencé par le fait que plus d’azote fixe est emporté du sol avec la récolte que son approvisionnement n’est reconstitué.
Question pour les étudiants : Quelle conclusion en découle ?
Diapositive 17.
Contrairement à l’azote, les composés phosphorés ne sont pas reconstitués dans le sol et doivent être appliqués sous forme d’engrais.
Diapositive 18.
Les flèches indiquent les chemins de migration du soufre, et le début est l'assimilation des ions sulfate par les plantes et l'inclusion du soufre dans la composition des substances organiques. Les élèves peuvent alors retracer eux-mêmes la migration du soufre. Attirez l'attention des élèves sur la manière dont les composés soufrés pénètrent dans l'atmosphère et sur la pollution environnementale qui y est associée.
Diapositive 19.
Les étudiants seront capables de comprendre de manière indépendante le diagramme présenté, en tenant compte du fait que les ions potassium pénètrent dans les plantes avec la solution du sol.
Diapositive 20.
Les ions calcium, comme les ions potassium, proviennent de la solution du sol et parviennent aux plantes et aux animaux. La migration ultérieure de ces éléments emprunte des chemins différents, en raison de la solubilité inégale de leurs sels dans l'eau. Le calcium s'accumule dans les os, les coquilles, la craie, le gypse, la phosphorite, l'apatite, etc. Alors que le carbonate de calcium est pratiquement insoluble dans l'eau, le bicarbonate de calcium est très soluble dans l'eau. Cette transformation mutuelle du carbonate en bicarbonate (et vice versa) est à l'origine de la grande mobilité du calcium dans la nature. Le dioxyde de carbone joue un rôle important dans ce processus. Mais ce n’est qu’une option pour le cycle du calcium. Le cycle du calcium dans l'hydrosphère se déroule différemment. Invitez les élèves à suivre ce processus par eux-mêmes.
