матеріал 8

242. Біогеохімічні цикли. Частина 2.

Матеріал

Для вчителя

Для учня

Завантажити матеріал (PDF)

Урок №242. Біогеохімічні цикли. Частина 2.

Очікувані результати навчання:

планує, здійснює пошук, опрацьовує, порівнює, аналізує, оцінює самостійно або у співпраці з іншими надійність джерел і достовірність інформації для розв’язання життєвої/навчальної проблеми [12 ПРО 2.1.1]
ідентифікує, формулює та аналізує самостійно або у співпраці з іншими життєву/навчальну проблему [12 ПРО 4.2.1]
добирає самостійно або у співпраці з іншими форми подання інформації і її перетворення [12 ПРО 2.2.1]
установлює та обґрунтовує самостійно або у співпраці з іншими взаємозв’язки між природними, техногенними об’єктами, закономірності явищ природи [12 ПРО 3.3.1]
застосовує самостійно або у співпраці з іншими наукове знання і власний досвід для розв’язання життєвої/ навчальної проблеми [12 ПРО 4.3.2]

Мета уроку:

Сформувати в учнів уявлення про біогеохімічні цикли Карбону, Нітрогену, Фосфору та Сульфуру.
Розкрити взаємозв’язки між колообігом елементів та людською діяльністю.
Дослідити причини утворення “мертвих зон” у водоймах.
Проаналізувати вуглецевий слід людства.
Сприяти розвитку екологічного мислення та відповідального споживання.

Цілі сталого розвитку:

Які цілі сталого розвитку (в порядку пріоритетності) опрацьовуємо на уроці:

ЦСР 3. Міцне здоров’я;
ЦСР 12. Відповідальне споживання;
ЦСР 13. Боротьба зі зміною клімату;
ЦСР 14. Збереження морських екосистем.

Ключові слова: біогеохімічні цикли, хімічні елементи, фотосинтез, розклад, органіка, вуглецевий слід, парникові гази.

План уроку:

“Сталевий алхімік” про хімічний склад людини;
Біогеохімічні цикли Карбону, Нітрогену, Фосфору та Сульфуру;
Розв’язок завдань для кращого розуміння теми;
Визначення вуглецевого сліду уявної родини;
Рефлексія.

Очікувані результати для учнівства:

Я детально пояснюю особливості біогеохімічних циклів Карбону, Нітрогену, Фосфору і Сульфуру;
Я описую причини виникнення “мертвих зон” у водоймах;
Я наводжу приклади сучасних способів боротьби людства з надмірними викидами парникових газів;
Я визначаю джерела вуглецевого сліду в побутовому житті (на прикладі уявної родини) та пропоную екологічні альтернативи.

Дружня порада вчителю

Тримайтеся, це лише на 45 хвилин!
Очікувані результати для вчителя:
Такі самі, як в учнів!
Тривалість: до 2 хвилин

1. Мотивація:

Дружня порада вчителю

Тривалість: до 5 хв.
Подивіться з учнями уривок з аніме-серіалу:

“Edwards human body ingredients – Fullmetal Alchemist”).

Обговоріть з учнями, які ролі виконують Карбон, Нітроген, Фосфор і Сульфур в тілі людини.
Продемонструйте учням діаграму, що показує хімічний склад тіла людини.
Порівняйте дані діаграми з даними, що наведені в аніме-уривку.

В аніме-серіалі “Сталевий алхімік” один із головних героїв наводить приблизний хімічний склад тіла людини у грамах (можна подивитись відео: “Edwards human body ingredients – Fullmetal Alchemist”).

Відео

Поміркуйте, які ролі виконують Карбон, Нітроген, Фосфор і Сульфур в тілі людини?
Чи погоджуєтеся ви з даними, зазначеними у цьому аніме-фрагменті?
Відповідь обґрунтуйте.

2. Тобі може знадобитися:

Дружня порада вчителю

Тривалість: до 12 хв.
Обговоріть з учнями ключові етапи та особливості біогеохімічних циклів Карбону, Нітрогену, Фосфору та Сульфуру.

Вуглекислий газ в атмосфері перетворюється на органічний Карбон за допомогою фотосинтезу наземними організмами (наприклад, дерева) та морськими організмами (наприклад, водорості). Дихання наземних організмів та морських істот вивільняє вуглекислий газ назад в атмосферу. Крім того, мікроби, що розкладають мертві організми, виділяють вуглекислий газ через дихання. Вивітрювання наземних порід також приносить Карбон у ґрунт. Карбон у ґрунт надходить у воду через вилуговування та стік. Він може накопичуватися в океанічних відкладеннях і знову потрапляти на сушу. Тривале зберігання органічного Карбону відбувається, коли речовина живих організмів накопичується глибоко під землею і стає скам’янілою.

**Джерело:** “Біогеохімічні цикли”.
**Схема:** Йоганна Дрео та Раекі, ліцензується відповідно до CC BY-SA 3.0

В циклі Нітрогену нітрогенфіксуючі бактерії в ґрунті або бульбочках коренів бобових перетворюють азот та оксиди Нітрогену (N₂, NO) з атмосфери в амоній-іон (NH₄⁺). Нітрифікація відбувається, коли бактерії перетворюють амоній-іони в нітрити (NO₂^–), а потім в нітрати (NO₃^–). Нітроген знову потрапляює в атмосферу у вигляді азоту (N₂) через денітрифікацію бактеріями. Рослини засвоюють амоній- і нітрат-іони, виробляючи органічний Нітроген, який доступний споживачам. Розкладачі, включаючи аеробні та анаеробні бактерії та гриби, розщеплюють органічний Нітроген і виділяють амоній-іон шляхом амоніфікації.

У природі Фосфор існує як фосфат-іон (PO₄^3-). Фосфат-іони потрапляють в атмосферу з вулканічних аерозолів, які осідають на землю. Вивітрювання гірських порід також виділяє фосфати в ґрунт і воду, де вони стають доступними для наземних харчових павутин. Частина фосфату з наземних харчових павутин розчиняється в струмках і озерах, а решта потрапляє в ґрунт. Фосфати потрапляють в океан через поверхневий стік, підземні води та річковий потік, де вони розчиняються у океані або потрапляють в морські харчові мережі. Деякий фосфати осідають на дні океану.

Діоксид сірки (SO₂) з атмосфери розчиняється у водяній парі та у вигляді слабкої сірчистої кислоти (H₂SO₃) та розбавленої сірчаної кислоти (H₂SO₄) потрапляє безпосередньо на землю. Сульфат-іони (SO₄^2-) потрапляють в ґрунт і воду. Сульфати з ґрунту можуть переноситися як стік у воду. Організми в наземних і морських екосистемах асимілюють сульфат-іони, додаючи Сульфур в органічні молекули, такі як білки. Розпад цих організмів повертає сульфати в ґрунт. Мікроорганізми можуть перетворювати сульфати в сірководень (H₂S) і навпаки. Розклад органіки, виверження вулканів та діяльність людини (включаючи спалювання викопного палива) можуть виділяти в атмосферу сірководень (H₂S) або діоксид сірки (SO₂).

Життєва ситуація:

Дружня порада вчителю

Тривалість: до 15хв.
Допомагайте учням, консультуйте їх!

Завдання № 1.

Для кожного твердження визначте, який з біогеохімічних циклів воно описує.
Варіанти відповідей: Карбон (С), Нітроген (N), Фосфор (P), Сульфур (S).

______________ Цей цикл не відбувся би без сонячного світла.
______________ Це цикл є єдиним, що не включає перенесення поживних речовин в атмосферу.
______________ Амоніфікація є одним із етапів цього циклу.
______________ Вулканічна діяльність є одним із етапів цього циклу.
______________ Під час грози блискавка допомогає цьому елементу поєднуватись з киснем в атмосфері.
______________ Вивітрювання порід є невід’ємною складовою цього циклу.
______________ Тухлі яйця віддають в атмосферу летку сполуку цього елемента.
______________ Птахи забирають цей елемент у океанських риб.
______________ Цей цикл пов’язаний з глобальним потеплінням.
______________ Бактерії відіграють велику роль у цьому циклі.

Завдання № 2.

Розгляньте діаграму. На цій діаграмі порівнюються викиди в кілограмах CO2-еквіваленту на кілограм харчового продукту. Червоні стовпчики показують викиди парникових газів, які б виникли, якби ми повністю видалили метан; сірий стовпчик показує викиди метану. Таким чином, червоний та сірий стовпчики разом представляють собою загальні викиди, включаючи метан.

**Джерело:** https://ourworldindata.org/carbon-footprint-food-methane

Наприклад: Середні глобальні викиди на один кілограм яловичини від стад немолочного поголів’я становлять 100 кілограмів CO2-екв. Метан становить 49% його викидів. Отже, якщо ми видалимо метан, то залишок становитиме 51 кг CO2-екв. (показано червоним кольором).

Дайте письмові відповіді на наступні запитання:

Для яких продуктів викиди метану є незначними? Чому так?

Чому викиди метану є значними для великої рогатої худоби та баранини?

Чому в порівнянні з іншими рослинами вирощування рису супроводжується значними викидами метану?

Порівняйте вплив виробництва яєць і курятини — який із цих продуктів екологічно «дешевший» і чому?

Запропонуйте спосіб, як виробники їжі могли б зменшити викиди парникових газів без значного зменшення виробництва.

Завдання № 3.

Інноваційна компанія Savor, що спеціалізується на харчових технологіях, випустила перше у світі вершкове масло, виготовлене не з молока, а з вуглекислого газу. Для створення штучного масла використовують вуглекислий газ із повітря та водень із води. Сполуки, які отримують в результаті їх термохімічної реакції, далі окиснюють, щоб отримати жирні кислоти, які є складовими жирів у маслі.

Всі продукти, представлені на столі, вироблені з синтетичного вершкового масла.
Одним із партнерів стартапу є Білл Гейтс.

Подивіться відео:

“I couldn’t believe that wasn’t butter”

Відео

Дайте письмові відповіді на наступні запитання:

Які проблеми має вирішити даний стартап?

Як вплине на вуглецевий слід людства масове виробництво синтетичного вершкового масла?

Якщо запустять масове виробництво синтетичного вершкового масла, чи можна буде цей етап вважати частину біогеохімічного циклу Карбону? Відповідь обґрунтуйте.

З якими проблемами може зіткнутися реалізація продажів синтетичного вершкового масла? Яких додаткових заходів треба вжити, щоб такий продукт швидко завоював довіру покупців?

Завдання № 4.

Розгляньте фото та прочитайте уважно текст.

“Мертві зони – це області з низьким вмістом кисню (гіпоксичні зони) в океанах та озерах. Оскільки більшості організмів для життя потрібен кисень, мало хто з організмів може вижити в умовах гіпоксії. Ось чому ці області називаються мертвими зонами.
Мертві зони виникають через процес, який називається евтрофікацією, що відбувається, коли водойма отримує занадто багато поживних речовин, що містять Фосфор та Нітроген.
За нормальних рівнів ці поживні речовини живлять ріст ціанобактерій. Однак при занадто великій кількості поживних речовин ціанобактерії неконтрольовано розмножуються, вода починає цвісти: зеленіє, мутніє. Утворюється щільна плівка водоростей на поверхні води, що не пропускає кисень”.

*Мертва зона в Мексиканській затоці позначена червоним кольором.*
**Джерело:** https://education.nationalgeographic.org/resource/dead-zone/

**Джерело:** https://education.nationalgeographic.org/resource/dead-zone/

Дайте письмові відповіді на наступні запитання:

Чому мертві зони часто розташовані поблизу населених берегових ліній?
Що є основною причиною потрапляння надлишкових поживних речовин у водойми?

Чому для активного росту ціанобактеріям необхідні Фосфор та Нітроген?
Які ролі відіграють ці елементи у клітинах живих організмів?

Чому на етикетках сучасних пральних порошків часто можна побачити напис “Без фосфатів”?

Як би ви пояснили проблему мертвих зон місцевим жителям, які використовують добрива поблизу водойм?

Чому більшість водних організмів не можуть вижити в умовах гіпоксії?

Завдання № 5.

Розгляньте схему колообігу Сульфуру.
Співставте номер (1, 2, 3, 4, 5) з процесом, що відбувається на схемі.

А — хімічне та бактеріальне окиснення;
Б — окиснення;
В — розклад білків;
Г — діяльність людини;
Д — поглинання.

Ваша відповідь: _________________________________________

Презентація:

Дружня порада вчителю

Тривалість: до 15 хв.
Допомагайте учням, консультуйте їх!
Переконайтеся, що всі учні залучені в навчальному процесі.

Вуглецевий слід

У контексті глобального реагування на зміну клімату “вуглецевий слід” став ключовим показником для вимірювання впливу людської діяльності на навколишнє середовище. Він тісно пов’язаний з життям і виробництвом.

Вуглецевий слід — це викиди парникових газів, вироблені особою, організацією, продуктом або діяльністю протягом усього життєвого циклу, зазвичай виражені в еквіваленті карбон (IV) оксиду (СО2). Він яскраво візуалізує викиди парникових газів, спричинені людською діяльністю. Подібно до “слідів”, які ми залишаємо в навколишньому середовищі, він фіксує наш вплив на клімат.

Завдання:
Прочитайте уважно текст про життя однієї родини.
Проаналізуйте вуглецевий слід кожного члена сім’ї та надайте поради-альтернативи, як можна їм разом зменшити свій вуглецевий слід.
“У родині — четверо: тато Дмитро, мама Олена, старша сестра Настя (їй 14 років) і маленький братик Влад (5 років).

🌞 Ранок
Щоранку о 7:00 Дмитро варить собі на кухні каву, потім заводить свій дизельний автомобіль і їде на роботу в офіс у центрі міста. Дорога займає близько 40 хвилин у заторах. Олена в цей час готує сніданок дітям: найчастіше — яєчню з сосисками. Паралельно з цим робить діткам бутерброди з маслом та сиром і кладе їх у пластикові контейнери. Отримавши бутерброди, Настя їде до школи на велосипеді, а Влада до садочка відвозить мама на своєму автомобілі.

🌇 День
На роботі Дмитро активно користується принтером, друкує документи, за день використовує майже всю пачку паперу. П’є каву з одноразових стаканчиків. Іноді виходить з колегами на двір покурити. Олена в цей час займається хатніми справами: вмикає пральну машину, готує обід та вечерю, миє посуд. Іноді замовляє доставку їжі, їжа зазвичай приходить у пластиковому пакуванні. Настя повертається додому та починає робити уроки, щоб раніше звільнитись та піти гуляти з друзями. Уроки зазвичай робить під музику, тому вмикає на телевізорі музичний канал. Олена сідає в автомобіль, забирає Влада з садочка. Пообідавши, Влад разом з мамою читає книжку, а потім грається у планшеті.

🌙 Вечір
Увечері родина вечеряє разом. Зазвичай вона готує овочі з м’ясом у мультиварці. Усі члени родини одночасно заряджають телефони. Потім всі розходяться по кімнатам: мама з татом дивляться фільм на ноутбуці, Настя сидить у планшеті, Влад перед сном грається у телефоні. Світло горить у всіх кімнатах”.

Ваші поради:

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Рефлексія:

Дружня порада вчителю

Тривалість: до 3 хв.
Проведіть з учнями рефлексію типу “Світлофор”.
Запитайте:
🔴 Що залишилось для вас незрозумілим?
🟡 Що було новим, але зрозумілим?
🟢 Що ви вже вмієте робити і готові пояснювати іншим?

Дайте відповіді на запитання:
🔴 Що залишилось незрозумілим для мене?

🟡 Що було новим, але зрозумілим?

🟢 Що я вже вмію і готовий/готова пояснити іншим?

У вільний від відпочинку час:

Розрахуйте свої вуглецеві та водні сліди за допомогою калькулятора:

Завантажити матеріал (PDF)

Урок №242. Біогеохімічні цикли. Частина 2.

Очікувані результати навчання:

Мета уроку:

Сформувати в учнів уявлення про біогеохімічні цикли Карбону, Нітрогену, Фосфору та Сульфуру.
Розкрити взаємозв’язки між колообігом елементів та людською діяльністю.
Дослідити причини утворення “мертвих зон” у водоймах.
Проаналізувати вуглецевий слід людства.
Сприяти розвитку екологічного мислення та відповідального споживання.

Цілі сталого розвитку:

Які цілі сталого розвитку (в порядку пріоритетності) опрацьовуємо на уроці:

ЦСР 3. Міцне здоров’я;
ЦСР 12. Відповідальне споживання;
ЦСР 13. Боротьба зі зміною клімату;
ЦСР 14. Збереження морських екосистем.

План уроку:

“Сталевий алхімік” про хімічний склад людини;
Біогеохімічні цикли Карбону, Нітрогену, Фосфору та Сульфуру;
Розв’язок завдань для кращого розуміння теми;
Визначення вуглецевого сліду уявної родини;
Рефлексія.

Очікувані результати для учнівства:

Я детально пояснюю особливості біогеохімічних циклів Карбону, Нітрогену, Фосфору і Сульфуру;
Я описую причини виникнення “мертвих зон” у водоймах;
Я наводжу приклади сучасних способів боротьби людства з надмірними викидами парникових газів;
Я визначаю джерела вуглецевого сліду в побутовому житті (на прикладі уявної родини) та пропоную екологічні альтернативи.

1. Мотивація:

Відео

2. Тобі може знадобитися:

Життєва ситуація:

Завдання № 1.

Завдання № 2.

Дайте письмові відповіді на наступні запитання:

Для яких продуктів викиди метану є незначними? Чому так?

Чому викиди метану є значними для великої рогатої худоби та баранини?

Чому в порівнянні з іншими рослинами вирощування рису супроводжується значними викидами метану?

Порівняйте вплив виробництва яєць і курятини — який із цих продуктів екологічно «дешевший» і чому?

Запропонуйте спосіб, як виробники їжі могли б зменшити викиди парникових газів без значного зменшення виробництва.

Завдання № 3.

Подивіться відео:

“I couldn’t believe that wasn’t butter”

Відео

Дайте письмові відповіді на наступні запитання:

Які проблеми має вирішити даний стартап?

Як вплине на вуглецевий слід людства масове виробництво синтетичного вершкового масла?

Якщо запустять масове виробництво синтетичного вершкового масла, чи можна буде цей етап вважати частину біогеохімічного циклу Карбону? Відповідь обґрунтуйте.

З якими проблемами може зіткнутися реалізація продажів синтетичного вершкового масла? Яких додаткових заходів треба вжити, щоб такий продукт швидко завоював довіру покупців?

Завдання № 4.

Розгляньте фото та прочитайте уважно текст:
“Мертві зони– це області з низьким вмістом кисню (гіпоксичні зони) в океанах та озерах.
Оскільки більшості організмів для життя потрібен кисень, мало хто з організмів може вижити в умовах гіпоксії. Ось чому ці області називаються мертвими зонами.
Мертві зони виникають через процес, який називається евтрофікацією, що відбувається, коли водойма отримує занадто багато поживних речовин, що містять Фосфор та Нітроген.
За нормальних рівнів ці поживні речовини живлять ріст ціанобактерій. Однак при занадто великій кількості поживних речовин ціанобактерії неконтрольовано розмножуються, вода починає цвісти: зеленіє, мутніє. Утворюється щільна плівка водоростей на поверхні води, що не пропускає кисень”.

Дайте письмові відповіді на наступні запитання:

Чому мертві зони часто розташовані поблизу населених берегових ліній?
Що є основною причиною потрапляння надлишкових поживних речовин у водойми?

Чому для активного росту ціанобактеріям необхідні Фосфор та Нітроген?
Які ролі відіграють ці елементи у клітинах живих організмів?

Чому на етикетках сучасних пральних порошків часто можна побачити напис “Без фосфатів”?

Як би ви пояснили проблему мертвих зон місцевим жителям, які використовують добрива поблизу водойм?

Чому більшість водних організмів не можуть вижити в умовах гіпоксії?

Завдання № 5.

Розгляньте схему колообігу Сульфуру.
Співставте номер (1, 2, 3, 4, 5) з процесом, що відбувається на схемі.

Ваша відповідь: _________________________________________

Презентація:

Вуглецевий слід

Ваші поради:

Рефлексія:

Дайте відповіді на запитання:
🔴 Що залишилось незрозумілим для мене?

🟡 Що було новим, але зрозумілим?

🟢 Що я вже вмію і готовий/готова пояснити іншим?

У вільний від відпочинку час:

Розрахуйте свої вуглецеві та водні сліди за допомогою калькулятора:

Завантажити матеріал (PDF)

Ділись та обговорюй важливе