I. KIẾN THỨC TRỌNG TÂM
1. Khái niệm
– Chu trình sinh địa hóa (chu trình vật chất) trong hệ sinh thái là sự trao đổi liên tục của các nguyên tố hóa học giữa môi trường và quần xã sinh vật. Nhờ hoạt động quang hợp, cây xanh hấp thụ CO2, muối khoáng và nước để tổng hợp carbonhydrat và các chất dinh dưỡng. Những hợp chất này được sinh vật tự dưỡng sử dụng làm thức ăn, cuối cùng lại được sinh vật phân giải, trả lại cho môi trường những chất đơn giản ban đầu.
– Các chu trình sinh địa hóa rất đa dạng nhưng được gộp lại thành 2 nhóm: chu trình các chất khí và chu trình các chất lắng động. Các chất tham gia vào chu trình chất khí có nguồn dự trữ trong khí quyển, sau khi đi qua quần xã sinh vật, ít bị thất thoát, phần lớn được hoàn lại cho chu trình. Ngược lại, những chất tham gia vào chu trình lắng đọng có nguồn dự trữ từ vỏ Trái Đất và sau khi đi qua quần xã, phần lớn chúng tách khỏi chu trình đi vào các chất lắng đọng, gây thất thoát nhiều hơn.
2. Chu trình nước.
– Sinh vật rất cần nước để sống và phát triển thông qua quá trình trao đổi nước không ngừng giữa cơ thể và môi trường. Trong tự nhiên, nước luôn vận động tạo nên chu trình nước toàn cầu, không chỉ điều hòa khí hậu cho toàn hành tinh mà còn cung cấp nước cho sự phát triển của sinh giới.
– Lượng nước rơi xuống bề mặt lục địa rất ít, trong đó 2/3 lại bốc hơi đi vào khí quyển; nước mà sinh vật và con người sử dụng chủ còn 35.000 km3/năm. Trên lục địa, nước phân bố không đều, nhiều vùng rộng lớn, nhiều tháng trong năm không có đủ nước; nhiều nơi, nhiều tháng lại quá thừa nước, nhưng nước bị ô nhiễm không thể sử dụng. Bởi vậy, tiết kiệm nước và bảo vệ sự trong sạch của nước là nhiệm vụ của mọi ngành kinh tế, mọi quốc gia và của mỗi người.
3. Chu trình carbon
– Carbon tham gia vào thành phần cấu tạo của carbonhydrat, chất tiền thân để hình thành các hợp chất hữu cơ khác như protein, lipid, vitamin…
– Carbon đi vào chu trình dưới dạng CO2. Thực vật lấy CO2 từ khí quyển, nước và muối khoáng từ đất để tạo ra chất hữu cơ đầu tiên thông qua hoạt động quang hợp.
– Động vật ăn cỏ sử dụng thực vật làm thức ăn rồi lại chuyển các hợp chất chứa carbon cho động vật ăn thịt. Trong quá trình hô hấp của động, thực vật và sự phân giải của VSV, CO2 và nước được trả lại cho môi trường.
– Trong khí quyển, hàm lượng CO2 đã khá ổn định trong hàng trăm triệu năm. Song sau hơn 200 năm gần đây, do đốt quá nhiều nhiên liệu hóa thạch và thu hẹp diện tích rừng, con người đã làm hàm lượng CO2 tăng lên từ 295 ppm (1 phần triệu) lên 345 ppm. Sự gia tăng lượng CO2 trong khí quyển đã làm cho bức xạ nhiệt đến hành tinh không thoát ra được vào vũ trụ, nhiệt độ trên bề mặt Trái Đất tăng lên tương tự như tăng nhiệt độ trong nhà kính trồng rau, do đó, mực nước đại dương dâng cao, nhiều vùng đất thấp và các thành phố ven biển có nguy cơ ngập chìm trong nước biển. Đó là hiểm họa không mong muốn của nhân loại.
4. Chu trình nito.
– Thực vật hấp thụ được nito dưới dạng Nitrat (NO3-) và muối amoni (NH4+) để tạo thành các hợp chất chứa gốc amin. Nitrat được hình thành bằng con đường vật lí (điện và quang hóa), hóa học và sinh học, nhưng con đường sinh học đóng vai trò quan trọng nhất.
– Trong đất, vi khuẩn nốt sần sống cộng sinh với các cây họ đậu tạo ra nốt sần, tham gia cố định Nito. Những loài có khả năng cố định nito trong nước cũng khá phong phú (một số vi khuẩn lam sống tự do hay cộng sinh với bèo hoa dâu).
5. Chu trình phospho
Trong tự nhiên, phospho là 1 trong những chất tham gia vào chu trình các chất lắng động có khối lượng lớn dưới dạng quặng. Lớp này lộ ra ngoài và bị phong hóa, chuyển thành dạng phosphat hòa tan (PO4-) nhờ đó, thực vật có thể sử dụng được. Phospho tham gia vào thành phần cấu trúc của các chất sống quan trọng như các acid nucleic, ATP… Sau khi đi vào chu trình, phospho thường thất thoát theo các dòng sông ra biển, lắng đọng xuống đáy sâu. Sinh vật biển, nhất là những loài động vật ăn thịt cỡ lớn, tích tụ phospho trong xương, răng, khi chết, xương và răng chìm xuống đáy kéo theo 1 lượng lớn phospho, ít có cơ hội quay lại chu trình. Lượng phospho ở biển được thu hồi chủ yếu nhờ vào sản lượng cá khai thác và 1 lượng nhỏ từ phân chim thải ra trên các bở biển và hải đảo. Bởi vậy, hằng năm, con người vẫn phải sản xuất hàng trăng triệu tấn phân lân để cung cấp cho đồng ruộng.
II. CÁC DẠNG BÀI TẬP
Bài 1: Trình bày về chu trình cacbon trong thiên nhiên.
Hướng dẫn giải
+ Nguồn CO2 trong khí quyển do các hoạt động hô hấp của thực vật, động vật dị dưỡng, vi sinh vật phân giải, hô hấp của sinh vật biển, hoạt động công nghiệp, động cơ nổ, lò nung vôi, núi lửa…
+ CO2 được sinh vật tự dưỡng sử dụng để quang hợp tổng hợp chất hữu cơ.
+ Nguồn chất hữu cơ qua chuỗi, lưới thức ăn vào cơ thể sinh vật khác.
+ Xác của động vật, thực vật tạo ra than, khí, dầu mỏ cung cấp nhiên liệu cho con người, từ đó giải phóng CO2. Cứ như thế theo vòng tuần hoàn kín.
Bài 2: Cho rằng nước sạch là nguồn nguyên liệu vô tận là đúng hay sai? Hãy giải thích.
Hướng dẫn giải
+ Nước không phải là nguồn nguyên liệu vô tận vì hiện nay nguồn nước đang bị suy giảm nghiêm trọng do ảnh hưởng của lượng CO2 trong khí quyển tăng lên, gây hiệu ứng nhà kính.
+ Mặt khác, do hoạt động con người, nguồn nước hiện nay đang bị ô nhiễm ở nhiều nơi trên Trái Đất.