biogeo 407 11 1 - instytut nauk o Środowisku -...
Post on 28-Feb-2019
221 Views
Preview:
TRANSCRIPT
BIOGEOCHEMIAdla Ochrony Środowiska
Ch-OLo216-08dla Studiów Biologiczno-Geograficznych
WBNZ-407
• Prowadzący:– prof. dr hab. January Weiner
– dr Anna RoŜen
– prof. dr hab. Katarzyna Turnau ze wsp.Instytut Nauk o Środowisku UJ, wydz. BiNoZ
strona kursu:www.eko.uj.edu.pl/weiner
CZAS I MIEJSCE: ŚRODY
wykład: (wszyscy) godz. 10.30-11.15, Sala P 1.1.
konwersatorium:Biol.-Geo. Grupa I: godz. 9.30-10.15, sala P 1.1.Biol.-Geo. Grupa II: godz. 11.20-12.05, sala P 1.1.Ochr. Śr. Grupa I: godz. 9.35-10.20, sala 049Ochr. Śr. Grupa II: godz. 11.30 – 12.15, sala 049
zajęcia terenowe + laboratoryjne:Tylko: Biol.-Geo. – termin do ustalenia
ZALICZENIE:
• Test pisemny w sesji (75%; próg dst = 50% pkt)
• Aktywność na zajęciach (25%: prezentacja 15%, aktywność 10%)
• Pozytywnie oceniona prezentacja jest warunkiem zaliczenia kursu
• Biol.-Geo.: pozytywnie ocenione sprawozdanie z ćwiczeń jest warunkiem zaliczenia kursu
Obowiązuje regulamin
• Dwa (2) terminy egzaminu: pierwszy (I) i poprawkowy.
• W razie nieprzystąpienia w I terminie z waŜnych powodów, przywrócić I termin moŜe Dziekan (Dyrektor Instytutu); podpisaną decyzję trzeba przedstawić przed przystąpieniem do egzaminu w II terminie.
• Innych terminów nie ma.
JWIntegracja biosferyBiogeochemia a klimat; zmiany globalne25.0513
JWBilans węgla a klimatBiosfera zintegrowana, hipoteza Gai1.0614
Termin zajęty – zajęcia terenowe Ochr. Środ.????15
KTZajęcia terenowe i laboratoryjne (mikroorganizmy)ust.-
JWStechiometriaBiosfera jako zintegrowany ekosystem18.0512
JWEkosystemy wodneStechiometria ekologiczna11.0511
AREkosystemy lądoweCykle biogeochemiczne w ekosystemach wilgotnych i wodnych
4.0510
ARMetale cięŜkieCykle biogeochemiczne w ekosystemach lądowych27.049
ARMikroelementyMetale cięŜkie20.048
ARBiogenyMikroelementy13.047
ARCykl siarkiBiogeny: P, Fe, Ca6.046
ARCykl azotuBiogeny: cykl siarki30,035
ARBilans węgla w biosferzePierwiastki biogenne: cykl azotu23.034
JWBiogeneza, metabolizmCykl węgla (Produkcja-dekompozycja)16.033
JWMetodologia naukowaBiogeneza; metabolizm biosfery9.032
JWSprawy organizacyjne; źródła informacja naukowej
Sprawy organizacyjne; wstęp do biogeochemii (biosfera, metodologia)
2.031
ktokonwersatoriumTemat wykładudata
PROWIZORYCZNY HARMONOGRAM ZAJĘĆ 2011
Na kaŜdych zajęciach
1) Konwersatorium Prezentacje studentów (1 lub 2), dyskusja
2) Wykład + wskazówki do przygotowania siędo następnego konwersatorium;
Tematy prelekcji zostaną zaproponowane z odpowiednim wyprzedzeniem
DO ZAJĘĆ PRZYGOTOWUJĄ SIĘWSZYSCY (NIE TYLKO PRELEGENCI)
materiały pomocnicze:http://www.eko.uj.edu.pl/weiner
Nazwa uŜytkownika: ********Hasło: *******
Konwersatorium 9. marca
• Temat prezentacji: Robert M. Hazen, „Matecznik minerałów”. Świat Nauki 4, 2010, 62-70. (o powiązaniu świata minerałów z Ŝyciem na Ziemi).
• Artykuł (pdf) dostępny na stronie kursu.• MoŜna wzbogacić – uzupełnić – poddać
krytyce – w oparciu o inne, samodzielnie znalezione źródła
• Temat dodatkowy: Metodologia i pragmatyka nauk przyrodniczych
Samodzielne poszukiwanie źródeł:
• Biblioteka (ksiąŜki, czasopisma, po polsku i po angielsku)
• INTERNET: OSTROśNIE!• Bazy danych SCOPUS, ISI Web of Science
• Czasopisma w wolnym dostępie
• MoŜna korzystać z Wikipedii (!), najlepiej po angielsku
• Pozostałe źródła internetowe wymagaja starannej weryfikacji!
ZałoŜenia podstawowe
• Uniwersytet Jagielloński jest uniwersytetem
• Biogeochemia = część ekologii
• Ekologia = biologia
• Biologia = nauka (science)
• Nauka: metoda
Uniwersytet• WyŜsza Szkoła Zawodowa im. Władysława
Jagiełły ??
• NIE!!!
• Aktywne dowiadywanie się:– Ze źródeł (biblioteka: czasopisma, ksiąŜki, bazy
danych)
– Od rzeczywistości (badania)
– Od siebie wzajemnie (wykłady, seminaria, pogawędki)
• Zaliczanie: formalność. Studia są dla ciekawych.
Zagadnienia• A. Mechanizmy (jak to się dzieje)
– Geochemia a biogeochemia– śycie jako reakcja redoks
• B. Cykle biogeochemiczne (co się dzieje)– Cykl globalny węgla i tlenu– Pierwiastki biogenne (N, P, K, Ca, Mg, Fe i in.)– Cykl globalny azotu. – Cykl globalny siarki – Mikroelementy, metale cięŜkie w biosferze.– Cykle biogeochemiczne w wybranych środowiskach– Interakcje międzygatunkowe: stechiometria
ekologiczna• C. Integracja: efekty globalne
– Biogeochemia biosfery– Biogeochemia a klimat
J. Weiner, "śycie i ewolucja biosfery", NOWE WYDANIEPWN (2003)
Podręcznik:dedykowanego podręcznikabiogeochemii w jęz. polskim brak.
1.2. O metodzie naukowej2.4. Planeta Ziemia2.5. Ziemia pod nogami2.6. Cyrkulacja atmosferycznai cykl hydrologiczny3. Biogeneza i historia biosfery4. Metabolizm biosfery5. Produkcja pierwotnabiosfery6. Dekompozycja, czylirozkład biomasy7. Cykle biogeochemiczneRAZEM OK. 170 str.
Andrews JE et al.:
Wprowadzenie do chemii środowiska
Biogeochemia środowisk Ziemi; ogólne zasady, mało biologii
• Peter O’Neil: Chemia środowiska. PWN, 1997. Monografia, z naciskiem na problemy zanieczyszczeń, mało biologii
2007
DuŜo abiotycznej geochemii,nacisk na ochronęśrodowiska;
rozdział 9:Globalne cykle biogeochemiczne
Literatura popularno-naukowa
• Postgate J., Granice Ŝycia. CIS 1997
• Świat Nauki (miesięcznik) !!!
• Wiedza i śycie (miesięcznik)
• Wszechświat (miesięcznik)
POJĘCIE BIOSFERY
SUESS (1875):
STATYCZNE, TOPOLOGICZNE
(WARSTWA NA POWIERZCHNI GLOBU)
VERNADSKIJ (1926):
DYNAMICZNE, FUNKCJONALNE
(EKOSYSTEM)
DOMENA BIOGEOCHEMII: BIOSFERA
• Biosfera: ekosystem globalny• System dynamiczny (przepływ energii,
przemieszczanie mas, praca)• Procesy abiotyczne (fizykochemiczne) • Procesy biologiczne (ścisła integracja)• Chemizm biosfery – wpływ organizmów• Biosfera: naturalne środowisko człowieka• Ekologia: nauka o Ŝyciu biosfery• Ochrona środowiska: zastosowanie ekologii
EKOLOGIA
GEOCHEMIA
MIKROBIOLOGIA
PALEOBIOLOGIA
KLIMATOLOGIA
OCEANOLOGIA
BIOGEOCHEMIA
GEOMIKROBIOLOGIA
EKOLOGIA GLOBALNA
EARTH SYSTEM SCIENCE
PALEO
GEOFIZJOLOGIA
PALEO
PALEO
PALEO
PALEO
BIOGEOCHEMIA
• nauka zajmująca się rozmieszczeniem i przemieszczaniem się pierwiastków chemicznych w biosferze, przy udziale Ŝywych organizmów.
• wyjaśnia mechanizmy funkcjonowania biosfery w skali globalnej i ekosystemów w skali lokalnej
• znaczenie: ochrona środowiska, gospodarka zasobami naturalnymi
PREKURSORZY
• Justus Liebig (1803-1873), chemik• („prawo minimum”)
• W.I. Wiernadski (1863-1945), geochemik• (pojęcie biosfery, 1929)
• S.N. Winogradski (1856-1953), mikrobiolog• (chemosynteza, wiązanie azotu, udział bakterii w
krąŜeniu pierwiastków)
• J. Lovelock i „Hipoteza Gai”• Współczesna ekologia globalna („geofizjologia”)
Metoda naukowa• Nauki eksperymentalne (przyrodnicze, ścisłe) :
hipotetyczne, ale maksymalnie wiarygodne!
• Obserwacja – powtarzalne wzorce
• Hipotezy wyjaśniające (modele)
• Testowanie hipotez
• Hipotezy umocnione
• Uogólnione hipotezy: teorie
• Umocniona teoria: „paradygmat”
• Testowanie teorii:
– Program badawczy
– Zastosowania
Na przykład: kulistość Ziemi
• Obserwacja: płasko!– Wyjaśnienie ad hoc: Ŝółw na 4 słoniach itd.
• Ale: kolisty horyzont!– HIPOTEZA: ograniczony promień widzenia
– HIPOTEZA ALTERNATYWNA: kula
– TESTY:• Daleki widok okrętów
• PodróŜ dookoła świata
– PROGRAM BADAWCZY: Pomiar promienia
– PARADYGMAT: Ziemia jest kulą
– PROGRAM BADAWCZY: Dokładny kształt Ziemi
Na przykład: ocieplenie globalne
• Obserwacja: ociepla się (?)• Obserwacja: wzrasta zawartość CO2
• Hipoteza: efekt cieplarniany!• Wyjaśnienie ad hoc: człowiek powoduje
zmianę klimatu• TESTY: w toku• Hipotezy umocnione, ogólna teoria,
zastosowania praktyczne – NIEPRĘDKO!
WYMAGANIA METODOLOGII NAUK:•POWTARZALNO ŚĆ OBSERWACJI•TESTOWALNE HIPOTEZY•EKSPERYMENT LUB KONTROLOWANA OBSERWACJA
RZECZYWISTOŚĆ BIOGEOCHEMII:•TYLKO JEDEN OBIEKT•SKALA PRZESTRZENNA OGROMNA•SKALA CZASOWA ZJAWISK POZA ZASI ĘGIEM BADA Ń
RATUNEK:• WZORCE POWTARZALNE W CZASIE [PALEO... (...BIOLOGIA ...EKOLOGIA ...BIOGEOCHEMIA)]• WZORCE POWTARZALNE W PRZESTRZENI [GLOBALNE... ZMIANY ... PODEJŚCIE BADAWCZE]
Pragmatyka naukowa
• Konkurs projektów badawczych (recenzje)
• Konkurs publikacji naukowych (recenzje)– Czasopismo naukowe
– Krytyka naukowa
– Uogólnianie: monografie, podręczniki
• Alternatywa nauki:– Ekspertyzy na zlecenie (z zadanym wnioskiem)
– Biuletyn wewnętrzny
– KsiąŜka nierecenzowana (wydawnictwo garaŜowe)
– Artykuły w gazetach, komentarze w telewizji
Nauki podstawowe, stosowane i technika:
• Ekologia (w tym: biogeochemia):– Nauka podstawowa o funkcjonowaniu
biosfery; nauka stosowana w ochronie środowiska i ochronie przyrody
• Ochrona środowiska:– Praktyka ochrony środowiska człowieka
• Ochrona przyrody– Praktyka ochrony róŜnorodności biologicznej
biosfery
Dynamika biogeochemiczna: praca zasilana energią
• Dynamika geosfery (tektonika) -energia jądrowa
• Dynamika hydrosfery (prądy morskie; obieg wody)
• Dynamika atmosfery• Dynamika biosfery -
energia termojądrowa (słoneczna)
PRZEKRÓJ ZIEMI
1. Skorupa
2. Płaszcz
3. Jądro zewnętrzne
4. Jądro wewnętrzne
5. Prądy konwekcyjne
1. Skorupa ziemska: 10-40 km2. Płaszcz: 2900 km3 + 4. Jądro 3470 km
3700 oC
-272 oC
Energia cieplnawytwarzana w płaszczu Ziemi wskutek rozpadu pierwiastków radioaktywnychnapędza procesy tektoniczne
TW = 1012 W
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
1 2 3 4 5
Miliardy lat
Razem
235U
238U
232Th
40 K
Wg. Winogradowa, 1960
30
60
90
120
150
180TW
wg. Winogradowa, 1960,zmienione
• Stała słoneczna (poza Ziemią): 1360 W/m2
• Średnio na powierzchnię kuli: 1/4• Odbicie od atmosfery: ok. 1/3• Pochłanianie atmosferyczne: ok. 1/3• Średnio na powierzchni Ziemi: ok. 113 W/m 2
• Rozkład nierównomierny
ENERGIA SŁONECZNA
Obieg wody, tys. km3/rok
ATMOSFERA 14
46410 456
10862
46
60000
65OCEAN 1380000
lodowce
gleba
jeziora
rzeki 1,2wody podziemne
ABIOTYCZNA DYNAMIKA PLANETY:
•CYKLE TEKTONICZNE•CYKL HYDROLOGICZNY•WYPIĘTRZANIE I EROZJA•WULKANIZM I SEDYMENTACJA•itd
[GŁÓWNIE PRACA MECHANICZNA][PRZEMIANY CIEPLNE]
CYKL TEKTONICZNO-METAMORFICZNO-SEDYMENTACYJNY
SKAŁYMAGMOWE WIETRZENIE
I EROZJA
TOPNIENIE
OSADY
LITYFIKACJA
SKAŁYOSADOWE
WZROSTTEMPERATURY
SKAŁYMETAMORFICZNE
REKRYSTALIZACJA
WZRASTAJĄCA TEMPERATURA I CIŚNIENIE
śycie biosfery = cykl redoks węgla
CO2
(CH O)2 n
REDUKCJAtylko Ŝyweorganizmy
UTLENIANIEorganizmy: szybkoprocesy abiotyczne: powoli
energiaenergia
DEPOZYCJA(ocean, osady)
DEPOZYCJA(złoŜa paliw)
Fotosynteza podtrzymuje potencjał redoks w biosferze, napędzając obieg wielu pierwiastków
FOTOSYNTEZA BAKTERIENITRYFIKUJACE
BAKTERIESULFURYZUJACE
H O2H S
2
CO2CO
2CO
2
O2
(CH O)2 n
(CH O)2 n(CH O)2 n
NH3
NO3
-SO
--4
ciepło Słońce
1 2 3 4
• Lektury dodatkowe: – energetyka biosfery
• śiEB: rozdz. 2.4., 2.5, 2.6
– metodologia nauk
• śiEB: rozdz. 1.2;
• Wikipedia;
• A. F. Chalmers, „Czym jest to, co zwiemy nauką?”. Siedmioróg, 1993 (– fragmenty udostępnione na stronie kursu)
Konwersatorium 9. marca
• Temat prezentacji: Robert M. Hazen, „Matecznik minerałów”. Świat Nauki 4, 2010, 62-70. (o powiązaniu świata minerałów z Ŝyciem na Ziemi).
• Artykuł (pdf) dostępny na stronie kursu.• MoŜna wzbogacić – uzupełnić – poddać
krytyce – w oparciu o inne, samodzielnie znalezione źródła
• Temat dodatkowy: Metodologia i pragmatyka nauk przyrodniczych
top related