Проследете веществата през атмосферата, хидросферата, биосферата и литосферата. Свържете кръговрата на скалите и тектониката на плочите с океанските цикли на въглерода, фосфора, азота и силициевия диоксид.
Водещ въпрос: Как океанските процеси и морските организми осъществяват кръговрат на веществата и изграждат или преобразуват земните материали?
Проследете веществата между земните резервоари, разграничете рециклирането от дългосрочното съхранение и обяснете как морският живот и човешките дейности променят тези пътища.
Учебни цели
Обяснете как изветрянето, субдукцията, седиментацията, акрецията и вулканизмът свързват океана и сушата.
Разграничете пътищата на органичния и неорганичния въглерод, включително образуването на карбонати и изкопаемите горива.
Сравнете усвояването, регенерацията, погребването и човешките постъпления на фосфор и азот.
Обяснете как структурите от силициев диоксид могат да се разтворят или да станат част от седиментния запис.
Преподавайте този принцип
Защо това е важно
CFD свързва геологията и биологията чрез движението и преобразуването на веществата. Учениците могат да сравнят бързото рециклиране в морската вода и хранителните мрежи с по-бавното погребване, скалообразуване, издигане и изветряне.
1
Проследете път в кръговрата на скалите
Задача за учениците
Използвайте клон A на CFD и картата на океанските форми, за да начертаете път от изветрена континентална скала до океански седимент, субдукция или акреция и издигане. Означете всеки процес.
Въпрос към класа
По какво седиментацията се различава от субдукцията или акрецията?
Какво да търсите в отговорите
Утаяването и транспортът преразпределят седиментите; субдукцията рециклира литосфера, а акрецията добавя материал към плоча.
Използвайте CFD B2–B11, за да проследите органичния въглерод през биомасата и дишането, а после неорганичния през черупка, разтваряне или погребване и скалообразуване.
Въпрос към класа
Кои пътища рециклират въглерода бързо и кои могат да го съхраняват по-дълго?
Какво да търсите в отговорите
Дишането и разтварянето връщат въглерода в неорганични резервоари; част се погребва в скали или изкопаеми горива. Изгарянето на изкопаеми горива връща въглероден диоксид в атмосферата.
Използвайте CFD B12–B18, за да свържете изветрянето на скалите, разтворения фосфор, продуцентите, консументите, регенерацията, ъпвелинга и погребването. Добавете постъпление от тор или отпадъчни води.
Въпрос към класа
Защо основен хранителен елемент става проблем, когато постъпленията му нараснат прекомерно?
Какво да търсите в отговорите
Фосфорът подпомага растежа, но прекомерните постъпления могат да предизвикат еутрофикация и промени в хранителните мрежи; част следва по-бавния седиментен път.
Използвайте CFD B19–B25, за да обясните защо атмосферният азот трябва да се преобразува, преди повечето организми да го използват. Сравнете този цикъл с фосфорния.
Въпрос към класа
Каква роля имат азотфиксиращите микроорганизми?
Какво да търсите в отговорите
Те правят азота достъпен за биологичните пътища. Азотът променя химичната си форма, циркулира през хранителните мрежи и може да се погребва или да се добавя от човешки дейности.
Използвайте CFD B26–B32, за да проследите силициевия диоксид от изветрянето до диатомея или гъба, а после сравнете разтварянето с погребването. Добавете пътя, който отново оголва скалата на сушата.
Въпрос към класа
Всеки скелет от силициев диоксид ли се превръща в скала?
Какво да търсите в отговорите
Повечето биогенен силициев диоксид се разтваря; по-малка част влиза в седименти и седиментни материали. Ъпвелингът, издигането и изветрянето отново свързват различните части на цикъла.
Проследете един елемент от източник на сушата до океанския живот, после до седиментна скала и обратно към океана. Определете по-кратък път на рециклиране и човешко влияние върху цикъла.
Разгледай понятията
Кръговрат на скалите и тектоника на плочитеИзветрянето, ерозията, седиментацията, акрецията и вулканизмът свързват сушата и океана.
Скалите се разрушават и материалите се придвижват към океана.
Изветрянето и ерозията разрушават скалите; реките и атмосферното отлагане пренасят много от продуктите в океана. Материалите остават там за различни периоди, наречени времена на престой. Разрушаването, образуването, субдукцията и издигането на скалите са части от непрекъснат цикъл.
По-плътните океански плочи могат да се спускат под континенталните. Субдукцията може да издига континенталните окрайнини и да добавя към тях остъргани океански скали и седименти. Падини, островни дъги, стратовулкани и някои планински вериги са свързани със субдукцията; такива граници са характерни за периферията на Тихия океан.
Някои океански скали и седименти се пренасят в горната мантия с потъваща плоча; други материали се остъргват от нея и се добавят към континенталния ръб. Това са различни направления в кръговрата на скалите.
Седиментацията, акрецията и вулканизмът образуват нови скали.
Седиментацията включва утаяване на частици под действие на гравитацията и преместване на материал по дъното от течения или вълни. Акрецията добавя материал към тектонска плоча. Заедно с издигането, промените на морското равнище и действието на вълните тези процеси преразпределят земните материали. Вулканизмът по границите и във вътрешността на плочите образува нови скали чрез магмени процеси.
Издигането и ерозията могат да оголят както магмени, така и седиментни скали. Оголването разкрива съществуващ материал; вулканизмът образува нови магмени скали чрез охлаждане на магма или лава.
Въглероден цикълПроследете бързо рециклирания въглерод и по-дългите пътища през седименти, скали и изкопаеми горива.
Океанът свързва химичните резервоари на Земята.
Веществата циркулират през атмосферата, хидросферата, биосферата и литосферата. Океанът има основна роля в жизненоважни цикли. Морската вода съдържа елементи в различни концентрации, включително въглерод, фосфор, азот, сяра, кислород, желязо, цинк, калций, натрий и калий; някои организми се нуждаят и от силиций или стронций.
Въглеродът преминава между неорганични и органични форми.
Океанът е най-големият резервоар на бързо циркулиращ органичен и неорганичен въглерод. Атмосферният въглероден диоксид навлиза чрез дифузия, смесване и увличане на мехурчета. Въглеродът се среща като разтворени неорганични форми — въглероден диоксид, бикарбонат и карбонат; в органични съединения като въглехидрати, липиди и аминокиселини; и в частици, включително живи и мъртви организми. Фотосинтезата и хемосинтезата превръщат неорганичния въглерод в органична материя; дишането връща голяма част в неорганични форми. Част от органичния въглерод потъва, натрупва се и може да стане изкопаемо гориво.
Смесването включва конвекция, когато разлики в плътността предизвикват вертикално преобръщане на водата и обмен на разтворени вещества между слоевете.
Карбонатните черупки свързват живота с кръговрата на скалите.
Коралите и други организми използват разтворен неорганичен въглерод за черупки и скелети от калциев карбонат. Голяма част се разтваря в дълбоките води; друга се натрупва във варовици, креда и карбонатни банки. Издигането, акрецията и промените на морското равнище могат да оголят морски седиментни скали на сушата, където изветрянето и ерозията връщат материала към океана. Изгарянето на изкопаеми горива освобождава въглероден диоксид в атмосферата и влияе на климата и океанското pH.
Както седиментите с органичен въглерод, така и неорганичните карбонатни седименти могат да следват дълги геоложки пътища, включващи погребване, образуване на скали, издигане и оголване. Изветрянето и ерозията връщат материал в активния кръговрат на въглерода; окисляването на оголения органичен въглерод може да върне въглероден диоксид. Това геоложко връщане е различно от изгарянето на изкопаеми горива от хората.
Фосфорен цикълПроследете фосфора от изветрените скали през организмите, морската вода и седиментите.
Фосфорът участва в основни клетъчни съединения.
Всички форми на живот се нуждаят от фосфор за съединения като ATP, ДНК и фосфолипиди. Изветрянето на скалите на сушата е основният му океански източник. Фосфорът се среща като разтворени неорганични форми, например фосфат, в органични форми, в частици като апатитни минерали и в живи и мъртви организми.
Биологичното рециклиране и погребването създават различни пътища.
Фитопланктонът и другите първични продуценти усвояват разтворен фосфор, който после преминава през хранителните мрежи. Дишането и регенерацията връщат органичния фосфор в разтворени неорганични форми; ъпвелингът го връща към повърхността. Част от органичния и неорганичния фосфор се натрупва в седименти и става част от седиментни скали. Издигането, акрецията, промените на морското равнище, изветрянето и ерозията отново свързват този дългосрочен запас с океана. Торове и отпадъчни води могат да внасят фосфор по водни пътища, насърчавайки еутрофикацията и променяйки хранителните мрежи.
Азотен цикълРазграничете изобилния атмосферен азот от формите, използваеми от организмите.
Микроорганизмите преобразуват азота в използваеми форми.
Животът се нуждае от азот за аминокиселини и белтъци. Повечето организми не могат да използват директно атмосферния газообразен азот. Някои бактерии, включително цианобактерии, фиксират азота във форми, които могат да влязат в биомасата и да поддържат други организми. Азотът преминава между нитрат, нитрит, амоний и органични съединения чрез фиксация, нитрификация, денитрификация, асимилация, амонификация и анаеробно окисление на амоний.
Азотните съединения имат различни степени на окисление: нитратът, нитритът и амоният участват в различни химични и биологични преобразувания. Органичните азотни съединения включват урея; списъкът с форми на азота трябва да разграничава химичното състояние от биологичната роля.
Азотът циркулира през хранителни мрежи, седименти и човешки постъпления.
Първичните продуценти усвояват разтворен азот; консументите го получават чрез хранителните мрежи. Дишането и регенерацията връщат органичния азот в разтворени неорганични форми, а ъпвелингът го изнася към повърхността. Част от органичния азот се погребва в седиментни скали, които издигането, акрецията и промените на морското равнище могат да изложат на изветряне и ерозия. Торовете, отпадъчните води и изгарянето на изкопаеми горива добавят азот чрез водата или атмосферата; прекомерните постъпления могат да насърчат еутрофикацията и да променят хранителните мрежи.
Цикъл на силициевия диоксидСвържете изветрянето на минералите с твърдите части на организмите и техния седиментен запис.
Някои организми изграждат твърди части от силициев диоксид.
Диатомеите, радиолариите и някои гъби изграждат структури от силициев диоксид, включително фрустули, обвивки, шипове и спикули. Изветрянето на сушата и вулканската дейност доставят силиций в океана; реките пренасят продуктите на изветрянето към морето. Силицият се среща в разтворени форми и в частици, включително минерали и биологичен скелетен материал.
Разтварянето, погребването и изветрянето завършват цикъла.
Повечето биогенен силициев диоксид се разтваря след смъртта на организмите; ъпвелингът връща разтворения силиций към повърхностните води. По-малка част се погребва и преобразува в седиментни материали като кремък, диатомит и глинести минерали. Издигането, акрецията и промените на морското равнище могат да оголят тези материали на сушата, където изветрянето и ерозията ги връщат към океана. Човешките промени в континенталното изветряне, включително киселинния дъжд, и във водния цикъл могат да променят доставката на силиций в океана.
Адаптирано от CFD на NMEA за принцип 2, класове 9–12 (2021, страница 61 от наръчника). Ръководството следва клона на скалния кръговрат и четирите биогеохимични цикъла. Задачите за класната стая и връзките към платформата са предложения на Blue Biome, а не дейности, предоставени от NMEA.
Понятия и връзки в източника
Бележките по-долу са на английски и предават със свои думи съдържанието на източника на NMEA. Те обясняват и уточненията в адаптацията и коригираните препратки.
A · Скалите се разрушават и материалите се придвижват към океана.
Weathering and erosion move land-derived rock material into the ocean as rocks continually form and break down.
Бележки за адаптацията (на английски)
Describe pathways and use can for subduction and uplift rather than implying every rock or plate follows one inevitable path. Define accretion as material addition, not every process that affects a plate.
Прочетете обяснениетоA1 · Скалите се разрушават и материалите се придвижват към океана.
Weathering, erosion, subduction, and uplift break down and recycle rocks.
Прочетете обяснениетоA2 · Скалите се разрушават и материалите се придвижват към океана.
Rivers and atmospheric deposition deliver weathering products.
Dense oceanic plates subduct beneath continental plates and can cause continental uplift.
Бележки за адаптацията (на английски)
Describe pathways and use can for subduction and uplift rather than implying every rock or plate follows one inevitable path. Define accretion as material addition, not every process that affects a plate.
Subducted plate boundaries characterize parts of the ocean such as the Pacific Rim.
Прочетете обяснениетоA7 · Седиментацията, акрецията и вулканизмът образуват нови скали.
Accretion, sedimentation, volcanism, and igneous processes continually form rocks.
Прочетете обяснениетоA8 · Седиментацията, акрецията и вулканизмът образуват нови скали.
Accretion adds material to a tectonic plate.
the diagram connects this with subduction, uplift, sea-level change, and waves.
Бележки за адаптацията (на английски)
Describe pathways and use can for subduction and uplift rather than implying every rock or plate follows one inevitable path. Define accretion as material addition, not every process that affects a plate.
Прочетете обяснениетоA9 · Седиментацията, акрецията и вулканизмът образуват нови скали.
Sedimentation includes gravity settling and material moved along the seafloor by waves or currents.
Прочетете обяснениетоA10 · Седиментацията, акрецията и вулканизмът образуват нови скали.
Volcanism at plate boundaries and within plates and other igneous processes create rock formations.
Uplift and erosion expose igneous and sedimentary rocks.
Atmospheric carbon dioxide enters through diffusion, mixing, and bubbles.
ocean carbon occurs in dissolved organic and inorganic forms and in particles and organisms.
Convective mixing exchanges carbon-containing materials between water layers.
Бележки за адаптацията (на английски)
Use named inorganic/organic pools rather than copying ambiguous or incomplete chemical formula lists. Do not classify methane as inorganic carbon or imply all sugars and lipids contain phosphorus or nitrogen. Describe dissolved silicon separately from particulate silica.
Ocean phosphorus occurs in dissolved inorganic and organic forms, particles including apatite, and organisms.
Бележки за адаптацията (на английски)
Use named inorganic/organic pools rather than copying ambiguous or incomplete chemical formula lists. Do not classify methane as inorganic carbon or imply all sugars and lipids contain phosphorus or nitrogen. Describe dissolved silicon separately from particulate silica.
Прочетете обяснениетоB15 · Биологичното рециклиране и погребването създават различни пътища.
Producers take up phosphorus, food webs transfer it, regeneration returns inorganic forms, and upwelling returns phosphorus to the surface.
Прочетете обяснениетоB16 · Биологичното рециклиране и погребването създават различни пътища.
Some organic and inorganic phosphorus enters sediments and later sedimentary rocks.
Бележки за адаптацията (на английски)
Use named inorganic/organic pools rather than copying ambiguous or incomplete chemical formula lists. Do not classify methane as inorganic carbon or imply all sugars and lipids contain phosphorus or nitrogen. Describe dissolved silicon separately from particulate silica.
Biological transformations cycle nitrogen among inorganic and organic forms through fixation, nitrification, denitrification, assimilation, ammonification, and anaerobic ammonium oxidation.
Nitrogen forms have different oxidation states; urea is an organic nitrogen compound.
Прочетете обяснениетоB22 · Азотът циркулира през хранителни мрежи, седименти и човешки постъпления.
Producers take up nitrogen, food webs transfer it, regeneration returns inorganic forms, and upwelling returns nitrogen to the surface.
Прочетете обяснениетоB23 · Азотът циркулира през хранителни мрежи, седименти и човешки постъпления.
Some organic nitrogen enters sediments and becomes organic matter in sedimentary rocks.
Бележки за адаптацията (на английски)
Use named inorganic/organic pools rather than copying ambiguous or incomplete chemical formula lists. Do not classify methane as inorganic carbon or imply all sugars and lipids contain phosphorus or nitrogen. Describe dissolved silicon separately from particulate silica.
Прочетете обяснениетоB24 · Азотът циркулира през хранителни мрежи, седименти и човешки постъпления.
Uplift, accretion, and sea-level changes expose nitrogen-bearing marine rocks to weathering and erosion.
Прочетете обяснениетоB25 · Азотът циркулира през хранителни мрежи, седименти и човешки постъпления.
Nitrogen from fertilizers, wastewater, and fossil-fuel combustion reaches the ocean through water or air and can fuel eutrophication and alter food webs.
Бележки за адаптацията (на английски)
Treat eutrophication as nutrient enrichment that can promote blooms and alter food webs, not as a synonym for harmful algal blooms.
Прочетете обяснениетоB26 · Някои организми изграждат твърди части от силициев диоксид.
Diatoms, radiolarians, and sponges use silica for hard parts such as tests, frustules, spines, and spicules.
Прочетете обяснениетоB27 · Някои организми изграждат твърди части от силициев диоксид.
Weathering and volcanic activity supply ocean silica.
rivers transport land-weathering products.
Прочетете обяснениетоB28 · Някои организми изграждат твърди части от силициев диоксид.
Ocean silicon occurs in dissolved forms and in particulate minerals and biogenic skeletons.
Бележки за адаптацията (на английски)
Use named inorganic/organic pools rather than copying ambiguous or incomplete chemical formula lists. Do not classify methane as inorganic carbon or imply all sugars and lipids contain phosphorus or nitrogen. Describe dissolved silicon separately from particulate silica.