Дайте задание учащимся
определить каждый трофический уровень внутри
БиоСферной экосистемы. Насколько это уровни
подобны уровням на Земле? К какой категории
относится каждый организм БиоСферы. Задайте
учащимся сделать списки и определить категорию
каждого растения и животного (производитель,
потребитель, decomposer) в БиоСфере и в нашем Мире.
Некоторые животные не могут быть легко
категоризированы (например собаки). Оцените,
каких организмов больше: потребителей или
консументов? Во сколько раз? (Следует помнить, что
имеется взвесь одноклеточных обитателей,
которых мы не можем видеть). Как это отношение
можно сравнить с существующим в экосистеме
Земли? Обсудите со студентами пищевые цепи.
Постройте пищевую цепь с различными животными в
конце. Тоже самое сделайте для человека. Обсудите
как наша среда саморегулируется посредством
спроса и предложения. Почему в БиоСфере живет
только одна или две улитки.
Рециркуляция внутри БиоСферы.
Для того, чтобы утилизировать и
переработать мертвый растительный и животный
материал (называемый detritus) в БиоСфере, как и в
нашем Мире, существует специальные организмы
Decomposers. С их помощью отмерший материал становится
снова доступным для использования растениями в
виде удобрений. Если бы decomposers отсутствовали, то
азот, фосфор и другие элементы остались бы
"заблокированными" в мертвых телах, что
привело бы к гибели других растений и животных.
Decomposers называют "мусорщиками". В первую
очередь это: черви, бактерии, и т.д. Все они
переработчики отходов БиоСферы. Дайте студентам
обсудить роль decomposers в БиоСфере и в нашем мире.
Обсудите как большие decomposers, типа улиток,
перерабатывают материал, чтобы меньшие
decomposers,
подобно бактериям, могутли потреблять его.
Попросите Ваших учащихся сделать дома маленькую
компостную кучу (с разрешения их родителей) и
понаблюдать, что произойдет через некоторое
время. Попросите учащихся отметить, что
разлагается быстро. Имеются ли материалы,
которые не разлагаются вообще? Обсудите с
учащимися рециркуляцию и ее важность для нашей
биосферы Земли. Просите, чтобы они приносили по
одном предмету подлежащему утилизации (например
бутылки, макулатуру) каждый день в течение недели
и наблюдали, как быстро растет куча. Если Вы еще
не начали, то начните внутришкольную широкую
программу сбора макулатуры. Совершите экскурсию
на предприятия по переработке вторсырья.
Циклы Углерода и Кислорода.
Атмосферные процессы такие как
циклы углерода и кислорода внутри БиоСферы,
позволяют сделать несколько интересных
экспериментов. Наиболее известно, что растения
выделяют кислород О2 и потребляют углекислый газ
CO2. Однако, менее известный факт - то, что растения
ночью также потребляют O2 и производят CO2. Таким
образом, животные не остались бы в живых без
растений, но растения могли бы выжить без
животных (хотя их размеры были бы меньше).
Причина, по которой наша атмосфера работает (то
есть животные остаются в живых), - в том что
растущие растения, поглощают больше CO2, чем
выделяют, и производят больше O2 чем, потребляют.
Почти весь кислород в атмосфере происходит из
растений и водорослей, и некоторая часть из этого
кислорода преобразуется в озон, который защищает
нас от Солнечной вредной радиации. В атмосфере
гораздо больше O2 чем CO2. Но из-за вырубки лесов это
соотношение может измениться. Даже
незначительное увеличении количества CO2 в
атмосфере может иметь серьезные последствия,
которые приведут к нагреванию атмосферы -
парниковому эффекту. Это спорный вопрос.
Некоторые ученые полагают, что парниковый эффект
уже наблюдается, в то время как другие
утверждают, что это нетак. Обсудите с учащимися
отличия между газами CO2 и O2. Как работает
фотосинтез. Сделайте диаграммы, показывающие
циклы кислорода и углекислого газа внутри
БиоСферы. Что производит CO2 и O2? Из чего состоят
растения и почему большинство растений зеленые?
Почему растений в БиоСфере не становится слишком
много? Рассмотрите карту мира или глобус Земли.
Где - производится и где потребляется наибольшая
часть кислорода на Земле? Например, определите
наиболее лесистые области и наименее. Где
производится и потребляется большая часть
углекислого газа? Обсудите производительность
различных частей планеты (или различных биномов).
Обсудите со студентами роль наших лесов в
поддержании атмосферного равновесия? Обсудите с
учащимися строение атмосферы Земли и как она
работает. Рассмотрите вопрос, какие газы
находятся в атмосфере. Какую роль играет каждый
из газов? Рассмотрите изображение Земли из
космоса, чтобы увидеть насколько тонка
атмосфера. Почему астронавты нуждаются в
космических скафандрах, а ныряльщики используют
водолазный костюм? Обсудите различные уровни
атмосферы и почему воздух более разряженный в
горах. Откуда мы получаем кислород когда
находимся в самолете? Покажите студентам
изображение оранжереи. Как оранжерея работает?
Насколько БиоСфера, похожа на оранжерею? Что
общего между нашей Землей и оранжерей? Какую роль
играет озон в регулировании нашей атмосферы?
Обмен Энергии.
Обмен Солнечной энергии и
энергетические процессы внутри БиоСферы могут
служить основой для проведения интересных
лабораторных работ. За малым исключением, весь
сахар, который человек и животные потребляют
производится растениями и водорослями. Растения
и водоросли получают энергию для производства
этого сахара из солнечного света. Таким образом,
количество растений и животных в БиоСфере
непосредственно связано с солнечным светом или
искусственным освещением. Мы выдыхаем CO2, потому
что сжигаем этот сахар: процесс называется
дыханием. Потребляем O2, что необходимо для
сжегания (окисления) сахара. По этой причине,
сахар и углеродосодержащие компоненты,
называются "биологической валютой" для
энергии. Одноко, только приблизительно 10%
энергии, которая превращена в сахар растениями,
используется, чтобы формировать мускулы и другие
ткани тела в животных. Это объясняется тем, что: (a)
Растения сжигают большую часть энергии, которую
они производят (например они дышат); (b) Не все
части растений съедобны; (с) Животные также дышат.
По подобным причинам только 10% морских
водорослей, съеденных улиткой внутри БиоСферы
преобразованы в массу тела улитки. Постройте
диаграмму из потоков энергии внутри БиоСферы.
Обсудите со студентами, что животные едят.
Покажите студентам изображения растений и
животных, и объясните, какие части мы едим и
почему. Обсудите четыре групп продовольствия и
определите различные пищевые вещества в них.
Рассмотрите с учениками, какие продукты имеют в
себе сахар. Определите, откуда сахар происходит.
Дайте студентам попробовать часть сахарного
тростника или свеклы. Что случается, если мы едим
слишком много из любой группы пищи и почему? Как
животные в БиоСфере поддерживают
сбалансированную диету? Обсудите со студентами
то, как происходит дыхание. Попросите их дышать
глубже и слушать их пульс ( это показывают, что
они потребляют большое количество O2 и производят
большое количество CO2). Почему мы дышим
интенсивно, когда осуществляем или выполняем
напряженную работу? Как работают системы
искусственного дыхания в больницах?
Круговорот Азота.
Цикл Азота БиоСферы - интересный
процесс. В БиоСфере Животные выделяют в воду
продукты обмена веществ, растения теряют листья,
кроме того, неизбежно кто-то погибает и оседает
на дно. И в природе, и в БиоСфере детрит (донный
осадок) разлагается бактериями, этот процесс
называется круговоротом азота. Его первой
стадией является образование высокотоксичного
аммиака (и его производных), выделяемого
животными и разлагающейся органикой. Он довольно
быстро образует нитриты (тоже токсичные
вещества), которые, в свою очередь, становятся
нитратами. Они уже не так опасны и могут быть
усвоены растениями и водорослями.
Приблизительно 78% из атмосферы Земли это азот - N2.
Эта форма азота не пригодна для использования
растениями. Однако, внутри биосферы имеются
бактерии, "фиксирующие" азот. Это означает,
что они берут недоступный азот из экосистемы и
преобразуют его в нитраты, которые могут быть
поглощены растениями. Азотные соединения могут
также быть преобразованы обратно в газ
посредством денитрирующих бактерий (Denitrifying
bacteria), делая его снова недоступным для растения.
Этот последний цикл не часто происходит в
БиоСфере, так как для него требуется анаэробная
(без кислорода) среда. Если слой отходов на дне
становится чрезмерно толстым, и БиоСферу не
двигали в течение длительного периода времени, в
толще отходов могут создаться анаэробные
условия и может начаться процесс денитрификации.
На Земле, некоторые из азотфиксирующих бактерий
живут на овощах (например на бобовых растениях), а
другие свободно живут в почве и воде. Постройте
цикл азота БиоСферы, включая животных и растения.
Как он отличается от цикла азота на Земле? Дайте
задание студентам прорастить бобы. Какова цель
корней? Добавьте различное количество азотных
удобрений. Через какое-то время наблюдайте как
растения будут вести себя. Обсудите роль
микроорганизмов в БиоСфере и в нашем мире.
