авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 || 3 | 4 |

««Наномир» в содержании интегрированных и бинарных уроков естественнонаучной направленности Из опыта работы учителей лицея 179 Санкт-Петербурга ...»

-- [ Страница 2 ] --

Во вторичной моче нет полезных веществ, а концентрация вредных уве личивается (мочевина, мочевая кислота, креатинин).

46 8 КЛАСС СЦЕНАРИИ БИНАРНЫХ И ИНТЕГРИРОВАННЫХ УРОКОВ Выход крови Вход крови ЭТАП ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОЙ РАБОТЫ Фильтрат Микрофильтр Задание. Раздаются заполненные бланки с анализом мочи.

Биореактор Каждый из вас сдавал анализ мочи. Сейчас вам предлагаются бланки с результатами анализа мочи.

1. Внимательно изучите полученный результат.

2. Отметьте нарушение в составе мочи.

3. На основе полученных данных сделайте вывод — в какой части не фрона произошло нарушение?

Анализ мочи — один из методов диагностики заболеваний почек.

Сообщение ученика мембрана Слои мембран Заболеваниям почек подвержены 3,5% жителей России. кровь кремниевый носитель ультрафиолет («моча») соединительный слой Симптомы:

— боли в пояснице;

Сообщение второго ученика.

— кровь в моче, помутнение мочи;

Инновационные методы лечения заболеваний почек — повышение температуры, давления;

— отёки вокруг глаз, ног;

Нанотехнологические фильтры в скором будущем могут привести — общая слабость, потеря аппетита, жажда, сухость во рту.

к созданию переносных или вживляемых искусственных почек (внача Среди многочисленных заболеваний почек наиболее часто встреча ле она будет весить 1–1,5 кг, а планируется иметь размер больших на ются пиелонефрит, мочекаменная болезнь, почечная недостаточность.

ручных часов). Компания из Калифорнии разрабатывает фильтр, повто Пиелонефрит — самое распространённое инфекционное заболе ряющий функцию почек, но не использующий специальную жидкость.

вание. Микроорганизмы попадают в почку с током крови из кариес Данное устройство состоит из двух мембран. Первая, условно называе ного зуба, фурункула, кишечника, лёгких. В почке начинается гнойно мая G-мембрана, имитирует клубочки, которые в почках «отсеивают»

воспалительный процесс.

из крови все молекулы, оставляя практически воду. Другая мембрана, Мочекаменная болезнь — характерно образование камней в орга Т-мембрана, копирует работу почечных трубочек, которые обрабаты нах мочеполовой системы. Этому способствует жёсткая вода с большим вают молекулы, поступившие из клубочков, и пытается вернуть в кровь содержанием солей, особенности питания (однообразная, острая, кислая полезные вещества. Эта мембрана состоит из пор, каждая размером в пища), травмы и заболевания костей, хронические болезни желудка и несколько нанометров, расположенных на расстоянии в 1–5 нм. Поры кишечника, обезвоживание организма.

будут иметь свою форму, размер и заряд, тем самым возвращая в поток Почечная недостаточность — заболевание, при котором почки ча только заданные химические вещества.

стично или полностью перестают выполнять свои функции. В организме Предполагается, что разработанные нанороботы будут способны нарушается водно-солевой обмен, накапливается мочевина и креати лечить множество болезней, в том числе и удалять камни в почках: по нин. При этом многим из больных необходим диализ — медицинская чечные камни могут быть необычайно болезненны. Чем больше камень, процедура, копирующая нормальную работу почек. Для этого необходи тем сложнее от него избавиться. Врачи удаляют их с помощью ультразву ма искусственная почка, которая перекачивает кровь, фильтруя её, при ковых частот, но это не всегда эффективно. Наноробот смог бы удалить этом ненужные вещества переходят в специальную жидкость, Это слож почечный камень, используя маленький лазер.

ная процедура, заставляющая больного человека зависеть от больницы Болезнь легче предотвратить, чем лечить. Для профилактики болез и проводить в ней в среднем до 25 дней в году.

ней мочеполовой системы специалисты компании ЦИМИС-ЗОЖ разра ботали новый препарат. Важными ингредиентами препарата являются пищевые наночастицы нанозолота, армирующие сосуды почек. В состав 48 СЦЕНАРИИ БИНАРНЫХ И ИНТЕГРИРОВАННЫХ УРОКОВ препарата входят и лечебные травы (листья брусники, петрушки, девя сила, фенхеля и другие), обладающие мочегонным и дезинфицирующим действием, подавляющие развитие микробов и выводящие токсины. На нозолото — отличный антиоксидант, который оказывает омолаживающее действие и способствует хорошей работе мочевыделительной системы.

Л. Н. Петрова Задание: Какие бы вы предложили меры по предупреждению заболева ний почек?

Пищеварительные ферменты В результате предложений учеников разрабатываются правила гигиены.

и микрофлора кишечника Запись в тетради:

1. Личная гигиена.

УРОК БИОЛОГИИ В 8-ОМ КЛАССЕ 2. Своевременное лечение зубов и ангин.

(РАСШИРЕННАЯ ПРОГРАММА В ЛИЦЕЙСКОМ МЕДИЦИНСКОМ КЛАССЕ) 3. Не злоупотреблять лекарствами.

4. Не увлекаться острой, солёной пищей и алкоголем.

5. Не переохлаждаться, закаливаться.

РЕФЛЕКСИЯ. ОБЩИЙ ВЫВОД Цель: расширить знания учащихся о процессе пищеварения в организме человека на 1. Функции почек связаны с их строением. основе освоения знаний о многообразии и роли пищеварительных ферментов, о бактери 2. Основные функции почек — выделительная и поддержание гомео- альной микрофлоре кишечника, об инновационных технологиях в лечении заболеваний стаза. органов пищеварения.

Задачи:

ДОМАШНЕЕ ЗАДАНИЕ — рассмотреть многообразие пищеварительных ферментов как отражение специфич • 19.5 — 19.8, записи в тетради. ности их действия;

— показать значимость определённых условий для их работы;

• Вопрос: Как вы объясните, с чем связано изменение рН мочи (4,5–8,5)?

— дать оценку роли микрофлоры кишечника для здоровья человека;

— познакомить с ролью нанотехнологий в лечении нарушений работы кишечника.

Тип урока: интегрированный (биология, химия, медицина).

Список литературы Технология: исследовательская, с элементами здоровьесбережения, с использовани 1. Воздействие наночастиц серебра на организм человека. http//www.nanonewsnet.ru/ ем ИКТ.

blog/nikst/firidogiskoe-vozdeistvie-nanochastits-sere… 2. Самособирающиеся наночастицы-терминаторы ищут, перехватывают и уничтожают. Опорные понятия: пищеварение, ферменты, катализаторы, химические вещества, http//www.btazabota.kz/novosti/1102-samosobirayschiesya-nanochasti.html. микрофлора, симбиоз, наночастицы.

3. Исследователи создали первый опытный образец искусственной почки, пригод ной для имплантации. http//www.dailytechinfo.org/medic/1618-issledovateli-sozdali- Оборудование: компьютерное обеспечение, пробирки с желудочным соком, про pervyj-opytnyj-obraze… бирка со слюной, белок куриного яйца, водяная баня, набор пробирок, растворы NaOH 4. Наночастицы золота для почек. http//blog.Ludmilakazakova.ru/omologenie/lehenie-i- и CuSO4.

provilaktika/nanotexnologii-nan… Содержательные линии:

— определение понятия «пищеварение», краткая характеристика его этапов;

— необходимость ферментов для этапа химического расщепления пищи;

— многообразие пищеварительных ферментов, их действия и условия для их работы;

— исследование специфичности и условий действия ферментов;

50 8 КЛАСС СЦЕНАРИИ БИНАРНЫХ И ИНТЕГРИРОВАННЫХ УРОКОВ — понятие толстого кишечника, микрофлоры, симбиоза;

— роль микрофлоры в процессе пищеварения, условия её развития;

Предполагаемый ход урока — нанотехнологии в лечении дисбактериоза.

Планируемые результаты: ОРГАНИЗАЦИОННЫЙ ЭТАП Предметные:

— овладение базовым понятийным аппаратом по теме «Пищеварение»;

Доброжелательный настрой на урок.

— умение получать интегрированные знания (биология-химия-медицина-нанобио Снятие эмоционального напряжения.

логия);

— установление причинно-следственных связей при проведении исследования по Ученики выдвигают гипотезу: изменение химуса в кишечнике — это ре специфичности действия ферментов и условиям для их работы;

зультат деятельности ферментов и микрофлоры.

— развитие представлений о составе, роли микрофлоры в толстом кишечнике и усло виях, необходимых для их работы;

— анализ представленной информации по инновационным методам лечения дисбак ПРОБЛЕМНО -ДЕЯТЕЛЬНОСТНЫЙ ЭТАП териоза.

Метапредметные (формирование надпредметных знаний):

— овладение обобщёнными способами действий, открывающими возможность це- Мы продолжаем изучать процесс пищеварения.

леполагающе анализировать, обобщать материал из разных предметных областей: био- Учитель активизирует познавательную деятельность учащихся, задавая логии, химии, медицины, нанобиологии.

проблемные вопросы. Ответы учеников помогают им назвать тему урока.

Дайте определение этого процесса:

Универсальные учебные действия:

Пищеварение — процесс физической и химической обработки пищи и пре Личностные:

вращения её в более простые вещества, которые могут всасываться, пере — помочь ученику задаться вопросом о том, какое значение имеет изучение фермен тов и микрофлоры толстого кишечника для него лично. носиться кровью и без вреда усваиваться организмом.

Познавательные: Он включает в себя 3 этапа. Назовите их:

— умение планировать эксперимент по доказательству специфичности действия пи 1. Поступление пищи.

щеварительных ферментов, наблюдать ход данного эксперимента, анализировать полу 2. Переваривание (физическое и химическое изменение) пищи.

ченные результаты.

3. Усвоение пищи (поступление в кровь или лимфу).

Регулятивные:

— соблюдать правила техники безопасности при выполнении лабораторного экспе- Обратим внимание на 2-ой этап. Что в это время происходит?

римента по доказательству специфичности действия пищеварительных ферментов. Сложные вещества превращаются в простые.

Коммуникативные:

Что необходимо для осуществления этого процесса?

— уметь участвовать в эвристической беседе с учителем и одноклассниками по про Пищеварительные ферменты.

блемам пищеварения в организме человека;

— эффективно взаимодействовать в паре с партнёром при проведении эксперимента Пищеварительные ферменты и микрофлора кишечника.

по доказательству специфичности действия пищеварительных ферментов для его выпол нения в соответствии с инструкцией. Ферменты выделяются пищеварительными железами в протоки, которые впадают в пищеварительный канал.

Здоровьесберегающие аспекты:

Повторим всё, что мы знаем о ферментах, заполнив таблицу:

— доброжелательный настрой на урок;

знакомые понятия в начале урока способству ют снятию эмоционального напряжения;

ТАБЛИЦА. ПИЩЕВАРИТЕЛЬНЫЕ ФЕРМЕНТЫ — смена видов деятельности (постановка проблемы, заполнение таблицы, проведе ние эксперимента, рассказ учителя, демонстрация слайдов, сообщение ученика);

Пищеварительные Пищеварительные На какие Условия Действие — создание доброжелательного микроклимата на уроке через активную творческую железы ферменты вещества t, рН, Р Сл — Простые деятельность каждого учащегося;

Слюнные Амилаза Крахмал рН сл.щел. К–Мальтоза — физкультминутка для снятия статической усталости.

Желудочные Пепсин Белки рН кислая Б — (А)4— Поджелудочная Трипсин Белки рН щелоч. Б — (А)4— Химотрипсин Белки Б — (А)4— 52 8 КЛАСС СЦЕНАРИИ БИНАРНЫХ И ИНТЕГРИРОВАННЫХ УРОКОВ Биуретовую реакцию дают также некоторые небелковые вещества, на Карбоксипептидаза (А)4—8 (А)4—8 — А пример биурет (NH2-CO-NH-CO-NH2), оксамид (NH2CO-CO-NH2), ряд амино Липаза Жиры Ж-Гл+Ж.к-ты кислот (гистидин, серин, треонин, аспарагин).

Амилаза Крахмал К-Мальтоза Проведение: К 1 мл исследуемого раствора доливают 1 мл 10%-ного Кишечные Амилаза Крахмал рН щелоч. К-Мальтоза раствора гидроксида натрия (NaOH) и 2–3 капли 1%-ного раствора сульфата Мальтаза Мальтоза Мальтоза-Гл.

меди (CuSO4). При положительной реакции появляется фиолетовая окраска с Сахараза Сахароза -Гл+Фруктоза красным, либо синим оттенком.

Лактаза Лактоза -Гл+Галактоза В ходе реакции получается гидроксид меди (II) и сульфат натрия — ре Эрепсин Белки (А)4—8 — Ам-ты актив на белок.

2NaOH + CuSO4 = Cu(OH)2 + Na2SO Исследование специфичности действия ферментов.

Предлагаю ученикам сделать вывод.

1. Ферменты — биокатализаторы белковой природы.

Предполагаемый вывод: различие в окраске показывает, что только под 2. Ферменты действуют при определённых условиях. Каких?

действием пепсина происходит разрушение белка.

Как мы доказывали, что условия важны для работы ферментов?

— Вспомним лабораторную работу «Действие ферментов слюны на Физкультминутка.

крахмал»;

— действие ферментов связано с температурой.

Пища, пройдя по пищеварительному каналу, подверглась действию фер 3. Ферменты действуют на одно вещество.

ментов, превратилась в химус и её сложные вещества превратились в про стые, которые усваиваются стенкой тонкого кишечника.

Справедливо ли это? Проведём исследование и докажем, что на белок действует пепсин, а амилаза — нет.

Доказательства значимости микрофлоры толстого кишечника. Остатки Возьмём три пробирки.

химуса попадают в толстый кишечник. Длина его 1,2 метра. Он состоит из • В первой —1 мл белка и 5 мл воды;

отделов. Назовите их.

• Во второй —1 мл белка + 5 мл желудочного сока (фермент пепсин);

• В третьей —1 мл белка +5 мл слюны (фермент амилаза).

Подержим их на водяной бане. Зачем нужна водяная баня?

Затем проводим биуретовую реакцию.

Биуретовая реакция — качественная на все без исключения белки, а так же продукты их неполного гидролиза, которые содержат не менее двух пептидных связей. Биуретовая реакция обусловлена присутствием в белках пептидных связей, которые в щелочной среде образуют с сульфатом меди (ІІ) окрашенные медные солеобразные комплексы (М+ — катион щелочного ме талла).

В толстом кишечнике нет ферментов, но процесс изменения химуса про исходит благодаря микрофлоре.

Микрофлора — это совокупность микроорганизмов, живущих в симбиозе с человеком.

54 8 КЛАСС СЦЕНАРИИ БИНАРНЫХ И ИНТЕГРИРОВАННЫХ УРОКОВ Симбиоз — это взаимовыгодное сожительство двух организмов.

В кишечнике одного человека живут примерно 2 кг самых разнообраз ных микроорганизмов, среди них полезных 400–500 видов.

Это она – Анаэробы: Аэробы: candida alibicans!

Бифидобактерии Стрептококки Лактобактерии Кишечная палочка 95% Энтерококки Амёбы Постепенно патогенная микрофлора развивается не только в кишечни ке, но и на коже, слизистых оболочках, снижает иммунитет. В результате наш организм становится уязвим для простудных, инфекционных, желудочно кишечных и аллергических заболеваний.

Только врач может поставить диагноз «дисбактериоз» и назначить ле Чем дальше химус продвигается по пищеварительному тракту, тем боль чение.

ше бактерий участвует в его переваривании. Они:

1. Подавляют размножение патогенных бактерий, препятствуют проник новению в кровь болезнетворных микробов и вирусов, т. е. укрепляют ИННОВАЦИОННЫЕ ПОДХОДЫ В ЛЕЧЕНИИ ДИСБАКТЕРИОЗА иммунитет.

Сообщение ученика 2. Переваривают целлюлозу (из которой состоят оболочки всех расти тельных клеток) до глюкозы.

Традиционно таким лечением является приём пробиотиков. Про 3. Принимают активное участие в синтезе незаменимых аминокислот, ви- биотики — это лекарственные препараты или биодобавки, в состав ко таминов (В.К), усвоении микро- и макроэлементов (Са, Р, Fе). торых входят живые микробные культуры (лакто- и бифидобактерии), представители нормальной микрофлоры человека.

4. Нормализуют деятельность желудочно-кишечного тракта и замедляют процессы старения.

Утверждаем, что микрофлора в толстом кишечнике очень важна. Значит, нужно создать условия для их работы.

Это, прежде всего:

1. сбалансированное питание — много овощей, фруктов, цельнозерновых продуктов и обязательно 2–3 литра жидкости в сутки;

2. активный образ жизни.

Но постоянные стрессы, неправильное питание, экологическое неблаго получие, бесконтрольный приём антибиотиков, алкоголь — основные причины гибели полезной микрофлоры, приводящие к дисбактериозу, при котором по- Бактерии, несмотря на свои малые габариты, отличаются высокой лезная микрофлора слабеет, а вредная, патогенная — стафилококки, дрожже- жизнестойкостью. Всякий раз, когда их подвергают обработке новым препаратом, погибает 99,99%, но оставшиеся 0,01% успешно размножа вые грибки, протеи, синегнойная палочка — начинают активно размножаться.

56 8 КЛАСС СЦЕНАРИИ БИНАРНЫХ И ИНТЕГРИРОВАННЫХ УРОКОВ Учёные предлагают и другой способ лечения — использование на Восстановление баланса Снижение уровня носеребра. Как известно, серебро — самый сильный естественный анти микрофлоры толстого Улучшение холестерина биотик из существующих на Земле. Доказано, что оно способно уничто кишечника после микроциркуляции в крови жить более чем 650 видов бактерий, поэтому используется человеком антибактериальной для уничтожения различных микроорганизмов на протяжении тыся терапии челетий, что свидетельствует о стабильном антибиотическом эффекте.

Инактивация медиаторов Бактерицидная добавка на основе наночастиц серебра является одним Антиканцерогенное аллергии из последних достижений отечественной науки в области нанотехноло действие (гистамин, серотонин) гий. Размеры наночастиц серебра около 25 нм. Они имеют чрезвычайно ПРОБИОТИКИ большую удельную площадь поверхности, что увеличивает область кон Иммуномодулирующее Продукция органических такта серебра с бактериями, значительно улучшая его бактерицидное действие кислот действие. Применение серебра в виде наночастиц позволяет в сотни раз снизить его концентрацию с сохранением всех бактерицидных свойств.

Синтез пищеварительных Снижение рН Серебро действует на клеточную структуру. Любая клетка без химически ферментов (казеин, в толстой кишке устойчивой стенки (бактерии, внеклеточные вирусы) подвержена дей фосфатаза, лизоцин) ствию серебра. Клетки млекопитающих имеют мембрану другого типа, Антибактериальный эффект и серебро на них не действует. Американские исследования показали, что коллоидное серебро является безопасным и самым мощным для организма человека натуральным антисептиком, активно участвующим Синтез витаминов группы В, Снижение уровня NH3 в крови в снижении жизнедеятельности и прекращении размножения чужерод фолиевой кислоты ных для организма бактерий, вирусов, грибков и паразитов (после ше ются и будут нечувствительны к этому препарату, ситуация возвращается стиминутного контакта), и стимулирует защитные механизмы.

в самое начало. И темпы разработки новых лекарственных препаратов не успевают за темпами появления новых бактерий.

ВЫВОДЫ:

Учёные из IBMResearch и Сингапурского института биоинженерии 1. Во всех отделах пищеварительного тракта, кроме толстого кишеч и нанотехнологий разработали новые самособирающиеся наночастицы, ника, ферменты расщепляют сложные вещества на простые, кото которые могут выборочно обнаружить и уничтожить устойчивые к анти биотикам виды бактерий. Наночастицы изготовлены из специального рые могут усваиваться организмом.

полимерного материала. Когда их вводят в кровоток, они собираются 2. В толстом кишечнике 400–500 видов бактерий, большинство из в капли, величиной 200 нм. Эти капли обладают небольшим электриче- них выполняет важные для организма функции.

ским зарядом и благодаря этому притягиваются к бактериям, которые 3. Нарушение микрофлоры кишечника ведёт к дисбактериозу.

имеют отрицательный заряд, чем и отличаются от клеток человеческого 4. Нанотехнология позволяет внедрять новые методы профилактики организма. Эти нанокапли обволакивают мембраны оболочек бактерий и лечения многих болезней, в том числе и дисбактериоза.

и пробивают в них большие отверстия, бактерии погибают. Нанокапля может поразить множество целей, поэтому нет необходимости в высокой ДОМАШНЕЕ ЗАДАНИЕ:

концентрации. По истечении нескольких дней наночастицы разлагаются 1. Повторить материал, записанный в тетради.

на углекислый газ и не ядовитые примитивные спиртовые соединения, которые выводятся из организма естественным путём. 2. Повторить параграф № 33.

Это многообещающий способ борьбы с бактериями, но исследова 3. Познакомить родителей с методами лечения дисбактериоза, в том чис ния продолжаются.

ле и нанотехнологией.

Список литературы 1. Воздействие наночастиц серебра на организм человека.

http//www.nanonewsnet.ru/blog/nikst/firidogiskoe-vozdeistvie-nanochastits-sere… 9 КЛАСС Метапредметные:

умение слушать, анализировать полученную информацию, умение делать выводы, пользоваться формулами, интегрировать знания различных образовательных областей, умение обобщать материал.

Универсальные учебные действия:

Личностные:

Л. Н. Петрова, Н. Р. Нестеркина Способность к самореализации, формирование мотивации к обучению посредством значимых для человека знаний, умение применять ранее изученный материал для позна вательной деятельности, коммуникативность.

Фосфор и его соединения БИНАРНЫЙ УРОК В 9-ОМ КЛАССЕ: БИОЛОГИЯ — ХИМИЯ Предполагаемый ход урока ОРГАНИЗАЦИОННЫЙ ЭТАП УРОКА Цель: доказать роль фосфора в здоровье человека.

Учитель: Эпиграф нашего урока: «Фосфор — элемент жизни и мысли».

Задачи урока:

(Ферсман А. Е.). Демонстрируется слайд № 1.

• актуализировать знания о строении атома, классах неорганических соединений;

В конце урока мы попытаемся ответить на вопрос: «Почему А. Е. Ферсман • показать роль фосфора в рационе питания;

так охарактеризовал этот элемент?»

• показать возможность использования фосфора в нанотехнологиях.

Учитель химии. Дадим характеристику элементу фосфору по его положе Тип урока: бинарный, интеграция содержания биологии, химии и нанотехнологий, в основе которых лежат соединения фосфора. нию в периодической системе Д. И. Менделеева по плану:

• адрес (координаты);

Технология урока: исследовательская с элементами здоровьесберегающей, исполь зование ИКТ. • строение атома;

• сравнение по горизонтали и по вертикали;

Содержательные линии:

• возможные валентности и степени окисления;

1. Повторение определений и понятий, связанных с изучаемой темой (оксиды, ги дроксиды и их классификация, обмен веществ, энергообмен, ферменты и т. д.).

• формулы оксидов и гидроксидов и их характер.

2. Работа с таблицами и схемами (обмен веществ, содержание элемента фосфора в пищевых продуктах).

Учитель биологии. Вы знаете характеристику фосфора с точки зрения 3. Практическое применение знаний при изучении нового материала, прогнозиро химии. А что говорят биологи?

вание и написание химических свойств средних и кислых солей (на примере солей фос К фосфору применимы слова: относительно редкий и рассеянный в зем форной кислоты).

4. Взаимопомощь, взаимопроверка и самопроверка. ной коре, но исключительно важный для растений и животных. (Кадр презен 5. Решение расчётных задач интегрированного содержания. тации.) Он содержится во всех группах живых организмов. Для сравнения 6. Нанотехнологии — наука будущего, лекарства, биосовместимость наноматериалов.

посмотрим его количество в 100 граммах сухого вещества. Можем отметить, что у наземных животных фосфора больше, чем у морских. Много у бактерий Здоровьесберегающий аспект урока: смена деятельности: беседа с классом, само (3000 мг Р), но самое большое количество — у человека, особенно в костях стоятельная работа, взаимопроверка, прослушивание сообщения, физкультминутка.

(5000 мг Р).

Планируемые результаты.

Предметные: Учитель химии. У фосфора, как у простого вещества, есть ещё одно инте • расширение представлений о взаимосвязи строение свойства применение;

ресное свойство — аллотропия.

• изучение свойств соединений фосфора (оксидов и фосфорной кислоты, фосфатов);

Что такое аллотропия и какие примеры аллотропов вы знаете? (слайд №2).

• осознание необходимости здорового образа жизни, питания, двигательной активности.

60 9 КЛАСС СЦЕНАРИИ БИНАРНЫХ И ИНТЕГРИРОВАННЫХ УРОКОВ Получение фосфора: из апатитов, минерала, основной компонент — фос Сообщение ученика фат кальция.

Ca3(PO4)2 + SiO2 + C P + CaSiO3 + CO У фосфора есть несколько аллотропных модификаций.

Наиболее устойчивы четыре из них: белый, жёлтый, красный, чёр Задание: Самостоятельно составить электронный баланс и уравнять.

ный.

Вопрос классу: одинаковые или различные свойства будут у различных Белый фосфор — это кристаллическое вещество, плохо растворимое аллотропных модификаций фосфора и почему?

в воде, обладает чесночным запахом.

Только белый фосфор имеет молекулярное строение Р4, ядовит, 1. Взаимодействие с металлами — уравнение реакции и название продук смертельная доза 10–100 мг. Уже при комнатной температуре белый та.

фосфор легко испаряется, и его пары окисляются. Энергия этих реакций 2. Окисление — уравнение реакции и название продукта.

частично переходит в световую, что является причиной свечения белого фосфора в темноте. Внешне похож на маргарин, режется ножом, легко Соединения фосфора. Задание классу: Самостоятельно напишите хи воспламеняется. Открыт алхимиком Хеннигом Брандом (слайд № 3). Вы мические свойства кислотных оксидов на примере оксидов фосфора.

зывает не заживающие долго ожоги (слайд № 4).

• I-ый вариант оксида фосфора (V).

Жёлтый фосфор можно рассматривать как неочищенный белый.

• II-ой вариант оксида фосфора (III).

Красный фосфор практически нетоксичен. Пыль красного фосфора, Работа в прах: взаимопроверка и комментарии.

попадая в лёгкие, при хроническом действии вызывает пневмонию.

Чёрный фосфор не токсичен и внешне похож на графит.

Учитель биологии. Мы знаем, что фосфор участвует во всех видах обме на веществ. Назовите 3 этапа обмена веществ...

Учитель биологии. Мы прослушали интересное сообщение и можем сде (Демонстрируются слайды №№ 5, 6) лать вывод, что фосфор может быть токсичным, следовательно, при работе с Первый этап — поступление, конечно, с пищей.

фосфором следует строго соблюдать правила техники безопасности. Фосфо Основные источники: молоко и молочные продукты, рыба, мясо, яйца, рорганические соединения высокотоксичны: проникают в организм через бобовые, 1600 мг/сутки.

органы дыхания, желудочно-кишечный тракт, кожу.

В кишечнике, особенно в толстом, происходит всасывание питательных При этом наблюдаются острые отравления: жжение во рту и желудке, веществ (в том числе и содержащих соединения фосфора) в кровь. Через головные боли, слабость, тошнота и рвота.

кровь они поступают в клетки, часть — удаляется с мочой и калом.

Первая помощь: промывание желудка, очистительные клизмы.

В сыворотке крови содержание органического фосфора изменчиво, а Демонстрируется слайд № 4.

неорганического — постоянно 3–5,5 мг%.

При ожогах кожи — обработать растворами соды или медного купороса.

Может ли это быть диагностическим показателем?

Учитель химии. Проблемный вопрос: Содержание фосфора:

Могла ли собака Баскервилей жить или идти по следу с «маской» фосфо- — увеличивается при: заболеваниях почек, сахарном диабете, акроме ра? В чём ошибка Конан Дойля? галии;

— уменьшается при: повышении функции паращитовидных желёз.

Предполагаемые ответы учеников:

При недостатке: остеопороз — у взрослых, рахит — у детей, фосфорное — белый фосфор токсичен, а, значит, собака отравилась бы;

голодание — у растений.

— возможно, она не дала бы себя намазать фосфором;

— белый фосфор имеет резкий чесночный запах, значит, собака не В теле человека 1,5 кг фосфора. Больше всего в костной ткани — 1,4 кг, могла бы учуять след, она потеряла бы нюх;

130 г — в мышечной, 12 г — в нервной.

— собака могла погибнуть от отравления фосфором.

Учитель химии. На примере кости рассмотрим значение соединений Мы с вами говорили о фосфоре как о простом веществе, однако фосфор фосфора в этом органе.

в виде простого вещества в природе не встречается, только в виде солей.

62 9 КЛАСС СЦЕНАРИИ БИНАРНЫХ И ИНТЕГРИРОВАННЫХ УРОКОВ Демонстрационный опыт. АТФ играет центральную роль в превращениях энергии в клетке. Это Рассмотрим куриную кость: твёрдая, прочная… единственный и универсальный источник энергии для всех клеточных ре Предварительно такая же кость была помещена на сутки в 10%-ный рас- акций.

твор соляной кислоты. Фосфор входит в состав ферментов, которые можно рассматривать как Что наблюдаем: кость стала гибкой и её можно завязать в узел. нановещества (киназа, фосфорилаза, фосфотаза) и витаминов.

Сделайте вывод из увиденного опыта. Главную роль в превращениях соединений фосфора играет печень. Эти Предполагаемый вывод: Соединения фосфора вместе с катионом каль- процессы регулируются гормонами и витамином Д.

ция обеспечивают прочность костей.

Самостоятельная работа учащихся. Учитель биологии. Что вам известно об использовании фосфора в со временной технологии?

Задание: Составить уравнения реакций вымывания фосфатов из костей, переход средней соли в кислые на примере перехода фосфата в гидрофосфат Сообщение учащегося об использовании фосфора в нанотехнологиях.

и в дигидрофосфат.

Команда исследователей из Нидерландов впервые успешно захва тила одну единственную молекулу РНК при помощи ловушки, созданной Физкультурная минутка. Упражнения для глаз, несколько двигательных на основе нанопор. Разработанная методика работы с одной молекулой упражнений. РНК позволит в будущем объяснить их форму, измерив силы, действую щие на отдельные фрагменты сложной структуры. Вероятно, это обеспе Учитель биологии: Во всех живых организмах элемент № 15 находит- чит учёным понимание особенностей сложной структуры РНК.

ся исключительно в виде ортофосфат-анионов или органических эфиров Молекулы РНК определяют механизм, при помощи которого молеку фосфорной кислоты, поэтому наряду с термином «фосфор» при обсуждении лы взаимодействуют друг с другом в клетках живых организмов. Геномы биологической роли элемента часто используют понятие «неорганический многих вирусов состоят исключительно из РНК, т. е. для более глубокого фосфат». понимания их воздействия на живые организмы необходимо научиться понимать «язык» РНК.

Проблемный вопрос, актуализация знаний о роли фосфора в клетке чело Однако, изучение пространственной структуры РНК — весьма слож века. Какую же роль играет фосфор в клетке?

ная задача, ранее не доступная ни для одной из существующих техник.

1. Входит в состав нуклеиновых кислот (Какие? Мономеры? Состав?).

Проблема заключалась в том, что молекулы РНК имеют слишком ма В процессе эволюции именно эти фосфорные соединения стали универ- ленькие размеры, т. е. их поведением достаточно сложно управлять при сальными хранителями генетической информации. помощи лабораторных инструментов. Решение проблемы — использова ние нанопор, при помощи которых можно не просто захватывать моле 2. Входит в состав клеточных мембран — фосфолипиды.

кулу РНК, но и «протягивать» её через нанопору в нужном направлении.

Изучая, какой процесс, мы говорили «окислительное фосфорилирование» — Это, в свою очередь, обеспечивает возможность распутать её сложную один из этапов энергетического обмена. Что образуется в результате структуру и измерить силы, действующие на её отдельные фрагменты.

энергетического обмена? — АТФ.

Методика даст возможность не только исследовать сами молекулы РНК, Нарисуйте схему строения (слайд № 7). но и обнаруживать белки, связанные с РНК. Таким образом, предло женная техника — это не просто ещё один из вариантов использования АТФ — наномолекула (т. е. имеет размер от 1 до 100 нм). Продолжитель- нанотехнологий в биохимических исследованиях. Это путь, который в ность жизни не более 1 минуты. будущем позволит приоткрыть завесу тайны, скрывающую свойства и Это вещество не запасается организмом, поэтому в сутки синтезируется особенности РНК.

Ещё одна отрасль наноисследований — лечение органов. Учёные до 40 кг этого вещества.

Воронежского государственного университета разработали серию на Благодаря особенностям химического строения атомы фосфора способ нокристаллических керамических материалов на основе минерала из ны к образованию богатых энергией макроэргических связей, при разрыве фосфата кальция, плотные и пористые керамики, и разработали методы которых выделяется примерно 40 кДж энергии.

нанесения покрытия из этих материалов на ткань.

Сколько в АТФ таких связей? — Две.

64 9 КЛАСС СЦЕНАРИИ БИНАРНЫХ И ИНТЕГРИРОВАННЫХ УРОКОВ Создание искусственных тканей для лечения того или иного органа ткани связано с обоими этими элементами. Замечено, что если организм ис человека — одно из стратегических направлений современной медици- пытывает недостаток кальция, то, как правило, тут же обнаруживается пере ны. При этом изготовление костных имплантатов, которые быстро вра- избыток фосфора, и наоборот. Детальные исследования позволили устано стают в живую кость, либо замещаются живой костной тканью, в настоя- вить, что пища должна содержать одинаковые количества по массе фосфора щее время развито в наилучшей степени. Например, операции по вживле- и кальция (исключение — норма для грудных детей).

нию искусственных зубов вошли в повседневную медицинскую практику.

Основной материал, используемый при создании костных имплантатов, — гидроксиапатит, минерал на основе фосфата кальция. Из него либо де- ЗАКЛЮЧЕНИЕ лают пористый протез кости (поры нужны для быстрого заселения протеза клетками костной ткани), либо наносят в качестве покрытия на металли Вернёмся к началу урока и вспомним слова академика А. Е. Ферсмана ческие имплантаты, улучшая их приживаемость в организме.

(слайд № 1). Согласны ли вы с высказыванием учёного, какие аргументы вы Основная задача материаловедов, работающих в этой области, — можете привести в защиту этого мнения или хотите поспорить с ним.

обеспечить искусственной кости такие же прочностные и упругие свой ства, что и у живой кости. Добиться этого можно, варьируя химическим Предполагаемые ответы учеников:

составом материала и его микроструктурой.

— входит в состав протоплазмы клеток — структурной и функциональ Активно проводятся работы по созданию нанокапсул и наносфер ной единицы живого;

для целенаправленной доставки лекарственных препаратов в организм — участвует во всех видах обмена веществ, что является одним из человека (онкологическая, противогепатитная и анти-ВИЧ-терапия). Ле основных свойств живого;

карства, содержащиеся внутри наночастиц, переносятся к определённо — необходим для работы сердечной мышцы;

му органу, требующему лечения.

— и мысли, т.к. входит в состав мозга, нужен для работы нервной си стемы.

Учитель биологии. Значение фосфатов в питании человека огромно.

Практически весь фосфор усваивается организмом человека в виде неор ВЫВОДЫ УРОКА:

ганических фосфатов, в среднем всасывается около 70% потребляемого с — прокомментируйте слова А. Е. Ферсмана;

пищей фосфора.

— соединения фосфора в природе могут переходить из одного со ТАБЛИЦА. СОДЕРЖАНИЕ ФОСФОРА В ПРОДУКТАХ стояния в другое;

— фосфор — необходимый элемент для всего живого;

Продукт Р мг/100 г — фосфор входит в состав многих наномолекул (белков, РНК, АТФ);

Жареная говядина — современное развитие инновационных технологий позволяет Молоко сконструировать молекулы с заданными свойствами;

Пшеничный хлеб — основа здоровья человека — сбалансированное питание, которое Картофель включает, в том числе, и соединения фосфора.

Яблоки Куриное яйцо ДОМАШНЕЕ ЗАДАНИЕ:

Суточная потребность в элементе для беременных и кормящих женщин • Выпишите необходимые для выполнения домашнего задания данные составляет 1500 мг, для детей 2—6 лет — 800 мг, детей 10—12 лет — 1200 мг, из таблицы на слайде.

взрослого человека — 800 мг.

• Задачи:

В силу распространённости фосфатов в природе, обычный дневной ра 1. Вычислить суточную потребность человека в картофеле, если предпо цион взрослого человека содержит фосфора в 7—10 раз больше суточной ложить, что только из него может быть получен необходимый фосфор.

потребности в нём, поэтому встречаться со случаями недостаточного по ступления этого элемента в организм приходится очень редко. Важнее пра- 2. Вычислить суточную потребность человека в говядине, если предполо вильное сочетание в рационе кальция и фосфора, ведь образование костной жить, что только из неё может быть получен необходимый фосфор.

66 СЦЕНАРИИ БИНАРНЫХ И ИНТЕГРИРОВАННЫХ УРОКОВ Список литературы к химической части урока «Фосфор», 9-ый класс 1. Книга для чтения по неорганической химии. – М., Просвещение, 1983.

2. Трифонов Д. Н., Трифонов В. Д. Как были открыты химические элементы. – М., Просвещение, 1990.

3. Колтун Марк. Мир химии. – М., Детская литература, 1988.

4. http://ru.wikipedia.org/wiki / Фосфор.

5. http://xumuk.ru / Фосфор. Химическая энциклопедия. А. С. Обуховская 6. http://1september.ru / Круговорот фосфора в природе.

7. Конан Дойль А. Собака Баскервилей.

Почва как среда жизни.

Антропогенное загрязнение почвы. Роль нанотехнологий в защите окружающей среды ИНТЕГРИРОВАННЫЙ УРОК (ЭКОЛОГИЯ, ХИМИЯ, БИОЛОГИЯ, НАНОТЕХНОЛОГИИ). 2 ЧАСА Цель урока: развивать и систематизировать знания учащихся, связанные с ролью по чвы в биосфере. Показать значимость современных инновационных нанотехнологий в защите окружающей среды.

Тип урока: обобщающий.

Педагогическая технология: исследовательская с использованием ИКТ и здоровьес берегающих форм работы.

Класс делится на 6 групп. Каждая группа получает задание. Через определённое вре мя проходит тезисное представление материала. Учащиеся других групп задают вопросы докладчикам по теме выступления. Право задать вопрос по теме выступления определя ется с помощью жеребьёвки.

Критерии оценки вопросов и ответов:

• Обоснованность.

• Краткость.

• Креативность.

• Активность.

Содержательные линии:

• Актуализация знаний.

• Выдвижение гипотезы: «Существует ли в настоящее время доказательство значимо сти роли почвы в биосфере».

68 9 КЛАСС СЦЕНАРИИ БИНАРНЫХ И ИНТЕГРИРОВАННЫХ УРОКОВ • Свойства почвы.

• Почвообразователи. ОРГАНИЗАЦИОННЫЙ ЭТАП УРОКА • Почвенные организмы.

• Роль почвы в биосфере.

Учитель выдвигает гипотезу:

• Нанотехнологические инновации в очистке почвы.

• Почва является глобальным фактором, влияющим на гидросферу и ат Здоровьесберегающая деятельность. Мотивация обучения — проблемы загрязнения мосферу, она участвует в круговороте веществ и жизнедеятельности почвы актуальны для каждого человека. Смена видов деятельности (просмотр слайдов, организмов. Однако в настоящее время мало внимания уделяется про работа с раздаточным материалом, сообщения, заполнение таблицы). Самоанализ. Релак блемам экологической защиты почвы, её санитарной функции;

недоо сационная пауза через 20–25 минут от начала урока (смотри приложение).

ценивается её роль как глобального фактора.

Планируемые результаты:

Попробуем доказать или опровергнуть представленную гипотезу. В про Предметные:

цессе освещения тех или иных проблем изучаемой темы предлагается зада Развитие знаний о свойствах, строении, роли почвы, инновационных нанотехноло вать вопросы, дополнять ответы учащихся. Вопрос должен быть конкретным гических подходах для её очистки;

формирование экологического мировоззрения;

при и чётко сформулированным, с желательным последующим комментарием менение полученных знаний для дальнейшего изучения экологии, понимания значимости нанотехнологий в охране окружающей среды. ответа на вопрос.

Метапредметные (формирование надпредметных знаний): По ходу урока ученики заполняют таблицу, анализируют данные таблицы Ученики способны отбирать необходимые для решения представленной на уроке и определяют системные взаимосвязи.

проблемы источники информации, работать с информацией, изложенной в разных фор мах (текст, таблица, схема и др.), преобразовывать информацию, интегрируя содержание ТАБЛИЦА. МНОГОКОМПОНЕНТНОСТЬ ПОЧВЫ экологии, химии, физики, медицины, используя в том числе ИКТ. Ученики самостоятельно организуют процесс обучения. Анализируют, обобщают, структурируют материал, строят Химический Свойства почвы Почвообразователи Почвенные Выводы логические цепочки, выясняют причинно-следственные связи.

состав почвы организмы Универсальные учебные действия:

Учитель. (Демонстрирует слайд № 1. Содержание слайда — иллюстрация Личностные:

Установление связи между целью изучения почвы и мотивом сохранения окружаю- слоев Земли).

щей среды, в том числе почвы. Формирование ценностно-смысловых ориентаций ученика На основании сейсмических исследований в строении Земли выделено в вопросах охраны окружающей среды, в том числе почвы;

три основных слоя: наружный, называемый земной корой, промежуточный — Регулятивные:

мантия, внутренний — ядро.

Способность учащихся планировать свою деятельность с учётом конечного результа Земная кора и слой верхней мантии составляют литосферу. Верхняя та (чтобы подтвердить или опровергнуть гипотезу, необходимо пройти ряд этапов иссле часть литосферы — почва.

дования объектов), способность оценить, что усвоено в данной теме, а что нет. Наметить план дальнейших действий;

Земная кора является источником полезных ископаемых, а процессы, Познавательные: происходящие в ней, влияют на материальный и энергетический баланс Поиск и выделение необходимой информации для доказательства значимости почвы биосферы. Мантия и ядро, составляющие 99% объёма Земли, пока недоступ в биосферных процессах, формирование познавательной цели, поиск новой информации ны для химического анализа.

о нанотехнологиях для защиты окружающей среды, в частности почвы;

В начале ХХ века В. В. Докучаевым и его учениками было создано пер Метапредметные:

вое теоретическое учение о почве как особом естественноисторическом Развитие мыслительной деятельности. Мотив обучения позволит учащимся управлять своей деятельностью, самостоятельно организовывать процесс обучения, анализировать, теле природы. В. И. Вернадский (ученик В. В. Докучаева) впервые сказал о обобщать, структурировать материал, строить логические цепочки, выяснять причинно- глобальном значении почвы, как части литосферы, необходимой для эволю следственные связи. Развитие умений использования методов информационного поиска, ции, функционирования и сохранения биосферы. В почвоведении существу в том числе с помощью ИКТ. Способность оценить результаты своей деятельности, учиты ет большое количество определений понятия «почва».

вая критерии, предлагаемые на данном уроке;

Например, почва — продукт выветривания, реорганизации и формиро Коммуникативные:

Работа в группе помогает развивать диалог между сверстниками, строить продуктив- вания верхних слоёв земной коры под влиянием жизни и обменных про ное взаимодействие и сотрудничество, способствует формированию умения слушать и с цессов. Почва — биокосная система, основанная на динамическом взаимо уважением относиться к собеседнику.

70 9 КЛАСС СЦЕНАРИИ БИНАРНЫХ И ИНТЕГРИРОВАННЫХ УРОКОВ действии между минеральными компонентами, детритом, детритофагами и ТАБЛИЦА. ХИМИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ В ПОЧВЕ (В % ПО МАССЕ) другими почвенными организмами.

Известны пять факторов новообразования почвы (по определению Элемент Содержание в почвах Элемент Содержание в почвах В. В. Докучаева): материнские породы, растительные и животные организмы, Si 26–44 Mn 0,01–0, климат, рельеф, время. К ним добавлены почвенные и грунтовые воды, дея- Al 1–8 Cорг 0,5– тельность человека. Fe 0,5–6 N 0,05–0, Ca 0,3–5 P 0,02–0, K 0,2–3 S 0,02–0, ПРОБЛЕМНО -ДЕЯТЕЛЬНОСТНЫЙ ЭТАП УРОКА Na 0,2–2 H 0,04–0, n. 10–4 – n. 10– Mg 0,1–2 Mo, Br, As, I, Sc, Pb, Co, B, Cu, Li, Работа в группах. Заполнение таблицы. При работе над предлагаемым Ni, Zn материалом обратите внимание на структурирование материала, проблем Около 10– Ti 0,2–0,5 Hg, Se ный характер изложения данных. При подготовке к постановке вопросов для других групп проявите умение чётко, в соответствии с заданной темой, Особенно многочисленны в почвах соединения углерода. Практически формулировать вопрос;

наиболее интересными являются проблемные во всегда в почвенном воздухе есть диоксид углерода CO2, в почвенном рас просы. При прослушивании ответа проявляйте, пожалуйста, уважение к от творе — угольная кислота, в степных и сухостепных почвах — CaCO3 и Na2CO3;

вечающему.

и это только минеральные соединения. Набор соединений в органическом веществе до сих пор не подсчитан, но в их число входят как низкомолеку лярные соединения, начиная от метана CH4, аминокислот, простейших кис Химический состав почв лот жирного ряда, моносахаридов, так и высокомолекулярные соединения, Первым исследовал химический состав земного вещества американский представленные целлюлозой, лигнином, полипептидами.

геохимик Ф. У. Кларк в 1899 году. Среднее содержание химических элемен- Особое место занимают так называемые специфические для почв гуми тов в земной коре вычислил А. П. Виноградов. Учёные отмечают сходство новые вещества. Впервые гуминовые кислоты выделил из торфа немецкий распространения химических элементов в земной коре и в космосе. учёный Ф. Ахард в 1786 г., но до сих пор их строение остается неясным, воз Любые почвы содержат все элементы Периодической системы Д. И. Мен- раст, датированный по радиоактивному изотопу 14C, достигает сотен и тысяч делеева, а в случае химического загрязнения в почвах обнаруживаются и лет, а молекулярные массы составляют десятки тысяч атомных единиц массы.

трансурановые элементы. Диапазон концентраций (см. таблицу ниже) очень В основе гуминовых веществ лежат бензолсодержащие фрагменты, их мо велик: от десятков и единиц массовых долей (в %) до 10–10–10–11%. Хими- бильная часть представлена большим набором аминокислот и моносахари ческие элементы представлены в почвах большим набором соединений. Раз- дов, они содержат азот и различные кислородсодержащие функциональные нообразие соединений любого из элементов обеспечивает сравнительную группы: карбоксильные –COOH, гидроксильные –OH и другие.

устойчивость химического состояния почв. Так, соединения фосфора пред- Особенность гуминовых кислот заключается в высокой устойчивости ставлены преимущественно ортофосфатами кальция, алюминия, железа, к гидротермическим и биохимическим условиям. Функции гуминовых ве цинка, свинца, марганца. Кроме того, значительная часть фосфора является ществ в почвах разнообразны и чрезвычайно важны. Они аккумулируют эле составной частью органических соединений и конденсированных фосфатов. менты питания растений, защищают почвенные минералы от выветривания, Железо в почвах одновременно входит в кристаллические решетки алю- способствуют миграции катионов различных металлов в форме комплекс мосиликатов, в минералы гетит FeO(OH), гематит Fe2O3, в различные гидрок- ных соединений, регулируют тепловой и кислотно-основной режимы почв, сиды. По мере расхода наиболее растворимых соединений железа (III) его влияют на ёмкость катионного обмена и на буферность почвы, обладают вы концентрация поддерживается в почвенном растворе другими соединения- раженной физиологической активностью и способны стимулировать рост и ми железа. Соединения кремния в почвенном растворе представлены орто- развитие сельскохозяйственных растений.

кремниевой кислотой H4SiO4 или её полимерными формами, а в твёрдых Сложность состава почв, большой набор химических соединений обу фазах одновременно сосуществуют аморфный и кристаллический диоксид славливают возможность одновременного протекания различных хими кремния SiO2 (кварц), минералы группы алюмосиликатов. ческих реакций между почвенным раствором и твёрдыми частями почвы 72 9 КЛАСС СЦЕНАРИИ БИНАРНЫХ И ИНТЕГРИРОВАННЫХ УРОКОВ (cм. схему), а также способность твёрдых фаз почв поддерживать сравни- углекислого газа величина pH может опускаться до 4,5 и даже ниже. Болотные тельно постоянным состав почвенного раствора, откуда растения непосред- почвы имеют pH 4,0–4,5, песчаные — 4,5–5,0, глинистые — около 7,0.

ственно черпают химические элементы. Эту способность почв — поддержи- Щелочными считают почвы, водная суспензия которых имеет pH 7,5–8, вать постоянный состав почвенного раствора — называют буферностью почв, или выше. Щёлочность почв вызывается различными солями: роль игра которая определяется большим набором одновременно протекающих хими- ют Na2CO3 и CaCO3;

последний создаёт кислотно-основную буферность и ческих реакций. Химическое разнообразие делает почву устойчивой к изме- сравнительно высокую щёлочность. Регулирование реакции осуществляет няющимся условиям природной среды или антропогенной деятельности. ся в этом случае за счёт карбонатно-кальциевой системы CaCO3–H2O–CO2.

Карбонатно-кальциевая система работает до тех пор, пока в твёрдой части почвы присутствует CaCO3, и обуславливает величины pH почвенных суспен Органическое зий в зависимости от парциального давления CO2 в почвенном воздухе.

вещество Почвенная Легкораствори- Окислительные процессы в почвах идут за счёт кислорода возду биота мые соли ха, при этом органические вещества почвы окисляются или частично, или Почвенный раствор полностью до конечных продуктов — H2O и CO. При высоких окислительно восстановительных потенциалах почв порядка +0,5 – +0,7 в в наиболее аэ Минералы рированных и малоувлажнённых почвах практически все элементы с пере группы Карбонаты менной валентностью приобретают высшие степени окисления, многие из алюмо Гидроксиды Ca, Mn, Fe них (ионы железа, меди, кобальта, серы, азотосодержащие) становятся мало силикатов Fe, Аl, Мn подвижными и малодоступными для растений.


СХЕМА ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ МЕЖДУ ПОЧВЕННЫМ РАСТВОРОМ И ДРУГИМИ КОМПОНЕНТАМИ ПОЧВЫ (СЛАЙД № 3) Свойства почвы По современным данным в почвах может происходить более 30 различ- Почва обладает некоторыми свойствами, которых лишены воздушная ных химических реакций и процессов. Часть из них имеет общий характер и водная среды. Частицы образуют мелкоячеистый фильтр, который весьма для всех почв, часть присуща только отдельным почвенным типам. Общие эффективно задерживает твёрдые взвеси из вод, просачивающихся в почву.

для большинства почв реакции следующие: осаждение — растворение, ка- Частицы глины и гумуса являются хорошими адсорбентами, однако каждая тионный обмен, комплексообразование, синтез и минерализация органиче- почва имеет свою адсорбционную ёмкость. Фильтруемость и накопление ских соединений, образование гуминовых веществ. примесей в почвах, а также способность почв к регенерации определяют их Почвам северных влажных регионов свойственны накопление кислых устойчивость к антропогенному воздействию.

продуктов, развитие восстановительных процессов;

в сухих южных районах Важным компонентом почвы, способствующим изменению её физико нередко происходит накопление солей, а реакция почв зависит от карбо- химических свойств, является биомасса. Под воздействием растений про натов кальция и регулируется карбонатно-кальциевым равновесием. Ниже исходит образование специфических органических веществ (гумуса или рассмотрены наиболее важные для почв свойства и характеристики. перегноя), именно содержание гумуса в почвах и определяет их плодоро Природная кислотность почв может быть вызвана органическими кисло- дие. В почве живут черви, членистоногие, микроорганизмы. В формирова тами, попадающими в почву с растительными остатками или корневыми вы- нии плодородия почв важнейшая роль принадлежит именно почвенным делениями, диоксидом углерода в почвенном воздухе и поступлением азот- микроорганизмам (бактерии, грибы, водоросли). Общее их число составля ной и серной кислот с кислотными дождями. Анализ химических равновесий ет миллиарды в 1 г — это 0,1% объёма образца почвы. Гетеротрофы (ан- и показал, что роль CO2 в этом процессе значительнее, чем это представлялось аэробные) переводят органику в простые химические вещества, а авто раньше. Растворение углекислого газа CO2 приводит к образованию угольной трофы осуществляют процесс окисления минеральных соединений. Напри кислоты H2CO3. Сама по себе это довольно слабая кислота, но в почвенном мер, железоокисляющие бактерии в заболоченных почвах осуществляют воздухе доля углекислого газа CO2 много выше, чем в атмосферном;

в послед- следующую реакцию:

нем доля CO2 составляет около 0,03%, а в почвенном воздухе достигает це 4FeCO3 + O2 + 6H2O 4Fe(OH)3 + 4CO лых процентов. Поэтому в некарбонатных почвах только за счёт растворения 74 9 КЛАСС СЦЕНАРИИ БИНАРНЫХ И ИНТЕГРИРОВАННЫХ УРОКОВ В почвоведении существует несколько классификаций почв, но единой вий обитания. Естественно, зимой почвенные животные находятся глубже, нет. На территории России выявлено около 100 типов почв, тысячи видов и чем летом.

разновидностей, при этом надо помнить, что почва – эволюционирующая Газообмен почвенного воздуха с атмосферным, при котором почвенный система, которая может переходить из типа в тип. воздух обогащается кислородом, а приземный — углекислотой, называется Важнейшим свойством почвы является плодородие, то есть способность аэрацией (от греч. aer — воздух). На аэрацию почвы, которая возможна толь обеспечить рост и развитие растений. Это свойство представляет исключи- ко благодаря её пористости, влияет много факторов. Например, повышение тельную ценность для жизни человека и всех живущих на суше организ- влажности препятствует проникновению в почву кислорода. С глубиной ко мов. Общая площадь земельного фонда в мире составляет 133,9 млн км2 личество углекислого газа в почве увеличивается, а кислорода — уменьша (14 из них покрыто ледниками) и лишь 3% — это обрабатываемые земли. ется. При повышении температуры воздух расширяется и выходит из почвы, В развитых странах этот процент стабилизировался, но в развивающихся а при понижении он более интенсивно проникает в промежутки между по растёт. Такой экстенсивный путь, однако, не решает проблему производства чвенными частицами.

достаточного количества продовольствия. Гораздо более рациональным ре- Различают физическую и физиологическую сухость почвы. Физическая шением задачи является повышение плодородия почв, и агрохимическая связана с недостатком влаги и наблюдается в сухом климате;

физиологи наука предлагает для этого многочисленные способы. ческая возникает в результате физиологической недоступности физически Почва является гигантской экологической системой, оказывающей на- доступной воды. На сфагновых болотах, несмотря на большое количество ряду с Мировым Океаном решающее влияние на всю биосферу. влаги, вода оказывается недоступной для многих растений из-за высокой Для почвы характерна более или менее рыхлая структура, определённая кислотности почвы, её плохой аэрации и наличия токсичных веществ, нару водопроницаемость и аэрируемость. В верхних горизонтах почвы концен- шающих нормальную физиологическую функцию корневой системы.

трируются вещества, необходимые для питания растений, — фосфор, азот, Органическое вещество почвы играет важную роль в росте и разви кальций, калий и многие другие. В почвенной влаге содержатся газы, раство- тии растений. Оно состоит из продуктов гумификации (аэробное разложе римые соли, питательные вещества, но иногда и токсичные для организмов ние) и неполного разложения растительных остатков и трупов почвенных соединения. Такие почвенные растворы могут быть кислыми, нейтральными животных. Перегной, или гумус, для всех почвенных обитателей является или щелочными. основным источником необходимых для жизни минеральных соединений и Почва обладает своеобразными биологическими особенностями, по- энергии. Он обуславливает плодородие почв и их структуру. Гумус служит скольку тесно связана с жизнедеятельностью организмов. Верхние слои со- источником физиологически активных соединений (витамины, органические держат массу корней растений. В процессе роста, отмирания и разложения кислоты, полифенолы и др.), которые стимулируют рост растений.

они разрыхляют почву, создавая определённую структуру, а вместе с тем и условия для жизни других организмов. Роющие животные перемешивают почвенную массу, а после смерти становятся источником органического ве- Почвообразователи щества для микроорганизмов.

Наиболее древними почвообразователями являются микроорганизмы.

Большую роль в формировании почвы играет рельеф. На одинаковых и Они функционировали задолго до появления на Земле высших растений и одновозрастных формах рельефа образуются близкие и даже однотипные животных. Синтез физиологически активных соединений, гумусообразова почвы.

ние и полная минерализация органических остатков — вот главная функция Свойства почвы в своей совокупности создают её определённый эколо микроорганизмов в почвообразовательных процессах.

гический режим, основными показателями которого служат гидротермиче В числе почвенных микроорганизмов имеются представители и расти ские факторы и аэрация.

тельного, и животного мира. Прежде всего, это одноклеточные и многокле Хорошо увлажнённая почва легко прогревается и медленно остывает.

точные водоросли. Многие из них обладают пигментами типа хлорофилла и На её поверхности происходят более резкие колебания температуры, чем отличаются от других микроорганизмов тем, что способствуют обогащению в глубине. При этом суточные колебания затрагивают слои до глубины в почвы органическим веществом и кислородом. Однако наиболее много 1 метр, и если учесть, что зимой температура почвы с глубиной повышает численны в почвенной микрофлоре грибы, актиномицеты (лучистые грибы, ся, а летом, наоборот, падает, то легко можно представить сезонные верти близкие к бактериям) и бактерии. В почвенной микрофауне особое значе кальные миграции почвенных организмов, вызванные изменением усло ние имеют амёбы и ресничные, а также многочисленные микроскопические 76 9 КЛАСС СЦЕНАРИИ БИНАРНЫХ И ИНТЕГРИРОВАННЫХ УРОКОВ круглые черви — нематоды. Есть сведения о присутствии в почве также не- Макробиота — крупные, относительно подвижные насекомые, дождевые клеточных форм микроорганизмов — бактериофагов (бактериальных виру- черви и другие животные, вплоть до роющих позвоночных.

сов) и вирусов.

В целом процесс гумусообразования начинается разрушением и измель- Особую группу представляют организмы, заселяющие сыпучие подвиж чением растительной массы и мёртвого животного вещества. Этот процесс ные пески. Растения, приспособившиеся к таким местам обитания, называют осуществляется позвоночными и беспозвоночными животными при обяза- ся псаммофитами (от греч. psammos — песок), примеры: полынь песчаная, во тельном участии грибов и бактерий. К таким животным относятся фитофаги, лоснец песчаный, саксаул белый, солянки, джузгун, песчаная акация. Примеры питающиеся только растительной пищей;

сапрофаги, потребляющие гнию- животных-псаммофилов — организмов, обитающих в песчаном грунте: рыбы, щие остатки организмов;

некрофаги, питающиеся трупами животных;

копро- откладывающие икру при нересте на песчаный грунт (пескари, бычки, гольцы фаги, уничтожающие экскременты животных. и др.);

ящерицы, тонкопалый суслик, гребнелапый тушканчик, верблюды.


Большую роль в процессах почвообразования играют подвижные по чвенные животные. Они разрыхляют почву, создают условия для её аэрации, АНАЛИТИКО - ОБОБЩАЮЩИЙ ЭТАП УРОКА механически перемещают в почве органические и минеральные вещества.

Например, дождевые черви на луговых почвах за год выбрасывают на по верхность до 80–90 т/га переработанной земли, а степные грызуны пере- Формулировка выводов.

мещают вверх и вниз сотни кубических метров грунта и органического ве- Мотивация на дальнейшее изучение данной темы.

щества.

Количество организмов в почве огромно, однако в связи со сглаженно стью экологических условий все они отличаются «выравненностью группо вого состава». Кроме того, для них характерна повторяемость в различных ВТОРОЙ УРОК (ПРОДОЛЖЕНИЕ) климатических зонах.

Роль почвы в системе биосферы.

Нанотехнологии для защиты окружающей среды Почвенные организмы по степени связи со средой обитания разделяются на три основные группы (см. слайд № 4 «Многообразие обитателей почвы»):

Геобионты — постоянные обитатели почвы, весь цикл их развития про текает в почве (дождевые черви, многие первичнобескрылые насекомые). ОРГАНИЗАЦИОННЫЙ ЭТАП УРОКА Геофилы — животные, часть цикла развития которых проходит в почве.

К ним относится большинство насекомых: саранчовые, ряд жуков, комары- Учитель. Предположим, что без полноценного почвенного покрова было долгоножки. Личинки их развиваются в почве, а во взрослом состоянии это бы невозможным возникновение и существование современной биосфе типичные наземные обитатели. ры. Почва является незаменимым фактором эволюции живых организмов.

Геоксены — животные, иногда посещающие почву для временного укры- Она — основной поставщик химических соединений, преобразующих мас тия или убежища (таракановые, многие полужёсткокрылые, грызуны, млеко- сивно кристаллические породы в рыхлые отложения, геохимические про питающие, живущие в норах). цессы в которых разнообразны и мобильны. Благодаря почвообразованию косные тела переходят в более активное состояние. Общая активная по По размерам и степени подвижности почвенные обитатели делятся на верхность мелкозёма почвы в десятки тысяч раз больше субстрата монолит группы: ных горных пород. Функционирование водной оболочки Земли зависит от взаимодействия её с почвенным покровом планеты. Формирование речного Микробиота — почвенные микроорганизмы, составляющие основное стока, трансформация поверхностных вод в грунтовые, биопродуктивность звено детритной пищевой цепи (зелёные и сине-зелёные водоросли, водоёмов, сорбционный защитный от загрязнений барьер акваторий — глав бактерии, грибы, простейшие).

нейшие гидрологические функции почвенного покрова. Состояние атмосфе Мезобиота — сравнительно мелкие подвижные животные (почвенные ры также существенно зависит от взаимодействия с почвенным покровом, нематоды, мелкие личинки насекомых, клещи, ногохвостки).

поскольку почва участвует в поглощении и отражении солнечной радиации, 78 9 КЛАСС СЦЕНАРИИ БИНАРНЫХ И ИНТЕГРИРОВАННЫХ УРОКОВ в регулировании влагооборота атмосферы, является источником твёрдого Зональные особенности территорий и соотношение почвенных угодий вещества и микроорганизмов, попадающих в воздушный океан, определяет на площади водосбора существенно влияют на сток воды в озёра и водохра газовый режим атмосферы. Огромно значение почвы как среды обитания нилища. В тайге приходная часть водного баланса (около 65%) формируется растений и животных, с нею связано образование основной массы живого в зимне-весенний период, причем доля внутрипочвенного и грунтового сто вещества планеты. ка значительна. В лесостепной зоне большая часть водного баланса (около Попробуйте доказать справедливость или опровергнуть изложенные 55%) также формируется в зимне-весеннее время, но внутрипочвенный и факты. грунтовый сток весьма мал или его практически нет, что объясняется посте пенной сменой лесных массивов степными пространствами. Кроме зональ ных особенностей, на водный баланс озёр и водохранилищ влияют размеры ПРОБЛЕМНО -ДЕЯТЕЛЬНОСТНЫЙ ЭТАП различных сельскохозяйственный угодий, их состояние и распределение на водосборе. Там, где пашня занимает 25% площади водосбора, а лес — 50%, Анализируем материал и работаем в режиме предыдущего урока. преобладает поверхностный сток. В случае явного доминирования лесов Продолжаем работать в группах. (более 80%) преобладает внутрипочвенный сток.

При фильтрации влаги через почвенный профиль она существенно ТАБЛИЦА. РОЛЬ ПОЧВЫ В БИОСФЕРЕ. меняет химический состав. Бедные слоями торфянистые, тундровые, под РОЛЬ НАНОТЕХНОЛОГИЙ В ОЧИСТКЕ ПОЧВЫ золистые песчаные почвы обогащают её органическими веществами и не значительно солями. Гораздо более насыщают воду солями чернозёмные и Влияние Влияние Влияние Загрязнение Нанотехнологии Выводы каштановые почвы, особенно засоленные. При прохождении атмосферных почвы на почвы на почвы на почвы. в защите осадков через почву изменяется их газовый состав: уменьшается количе гидросферу атмосферу литосферу Санитарная и очистке почвы ство кислорода, который расходуется на окисление органических веществ, функция почвы и увеличивается содержание углекислоты, что существенно для обогащения Группа 1 Группа 2 Группа 3 Группа 4 Группа 5 Группа растворов карбонатами из подстилающих пород.

Материнские и подстилающие породы, образованные силикатами и алюмосиликатами, незначительно обогащают воды CaCO3, NaHCO3, KHCO3.

Интенсивнее обогащают атмосферные осадки осадочные породы: известня Влияние почвы на гидросферу. В. И. Вернадский в труде «История при ки, доломиты, мергели, гипс, каменная соль. Большие антропогенные нагруз родных вод» впервые глубоко и всесторонне обосновал влияние почвы на ки на педосферу: высокие дозы удобрений, пестицидов приводят к тому, что гидросферу. Он показал огромное значение почвенных растворов для соста за короткие сроки почвы претерпевают сильные изменения. Это неминуемо ва водной оболочки Земли. Ни одно явление водного баланса не минует по сказывается на составе грунтовых вод. При попадании в атмосферу больших чву. Основная гидрологическая функция почвенного покрова состоит в пере количеств хлора, окислов серы формируются кислые атмосферные осадки, распределении атмосферных осадков в водоразделах, т. е. в формировании которые усиливают вымывание из почвы катионов (Ca2+, Mg2+, K+, Na+, Al3+, речного стока. Если почвы водопроницаемы и в подстилающей толще име Fe3+, Mn2+, а также анионов: Cl–, SO2–, HCO3–) в грунтовые воды. Почвенный ются рыхлые породы, создаются благоприятные условия для равномерного покров, изменяя химический состав поверхностных и грунтовых вод, питаю питания рек. При слабовыраженной впитывающей способности почвенного щих реки, озёра, моря и океан, поставляет в водоёмы большое количество покрова происходит поверхностный сток, что приводит к нежелательным по биофильных макро- и микроэлементов, а также гумуса. Так, воды реки Невы следствиям: весенним паводкам, пересыханию рек в засушливые периоды, приносят в Балтийское море ежегодно около 2 млн т растворённого органи усилению эрозии.

ческого вещества. Соединения, поступившие с континентов в водоёмы, во Водорегулирующая способность почвы существенно зависит от произ влекаются в продукционный процесс водных экосистем и в биохимические растающей на ней растительности. В лесу небольшой поверхностный сток, циклы: 95% кальция, 50% магния, 30% калия, извлекаемых организмами из так как высока инфильтрация влаги лесными покровами. Поэтому так важно морей и океанов, имеют почвенное происхождение. Таким образом, педос не нарушать почвенный покров при рубке леса. Необходимо помнить, что фера активно участвует в формировании биологической продукции водоё для возобновления леса требуется 80–120 лет, а для восстановления нару мов. Однако интенсивные антропогенные воздействия на состав воды стали шенных инфильтрационных свойств почвы нужны десятки и сотни лет.

80 9 КЛАСС СЦЕНАРИИ БИНАРНЫХ И ИНТЕГРИРОВАННЫХ УРОКОВ отрицательно влиять на биологическую продуктивность гидросферы. Главная менее эффективно поглощает их. Влияние почвы на энергетический режим причина этого — ухудшение санитарного состояния водоёмов вследствие атмосферы определяется поглощением и отражением солнечной радиации, техногенного и сельскохозяйственного загрязнения почв. В результате сни- отчего зависит динамика тепла воздушных масс. Так, чернозёмы отражают жается видовой состав обитателей водоёмов, упрощается структура водных 5–7% солнечной радиации, подзолы — 25–30%, солончаки — 30–35%.

экосистем. В процессе эфтрофирования вод чрезмерное развитие получают сине-зелёные водоросли, их доля может достигать 90% всей биомассы и бо- Влияние почвы на литосферу выражается, прежде всего, в защите её лее. К важнейшим факторам эфтрофирования водоёмов относятся фосфор, от разрушения. Поверхностные горизонты литосферы испытывают посто азот, органический углерод, гормоны, микроэлементы, витамины. янное разрушающее действие воды и ветра. Кроме защиты дневных гори Почва благодаря своей огромной активной поверхности может погло- зонтов каменной оболочки Земли, почва выполняет функцию прогрессив щать многие вредные соединения на пути их миграции в водные экосисте- ного развития литосферы. Действие воды на литосферу Земли сочетается мы, а также снижать избыточное поступление биофильных элементов в реки, с преобразующим влиянием живого вещества, неразрывно связанного с озёра, моря, грунтовые воды, исполняя роль защитного барьера акваторий. почвенной оболочкой. В результате многократно (в сотни и тысячи раз) по Почвы — это сильный природный сорбент, но их сорбционные возможности вышается активность химических процессов экзогенного преобразования не беспредельны, поэтому в водоёмы всё-таки поступает значительное коли- литосферы.

чество загрязняющих соединений. Острота проблем чистой воды на Земле Геохимический принцип сохранения жизни гласит: жизнь на Земле и имеет тенденцию к нарастанию, очевидно, в связи с недооценкой гидроло- других планетах возможна лишь до тех пор, пока эти планеты активны и про гических функций почв. исходит обмен веществом и энергией между их недрами и поверхностью.

Таким образом, функционирование отдельных оболочек биосферы тес Влияние почвы на атмосферу, так же, как и на гидросферу, существен- но связано с интенсивностью многочисленных процессов, протекающих в но. Зависимость состава атмосферы от почвенного покрова обусловлена их почвенном покрове.

взаимопроникновением через газообразную фазу почвы. Выделяют подзем- Общебиосферные функции педосферы обусловлены тем, что почва мо ную атмосферу, являющуюся продолжением собственно атмосферы. Взаи- жет называться «оболочкой жизни». Именно в ней и на ней существует боль модействие нижних слоев атмосферы с почвой отражается на всей атмос- шинство видов организмов, образуется основная масса живого вещества фере. Педосфера формирует и изменяет газовый состав атмосферы прямо планеты. Плодородие почв позволяет наземным автотрофам накапливать и опосредованно. колоссальную массу растительного органического вещества и энергию, за Функционирование наземных биоценозов, определяющих многие па- ключённую в ней. Почвенная среда является (в основном за счёт гумуса) раметры атмосферы, зависит, прежде всего, от свойств почв. Прямое воз- аккумулятором и источником вещества и энергии для организмов суши. В действие заключается в непосредственном газообмене между почвой и воз- почвенной оболочке Земли сосредоточено около 2500 млрд т гумуса. В на душной оболочкой. Поглощение почвой атмосферных газов осуществляется стоящее время, в связи с широким использованием почвенного покрова и в основном почвенной биотой, которой требуется кислород в значительных усилением его эрозии, происходит сокращение и уменьшение мировых за количествах. Для создания 1 г сухой надземной биомассы корневые си- пасов гумуса. В год они сокращаются на 1,2–1,4 млрд т.

стемы должны поглотить 1 мг O2. Большинство биохимических процессов, осуществляемых почвенной микрофлорой, происходит с поглощением кис- Санитарная функция почвы представляет собой процессы, связанные с лорода. Микробиологическая фиксация атмосферного азота почвами эко- переработкой ежегодно попадающих в неё отходов жизнедеятельности ор логически безвредна, позволяет избежать огромных энергозатрат, так как ганизмов, растительного опада, посмертных останков животных, а также тех осуществляется за счёт солнечной энергии. Почвенные микроорганизмы ин- антропогенных загрязнений, которые частично или полностью обезврежи тенсивно поглощают оксид углерода и диоксид серы. Активно поглощаются ваются почвой.

почвой сероводород, этилен и другие газы. Сорбция диоксида серы почвами Трансформация почвой вещества и энергии в биогеоценозах предпо приводит к образованию сульфата и сульфита, а сорбция сероводорода — к лагает работу почвы как сложноорганизованной системы, по разложению образованию сульфидов металлов и элементарной серы. Таким образом, по- и изменению различных природных соединений: косных, биокосных, ор чвенный покров Земли — важнейший регулятор газового состава воздушной ганогенных. При реализации данной функции происходит преобразование оболочки. Он не только выделяет многочисленные газы в атмосферу, но и не исходного вещества материнских пород, продуктов, поступающих с пылью, 82 9 КЛАСС СЦЕНАРИИ БИНАРНЫХ И ИНТЕГРИРОВАННЫХ УРОКОВ атмосферными осадками, грунтовыми и поверхностными водами, раститель- • Транспорт. При работе двигателей внутреннего сгорания вместе с вы ными остатками. хлопными газами в окружающую среду выделяются оксиды серы, азо Таким образом, современная почвенная оболочка Земли — продукт дли- та, углерода, свинец, углеводороды, целый ряд оксидов металлов.

тельной, сложной эволюции биосферы. Она является устойчивым структурно функциональным компонентом биосферы, находящимся в состоянии гомео- По существу, все химические вещества, попавшие в атмосферный воз стаза. дух, рано или поздно загрязняют почву, либо непосредственно оседая на В почве обитает великое множество различных живых организмов, фор- ней, либо попадая на неё с дождевой водой.

мирующих сложную детритную цепь: бактерии, микрогрибы, водоросли, про стейшие, моллюски, членистоногие, дождевые черви и многие другие. Все они играют важную роль в формировании почвы и её очистке. К сожалению, Нанотехнологии в защите окружающей среды третий современный экологический кризис называют кризисом редуцентов, они не успевают очищать биосферу, и, в том числе, почву в силу непрерыв- Учитель. В раздаточном материале есть данные о нанотехнологиях, в ного антропогенного загрязнения окружающей среды. том числе для очистки почвы. Познакомьтесь с ними, а затем обсудим.

Загрязнение почвы 1. На сегодняшний день нанотехнологии являются одной из развиваю щихся и перспективных отраслей современной науки и промышлен Источники загрязнения почвы: ности. Эта наука о применении вещества в наноформе (одна милли • Бытовые предприятия и жилая застройка. Основные загрязняющие ардная доля метра) всё больше внедряется в различные области на компоненты: бытовые и пищевые отходы, строительный мусор, фе- родного хозяйства.

калии, отходы отопительных систем: в мире ежегодно выбрасывают 2. Нанотехнологии — одно из направляющих и основных научных дости в окружающую среду 3 млрд тонн твёрдых промышленных и быто- жений человечества, которое на сегодняшний день является «прорыв вых отходов. В почву населённых мест с выделениями и отбросами ным» направлением, указывающим путь к проведению научных, эко попадают возбудители инфекционных заболеваний — дизентерии, номических, социальных и образовательных реформ, к которым так брюшного тифа, туляремии, сибирской язвы. Годами сохраняют жизне- долго шло человечество.

способность и вирулентность спорообразующие бактерии столбняка, 3. Мы знаем ряд определений нанотехнологий:

газовой гангрены, ботулизма, сибирской язвы. Заражение может про • Нанотехнологии — это набор технологий или методик, основанных на исходить за счёт непосредственного контакта с почвой, а также через манипуляциях с отдельными атомами и молекулами, т. е. методик регу выращиваемые на ней продукты питания и источники водоснабжения.

лирования структуры и состава вещества в масштабах 1–100 нм.

Особенно велика роль почвы в распространении гельминтов (см. сани • Нанотехнологии — это междисциплинарная технологическая область, тарную функцию почвы).

оперирующая процессами сборки и самосборки структур пониженной • Промышленные предприятия. Характер отходов промышленных пред размерности на атомарном и кластерном уровнях, которые позволя приятий определяется типом производства. В отходах предприятий ют придать веществу или материалу принципиально новые физико металлургической промышленности присутствуют соли различных ме механические, химические и эксплуатационные свойства.

таллов;

машиностроительной — цианиды, соединения мышьяка, берил • Все технологии и исследования, которые выполняются на атомарном, лия;

химической — бензол, фенол, углеводороды.

молекулярном или макромолекулярном уровне (диапазон размеров • Теплоэнергетика. Мощным источником оксидов серы, углерода, азота, 1–100 нм), считаются нанотехнологическими.

сажи, углеводородов, радиоактивных веществ являются выбросы элек тростанций, особенно при сжигании каменного угля.

Приведите, пожалуйста, пример нанотехнологий для очистки почвы от • Сельское хозяйство — почва загрязняется ядохимикатами, пестицида антропогенного загрязнения.

ми. Ежегодно на полях рассеивается около 500 млн тонн минеральных удобрений, свыше 4 млн тонн ядохимикатов.

84 9 КЛАСС СЦЕНАРИИ БИНАРНЫХ И ИНТЕГРИРОВАННЫХ УРОКОВ Наночастицы железа Уникальные исследования, проведённые инженером по защите окру жающей среды Чжан Вейсянем (Wei-xian Zhang) из Университета Лехай Загрязняющие (США), продемонстрировали потенциал наномасштабного железного по- вещества рошка, способного очищать почву и грунтовые воды, загрязнённые про мышленными веществами.

Железо, один из наиболее распространённых металлов на Земле, мо жет стать недостающим звеном в решении проблемы охраны окружающей Инъекция Просачивание среды. Железо обладает способностью легко окисляться и образовывать наночастиц в почву и грун железа ржавчину. Если это окисление происходит в присутствии таких опасных за- товые воды грязняющих веществ, как трихлорэтилен, тетрахлорид углерода, диоксины или полихлорированные дифенилы (ПХД), то их сложные молекулы распа даются на более простые и менее токсичные углеродные компоненты.

Аналогичное явление наблюдается, когда окисление железа проис ходит в присутствии таких опасных тяжёлых металлов, как свинец, никель, ртуть и даже уран. Тогда эти металлы образуют нерастворимые формы, которые оседают в почве и не переносятся по пищевой цепочке (т. е. не попадают в организм человека, а, следовательно, их вредное влияние на Подземные воды окружающую среду уменьшается).

Многие компании в настоящее время начали применять железный по рошок для очистки своих промышленных отходов перед выбросом их в окружающую среду. Эта технология прекрасно подходит для новых про- Удаление остаточного хлора Нейтрализация пестицидов мышленных отходов, но учёных беспокоит ситуация и со старыми отхода Связывание металла Преобразование удобрений ми. В этом деле им помогут наночастицы железа.

Наночастицы железа в 10–1000 раз активнее обычных макроскопи РИС. НАНОЧАСТИЦЫ ЖЕЛЕЗА НЕЙТРАЛИЗУЮТ ческих частиц.

ТЯЖЁЛЫЕ МЕТАЛЛЫ В ПОЧВЕ Обладая меньшим размером и большей активной поверхностью, на ночастицы могут легко проникнуть в центр загрязнённой зоны. Они легко переносятся вместе с грунтовыми водами и попутно очищают всё окру Этот тип нанотехнологической инновации может быстро улучшить жающее пространство (см. рис.).



Pages:     | 1 || 3 | 4 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.