как совершается круговорот углерода к каким последствиям приводит его нарушение

Круговорот углерода

Значение углерода в жизнедеятельности живой природы

Особое значение углерод в природе имеет не просто так: уникальные свойства серьезно выделяют его на фоне других химических элементов системы. Углерод образует прочные химические связи как внутри себя (между собственными атомами), так и с другими элементами. Но несмотря на свою прочность, эти связи могут быть достаточно просто разорваны во вполне мягких условиях.

В природе существует конкретная экономичность благодаря углероду: с помощью углерода и некоторого количества типов его связей производится сокращение ферментов, участвующих в расщеплении и синтезе органики. Важным также является то, что углерод – один из трех элементов (вместе с кислородом и водородом), которые составляют не больше, не меньше, чем 98 % всей массы живого на Земле.

В рамках гипотезы А.И. Опарина, принятой научным сообществом, предполагается, что самые первые органические соединения на нашей планете произошли абиогенным образом. Первичными источниками углерода были такие соединения, как HCN (цианистый водород) и CH4 (метан).

Именно эти вещества в основном содержались в атмосфере Земли начала времен. На данный момент углерод (в соединении СО2) отлично ассимилируется посредством фотосинтеза – сложного процесса, происходящего в клетках зеленых растений. Животные же в большинстве потребляют углерод в форме уже готовых органических соединений.

Самое распространенное соединение углерода – его двуокись (СО2). Будучи растворенной практически во всех жидкостях (в частности – и в воде) на Земле, двуокись углерода выполняет важную функцию поддержания кислотной среды. А такое соединение как, например, CaCO3 является основным в составе раковин и внешних покрытий беспозвоночных или в скорлупе яиц.

Геохимический цикл углерода

Геохимический цикл углерода по своей сути – это схема, отражающее то количество углерода, который циркулирует между слоями: атмосферой, геосферой и гидросферой. Замеры производятся в течение года и составляют миллиарды тонн. При это данный показатель еще включает и те 5,5 гигатонн, которые попадают в атмосферу при сжигании человеком ископаемого топлива.

По факту – геохимический цикл углерода представляет собой совокупность процессов по переносу углевода из одного так называемого геохимического резервуара в другой. Стоит отметить, что главную роль в этом процессе играют живые организмы.

Важно знать, что геохимический цикл углерода обладает рядом особенностей:

Схема круговорота углерода в природе

Круговорот углерода в природе – это обязательный комплекс из различного рода физических и химических процессов и реакций. Известно, что данный элемент входит в состав всех живых организмов на планете Земля и прямо связан с процессами их жизнедеятельности. Атомы углерода в том или ином виде соединений непрерывно циркулируют во всех сферах планеты, отражая, по сути, общую динамику живых процессов.

Основная часть углерода представлена в атмосфере – и это углекислый газ СО2. В воде также присутствует углерод в форме также диоксида. При переходе жидкостей и газов в агрегатные состояния друг друга, круговорот и осуществляется – углерод свободно «гуляет» в окружающей среде. В чистом виде соединение СО2 потребляется растениями, преобразовывая его в процессе фотосинтеза в различные соединения и отдельные элементы, которые отправляются дальше по кругу. Таким образом, весь попавший в растение углерод разделяется на следующие части:

Аналогичные процессы происходят в гидросфере. Содержащийся в воде углерод потребляется морскими обитателями растительного и животного мира.

В целом, попадание углерода в атмосферу связано напрямую с процессами жизнедеятельности живых организмов на планете. Отдельным естественным процессом выброса углекислого газа в атмосферу является извержение вулкана. Искусственным же считается сжигание топлива человеком. К сожалению, в совокупности это дает переизбыток углерода в атмосфере, чем создается парниковый эффект, пагубно влияющий на состояние окружающей среды и экологии. Эта проблема сейчас – одна из самых обсуждаемых в мире.

Этапы круговорота углерода

Наибольшее количество углерода на планете представлено в форме соединения диоксида углерода или углекислого газа CO2. Он содержится в атмосфере, растворен в водах Мирового океана. Для процессов, происходящих в атмосферных слоях, круговорот углерода происходит следующим образом:

В воде круговорот имеет меньше вариаций, но также возможны несколько способов:

Последовательность круговорота углерода

Последовательность биогенного круговорота углерода в природе всегда начинается с его потребления растениями из атмосферы и/ или воды. Далее посредством фотосинтеза углерод в растениях «разделяется» на нужные части: некоторое количество остается в растении, часть уходит в атмосферу и почву (в случае естественной гибели растения). Поглощая растения как пищу, животные продолжают распространение углерода: выдыхая его в виде углекислого газа или отдавая в почву после смерти.

Все процессы круговорота углерода неотделимы друг от друга и всегда протекают параллельно. В природе нет сеткой последовательности действий перемещения углерода, каждый из этапов протекает параллельно другому.

Результаты круговорота углерода

Элемент углерода в простейшем виде постоянно осуществляет циркуляцию между сферами планеты и живыми организмами на ней. Будучи поглощенным растениями в форме CO2, в процессе фотосинтеза он превращается в простые сахара, которые затем становятся жизненно важными элементами в цепочке питания животных. Они же, в свою очередь, преобразуя за счет метаболизма полученные вещества, отдают углерод в атмосферу в виде соединения CO2.

Также на состояние и количество углерода влияют геологические процессы. Попавший в почву углерод, превратившийся в горючее ископаемое (уголь, нефть, газ) на какое-то время исключается из дальнейшего круговорота углерода. Но как только человек производит их добычу и пускает дальше в потребление, при сжигании топливных веществ, углекислый газ возвращается в атмосферу в обильном количестве.

Роль живых организмов в круговороте углерода

Живые организмы – важна и неотъемлемая составляющая круговорота углерода. Их участие в этапах перемещения углерода и организации его естественных соединений в ходе химических реакций и физических процессов играет важную роль для его распространения и усвоения.

Поглощая углерод, входящий в состав воздуха в виде СО2, растения синтезируют его в те вещества и соединения, которые в дальнейшем обеспечивают жизнь травоядным животным и хищникам. Процесс круговорота питания напрямую связан с круговоротом углерода, который является важным химическим элементом, уровень которого должен быть поддержан на всех этапах потребления пищи животными.

Те растения, которые не идут в пищу животным, после отмирания попадают в почву. Выделяемый из них углерод становится основой для образования ископаемых, используемых человеком для организации жизнедеятельности. Появление добываемых ресурсов невозможно без микроорганизмов, которые имеют возможность разлагать сложные органические соединения до неорганических. Именно благодаря эти редуцентам (грибам и прочим простейшим организмам) происходит длительный процесс появления в почве угля, нефти и природного газа. При этом человек, как и любой другой живой организм, потребляет необходимое количество углерода не только техногенно, но и в естественных процессах работы его организма, и отдает углекислый газ в атмосферу.

Распространение углерода в Мировом океане происходит по иным принципам имеет свою специфику, но все живые организмы – обитатели морских глубин – принимают активное участие в круговом обмене углеродом как внутри своего ареала, так и по всей планете включительно.

Особенности круговорота углерода

Главной особенностью круговорота углерода является возможность консервации этого элемента. Большинство используемых сейчас ископаемых ресурсов, образовавшихся с помощью углерода миллионы лет назад, сжигаются и по факту являются завершающим этапом круговорота углерода и одновременно начинают новый, отдавая большое количество углекислого газа атмосфере.

Существует ряд статистик и оценок, по которым за год в процессе фотосинтеза появляется порядка 60 млрд тонн углерода, а разложение растений дает около 48 млрд тонн. При этом в почве оседает и начинает консервироваться не менее 10 млрд тонн. Стоит еще не упускать из внимания то, что в среднем в год сжигается порядка 4 млрд тонн топлива, а вместе с ним – 1 млрд углерода уходит в атмосферу.

Главные производители углерода на Земле – леса. При этом основными среди них являются тропические и бореальные леса. Именно они аккумулируют большую часть углерода на планете в своей биомассе и почве. В этом плане Россия – передовая в отношении лесозоны страна. Все российские леса – это 73 % бореальной лесной зоны всей планеты. А Сибирь – это 42 % из этих самых 73%.

Помимо атмосферы круговорот углерода происходит и в воде: там процесс носит более сложный характер. Связано это в первую очередь с тем, что проникновение углерода в воду значительно зависит от поступления кислорода в верхние слои океана. Общие показатели перемещаемого в Мировом океане углерода примерно вдвое меньше, чем на суше. Однако миграция углерода при этом регулярна, поэтому его уровень постоянно меняется и зависит от множества как естественных, так и антропогенных факторов.

Источник

Нарушения круговорота углерода в природе и его последствия

Ищем педагогов в команду «Инфоурок»

Описание презентации по отдельным слайдам:

Описание слайда:

Презентация по теме: «Нарушения круговорота углерода в природе и его последствия»
Выполнил ученица
9 класса
Баёва Ирина
Группа экологов

Описание слайда:

Введение
Экология – наука, изучающая условия существования живых организмов и взаимосвязи между организмами и средой, в которой они обитают.
Важнейшим условием устойчивости экосистемы является круговорот веществ и поток энергии

Описание слайда:

Описание слайда:

Парниковый эффект- одна из экологических проблем биосферы
Сжигание топлива в электростанциях, резкое увеличение количества отходов от производственной деятельности человека, увеличение автомобильного транспорта и как следствие увеличение выбросов углекислого газа в атмосферу Земли при резком сокращении лесопарковой зоны, привело к возникновению так называемого парникового эффекта Земли.

Описание слайда:

Причины парникового эффекта
Это происходит потому, что атмосфера пропускает основную часть излучения Солнца. Часть лучей поглощается и нагревает земную поверхность, а от нее нагревается атмосфера.
Другая часть лучей отражается от поверхности Планеты и это излучение поглощается молекулами углекислого газа, что способствует повышению средней температуры Планеты. Действие парникового эффекта анaлогично действию стекла в оранжерее или парнике ( от этого возникло название » парниковый эффект»).

Описание слайда:

. Последствия парникового эффекта
1. Если температура на Земле будет продолжать повышаться, это окажет серьезнейшее воздействие на мировой климат. 2. В тропиках будет выпадать больше осадков, так как дополнительное тепло повысит содержание водяного пара в воздухе. 3. В засушливых районах дожди станут еще более редкими и они превратятся в пустыни в результате чего людям и животным придется их покинуть. 4. Температура морей также повысится, что приведет к затоплению низинных областей побережья и к увеличению числа сильных штормов. 5. Повышение температуры на Земле может вызвать поднятие уровня моря так как: а) вода, нагреваясь становится менее плотной и расширяется, расширение морской воды приведет к общему повышению уровня моря; б) повышение температуры может растопить часть многолетних льдов, покрывающих некоторые районы суши, например, Антарктиду или высокие горные цепи. 6. Сократятся жилые земли. 7. Нарушится водносолевой баланс океанов. 8. Изменятся траектории движения циклонов и антициклонов. 9. Если температура на Земле повысится, многие животные не смогут адаптироваться к климатическим изменениям. Многие растения погибнут от недостатка влаги и животным придется переселится в другие места в поисках пищи и воды. Если повышение температуры приведет к гибели многих растений, то вслед за ними вымрут и многие виды животных.

Описание слайда:

Положительные последствия
Кроме отрицательных последствий глобального потепления, можно отметить несколько положительных На первый взгляд более теплый климат представляется благом, так как могут уменьшится счета за отопление и увеличение продолжительности вегетационного сезона в средних и высоких широтах. Увеличение концетрации диоксида углерода
может ускорить фотосинтез.

Описание слайда:

Описание слайда:

Описание слайда:

Заключение
Уверена, что мы своим отношением к природе уподобляемся рубящему сук под собой. Испортили, а потом начинаем кричать об этом. Я считаю, что сейчас все силы надо бросить на то, чтобы на каждом производстве был разработан замкнутый цикл, то есть чтобы ничего не выбрасывалось ни в воздух, ни в реки, а все перерабатывалось и использовалось. От этого все только выиграют. Государство получит дополнительную продукцию, а люди будут дышать чистым воздухом. Вероятно, перспектива парникового эффекта
может стать катализатором всемирного
осознания срочной необходимости начала
действий по защите
нашей Земли.

Если Вы считаете, что материал нарушает авторские права либо по каким-то другим причинам должен быть удален с сайта, Вы можете оставить жалобу на материал.

Источник

Круговорот углерода в природе

Углерод непрерывно циркулирует в биосфере Земли под влиянием химических и прочих процессов.

Вся земная жизнь основана на углероде. Каждая молекула живого организма построена на основе углеродного скелета. Атомы углерода постоянно мигрируют из одной части биосферы (узкой оболочки Земли, где существует жизнь) в другую. На примере круговорота углерода в природе можно проследить в динамике картину жизни на нашей планете.

Основные запасы углерода на Земле находятся в виде содержащегося в атмосфере и растворенного в Мировом океане диоксида углерода, то есть углекислого газа (CO₂). Рассмотрим сначала молекулы углекислого газа, находящиеся в атмосфере. Растения поглощают эти молекулы, затем в процессе фотосинтеза атом углерода превращается в разнообразные органические соединения и таким образом включается в структуру растений. Далее возможно несколько вариантов:

В случае же растворения исходной молекулы CO₂ в морской воде также возможно несколько вариантов:

Если углерод вошел в состав осадочных отложений или ископаемого топлива, он изымается из атмосферы. На протяжении существования Земли изъятый таким образом углерод замещался углекислым газом, попадавшим в атмосферу при вулканических извержениях и других геотермальных процессах. В современных условиях к этим природным факторам добавляются также выбросы при сжигании человеком ископаемого топлива. В связи с влиянием CO₂ на парниковый эффект исследование круговорота углерода стало важной задачей для ученых, занимающихся изучением атмосферы.

Составной частью этих поисков является установление количества CO₂, находящегося в тканях растений (например, в только что посаженном лесу) — ученые называют это стоком углерода. Поскольку правительства разных стран пытаются достичь международного соглашения по ограничению выбросов CO₂, вопрос сбалансированного соотношения стоков и выбросов углерода в отдельных государствах стал главным яблоком раздора для промышленных стран. Однако ученые сомневаются, что накопление углекислого газа в атмосфере можно остановить одними лесопосадками.

Источник

Конспект «Круговорот углерода в природе и последствия его нарушения»

Ищем педагогов в команду «Инфоурок»

Тема: «Круговорот углерода в природе и последствия его нарушения» Класс: 9 «А» Учитель: Моисеева Л.А. Продолжительность урока: 40 мин.

Тип урока: обобщение и систематизация знаний

Цель урока: на примере круговорота углерода в природе рассмотреть генетическую связь органических и неорганических соединений, влияние соединений углерода на живые организмы и состояние окружающей среды, проследить экологические последствия нарушения природного равновесия.

Обобщить знания учащихся о химических свойствах и биологическом значении соединений углерода на примере оксидов.

Рассмотреть круговорот углерода в природе и последствия его антропогенного нарушения.

Дать понятие “Парниковый эффект”. Познакомится с причинами, последствиями и мерами предотвращения.

Воспитывать у учащихся навыков самопрезентации.

Воспитывать навыки работы в группе.

Воспитывать ответственное отношение к окружающему миру, своим действиям и поступкам.

Развивать коммуникативную и информационную компетенции учеников.

Развивать целостное восприятие окружающего мира

Развивать навыки исследовательского труда, умения анализировать фактическую информацию и делать выводы.

Мультимедийный проектор, ноутбук, презентации.

Задания к составлению схемы круговорота углерода в природе.

Реквизит к сказке. Реквизит к упражнению “Парниковый эффект”.

Листы бумаги форматом А₃. Маркеры. Тетрадные листы.

Карточки с тестовым заданием. Тетрадные листы.

Групповая работа – составление схемы круговорота углерода в природе.

Импровизированная сказка “Приключения Уголька”.

Презентация “Угарный газ”.

Презентация “Углекислый газ”.

Групповая работа с учебником – составление сравнительной характеристики оксидов углерода.

Тестовая работа: Оксиды углерода.

Меры борьбы с накоплением углекислого газа – мозговой штурм.

Игра “Накопление углекислого газа в атмосфере и борьба с ним”.

Вступительное слово учителя.

Учитель знакомит учащихся с темой и целью урока. В беседе с учащимися формулирует задачи урока и примерный план урока.

Обобщение знаний по теме: “Биологическая роль углерода”.

Цель: обобщить знания о биологической роли углерода.

Проверка домашнего задания, выполненного в форме электронной презентации.

Составление схемы круговорота углерода в природе.

Цель: обобщить знания об этапах круговорота углерода в природе и процессах лежащих в основе круговорота.

Работа в группах: учащиеся должны, используя тексты, определить процесс или этап. На доске расположена схема круговорота. Учащимся необходимо на схеме расположить таблички с названием компонентов экосистемы или процессов. (Приложение 1, 2)

Обобщение знаний по теме: Биологическая роль оксидов углерода

1. Импровизированная сказка “Приключения Уголька”. Данный прием позволяет сделать логичный переход от повторения свойств углерода к свойствам его оксидов.

Кроме того инсценировка сказки является моментом эмоциональной разгрузки и динамической зарядки.

2. Опережающее домашнее задание: Электронные презентации: биологическая роль угарного и углекислого газов.

Цель: актуализация знаний учащихся по данной теме, стимулирование учащихся к самостоятельной работе.

3. Работа с учебником: заполнение таблицы: Сравнительная характеристика оксидов углерода.

Цель: систематизация полученных знаний, развитие навыков работы с текстом.

Контроль знаний учащихся по теме: Оксиды углерода.

Выполнение индивидуальной работы в форме теста.

Мозговой штурм: причины нарушения круговорота углерода.

В течение одной минуты учащиеся на листе бумаге пишут возможные причины нарушения круговорота углерода в природе.

Из всех причин указанных учащимися выделяется одна: накопление углекислого газа в атмосфере.

Обсуждаются источники углекислого газа в атмосфере: природные и антропогенные.

Цель: акцентирование внимания учащихся на прямые и косвенные последствия накопления углекислого газа в атмосфере и их взаимосвязь.

Презентация результатов работы групп. Составление “Колеса последствий”. Обсуждение.

Мозговой штурм “Как уменьшить накопление углекислого газа в атмосфере?”

Игра “Накопление углекислого газа в атмосфере и борьба с ним”.

Метод: ситуационное моделирование.

Цель: показать в форме моделирования ситуации, что решение Проблемы “парникового эффекта” задача не только общества в целом, государства, но и каждого человека.

Источники углекислого газа: дыхание, процессы разложение, извержение вулканов, машины, заводы, ТЭЦ.

Регуляторы содержания углекислого газа в атмосфере: леса, законы, штрафы.

Оборудование: ящик, с мятыми листами бумаги, таблички с ролями участников.

Учащиеся, выполняющие роль источников углекислого газа, выбрасывают бумагу из ящика, а учащиеся, выполняющие роль регуляторов накопления углекислого газа, пытаются собрать эту бумагу и сложить обратно в ящик. Удается им “очистить атмосферу” только тогда, когда к процессу “уборки” подключаются все учащиеся.

Учащиеся делают вывод.

Подведение итогов урока. Выводы.

Карточки с названиями этапов и процессов, включенных в круговорот углерода

Растительноядные животные – потребители (консументы) I порядка

Организмы, вызывающие разложение

Редуценты – организмы, разлагающие органику

Известняковые и доломитовые осадки, окаменения

Передача и преобразование органических соединений по цепи питания

Тексты для групповой работы по составлению схемы круговорота углерода в природе.

Травоядные животные съедают растения, и углерод трансформируется в соединения, которые включаются в структуру животных.

В процессе фотосинтеза атом углерода превращается в разнообразные органические соединения и включается в структуру растений.

После гибели растений их молекулы идут в пищу к редуцентам – организмам, которые питаются мертвыми органическими веществами и при этом разрушают его до простых неорганических соединений.

Растения поглощают молекулы углекислого газа, находящиеся в атмосфере.

Углерод остается в растениях, пока растения не погибнут.

Плотоядные животные, съедая травоядных, трансформируют соединения углерода в свою структуру.

В результате вулканической деятельности в биосферу поступает определенное количество соединений углерода.

Поднятие органогенных пород приводит к выщелачиванию известняков и им подобных ископаемых.

После гибели животных их молекулы идут в пищу к редуцентам – организмам, которые питаются мертвыми органическими веществами и при этом разрушают его до простых неорганических соединений.

В гидросфере растворенный углекислый газ «включается» в состав карбонатов.

При дыхании организмов углекислый газ возвращается в атмосферу.

Некоторая часть мертвой органической ткани накапливается в толще земли и переходит в ископаемое состояние. Залежи каменного угля или торфа – это и есть продукт процессов фотосинтеза растений прошлых геологических эпох.

Водные организмы, поглощая растворенный углекислый газ, создают свои скелеты.

После гибели гидробионтов их скелеты, оседая на дно, образуют пласты известняков.

Сказка «Приключение уголька»

Действующие лица: Уголек, Кислородик, Угарыш, Двуокись, Вода, Гемоглобин, Деревья и Люди.

Жила-была семья Углеродов. Семья была многочисленной, но сегодня мы расскажем о приключениях одного их братьев – Уголька.

Уголёк был чёрен. Твёрд, он всем приносил тепло. Все были ему рады. И он был очень жизнерадостным. Его лучшим другом был Кислородик. Два друга были неразлучны. Они много времени проводили вместе.

Время шло незаметно. Друзья росли и характер их стал меняться и Уголек не заметил, как стал похож на Кислородика. Он научился так же проникать в клетки. Но, то ли из-за зависти, а, то ли из-за неумения, только он стал вызывать удушье, отравляя людей. И поэтому стали называть его Угарышем. Характер нашего героя изменился. Никто не хотел с ним играть, только его верный товарищ – Кислородик – по-прежнему был рядом с ним.

И понемногу Угарыш стал меняться. Он повзрослел и превратился в Двуокись. Но, несмотря на то, что наш повзрослевший герой стал более популярен, не все были ему рады. (Подходит к деревьям – те радуются, подходит к людям – те отмахиваются) И появилась у Двуокиси еще одна черта – он стремился накрыть всех собой, стараясь никого не обидеть. Поднимаясь все выше и выше. Ему казалось, что он подобен Солнцу – он тоже всех согревает, как в теплице.

Так проводили друзья многие дни, гоняясь друг за другом в огромном небесном море. Но как-то раз, Играя с Кислородиком в облаках, наш герой повстречал прекрасную Воду. Вода была холодна и вся искрилась на солнце. Конечно, она не могла не понравиться Двуокиси. Растопив её холодное сердце. Наш герой вылился дождем на землю, туда, где начинался его путь.

1. Низшая степень окисления атома углерода равна:

2. Адсорбционные свойства наиболее характерны для:

А) алмаза; Б) активированного угля

В) графита; Г) каменного угля

3. Определите вещество Х в следующей схеме превращений: С  X  C ₂ H ₂

A) CO2; Б ) CO; В ) CaC ₂ ; Г ) Al ₄ C ₂

4. Электронная конфигурация валентного уровня атома углерода

A) 2s 2 2p 2 ; Б ) 2s 2 ; В ) 2s 2 2p 4 ; Г )3s 2 3p 2

5. Угарный газ – это

6. Оксид углерода ( IV ) – это:

А) угарный газ; Б) «веселящий» газ;

В) сернистый газ; Г) углекислый газ.

7.Известковая вода мутнеет при пропускании:

1. Высшая степень окисления атома углерода равна:

2. Наибольшая твердость характерна для:

А) графита; Б) белого фосфора;

В) алмаза; Г) красного фосфора.

3. Наименьший радиус имеет атом:

А) Sn ; Б) Ge ; В) Si ; Г) C

4. Определите вещество Х в следующей схеме превращений: CaC ₂  X  CO ₂

5. Углекислый газ – это:

6.Оксид углерода ( II ) – это оксид

А) кислотный; Б) несолеобразующий;

В) основной; Г) амфотерный.

7. Какое вещество используется в пищевой промышленности:

Источник