Биогеохимия - геолого-географический факультет ТГУ

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
БИОГЕОХИМИЯ
Рабочая программа
Направление подготовки 020700 Геология
Квалификация выпускника Бакалавр
Форма обучения очная
Томск 2010
Рабочая программа по дисциплине «Биогеохимия» составлена на основе
требований Федерального государственного образовательного стандарта
высшего профессионального образования (приказ Минобрнауки России № 22
от 14.01.2010) по направлению подготовки 020700 Геология («бакалавр»).
Общий объем дисциплины 72 часа. Из них лекции – 16 ч., семинарские
занятия – 18 ч., самостоятельная работа студентов – 38 ч.
Зачет в 6 семестре
Общая трудоемкость дисциплины 2 зачетные единицы.
Автор:
Баёва Анна Алексеевна – ассистент кафедры минералогии и геохимии
Рецензент:
Жуковская Елена Анатольевна – кандидат геолого-минералогических
наук, доцент кафедры минералогии и геохимии
1.
Цели освоения дисциплины
Целями освоения дисциплины «Биогеохимия» является получение
студентами представления о роли влияния геохимического состава среды на
развитие и химический состав организмов, а также исключительной роли
живого вещества в формировании условий миграции химических элементов.
2. Место дисциплины в структуре ООП бакалавриата
Дисциплина «Биогеохимия» является компонентом вариативной части
математического естественнонаучного цикла Б.2 учебного плана подготовки
бакалавра по направлению подготовки 020700 Геология.
Для успешного освоения дисциплины необходимы знания базовых
курсов математического естественнонаучного (Б.2.) и профессионального (Б.3.)
циклов – химии и геохимии. Освоение курса «Биогеохимии» необходимо как
предшествующее курсу «Геохимические методы поисков месторождений
полезных ископаемых».
3.
Компетенции обучающегося, формируемые в результате
освоения дисциплины «Биогеохимия»
Общекультурные (ОК):
– владеть культурой мышления, способен к обобщению, анализу,
восприятию информации, постановке цели и выбору путей её достижения (ОК-1);
– уметь логически верно, аргументировано и ясно строить устную и
письменную речь (ОК-2);
– стремится к саморазвитию, повышению своей квалификации и
мастерства (ОК-6).
Профессиональные (ПК):
– способен использовать в профессиональной деятельности базовые
знания естественных наук (ПК-2);
– способен использовать профильно-специализированные знания в
области геологии, геохимии и экологической геологии для решения научных и
практических задач (ПК-15);
– способен использовать профильно-специализированные знания
фундаментальных разделов экологии для освоения теоретических основ
геологии, геохимии, экологической геологии (ПК-16).
В результате освоения дисциплины обучающиеся должны:
– знать о строении биосферы и основных функциях живого вещества в
круговороте химических элементов, роли различных групп химических
элементов в жизни организмов, существа биогеохимических циклов различных
уровней, биогеохимии воздушных и водных мигрантов, влияния геохимической
среды на развитие и химический состав организмов, принципов и критериев
биогеохимического районирования;
– уметь правильно использовать полученные теоретические знания в
области биогеохимии в своей профессиональной деятельности;
– владеть навыками анализа имеющейся геохимической информации с
позиций ее значимости для биогеохимических оценок и построений, в том
числе и в связи с техногенной трансформацией состава среды обитания
организмов.
25
2
2
4
2
6
26
2
2
4
Устный
опрос
3
6
27
2
2
4
6
28
2
2
4
Дискуссия
по теме
самостоя-
4
4
Индивид.
самост. раб.
6
Семинары
Введение.
Основные понятия системы и
свойства сложных систем.
Биосфера. Границы биосферы.
Структура биосферы. Роль
химических элементов в жизни
организмов.
Биогеохимический круговорот
химических элементов.
Биогеохимия воздушных
Лекции
1
Виды учебной
работы,
включая
самостоятельну
ю работу
студентов и
трудоемкость (в
часах)
Неделя семестра
Раздел
дисциплины
Семестр
№
п/п
Формы текущего контроля
4. Структура и содержание дисциплины «Биогеохимия»
Общая трудоемкость дисциплины составляет 2 зачетные единицы, 72часа.
4.1. Структура преподавания дисциплины
5
6
7
8
9
мигрантов: С, O, H, N, S.
Биогеохимия водных
мигрантов: Ca, K, Na, Si, P.
Циклы массообмена тяжелых
металлов: Pb, Zn, Hg.
Влияние геохимической среды
на развитие и химический
состав организмов.
Биогеохимическое
районирование. Экологические
проблемы современности и
биогеохимия.
Окончательная аттестация
Всего
6
29
2
2
4
6
30
2
2
6
6
31
2
2
6
6
3233
2
4
6
16
18
38
34
тельной
работы
Устный
опрос
Зачет
72
4.2 Содержание разделов дисциплины
Введение. Связь биогеохимии с другими науками и ее место в ряду
дисциплин геологического цикла. Понятие природной системы. Свойства
природной системы: устойчивость, саморегуляция, эволюционирование,
эмерджентность.
Биосфера. Границы биосферы. Структура биосферы. Химический состав
земной коры как фактор биосферы. Живое вещество. Функции живого вещества
в круговороте химических элементов. Отличие понятий органического и
живого вещества.
Роль химических элементов в жизни организмов. Макроэлементы,
микроэлементы, ультрамикроэлементы. Линии питательных веществ.
Интенсивность биологического поглощения. Коэффициент биологического
поглощения. Барьерный и безбарьерный тип поглощения.
Биогеохимический круговорот химических элементов. Биогеохимические
циклы различных уровней (микробные популяции, беспозвоночные животные,
наземные биогеоценозы). Cукцессионные ряды. Прижизненный и посмертный
тип биогенной миграции элементов. Трофические цепи. Биогенное
минералообразование.
Биогеохимия воздушных мигрантов: углерод, кислород, водород, азот,
сера.
Биогеохимия водных мигрантов: кальций, калий, натрий, кремний,
фосфор.
Циклы массообмена тяжелых металлов: свинец, цинк, ртуть.
Влияние геохимической среды на развитие и химический состав
организмов. Организмы адаптированные и неадаптированные к изменениям
геохимической среды. Эндемические виды. Пороговые концентрации.
Показатель ОСВР. Концентраторы и деконцентраторы. Факторы, влияющие на
химический состав организмов. Биогеохимические эндемии. Роль химических
5
элементов в проявлении эндемий: Mn, B, Zn, Co, Cu, Mo, Ca, Se, Pb, J, F.
Эндемии и патологенез организмов.
Биогеохимическое районирование: биосфера – регион – субрегион –
провинция (зональная, интразональная, азональная) – область. Равнинные
регионы. Горные регионы. Природные, природно-техногенные и техногенные
провинции. Эндемические провинции. Принципы районирования по В.В.
Ковальскому, по А.И. Перельману. Картосхема биогеохимического
районирования. Эколого-биогеохимическое районирование. Критерии:
 эколого-биогеохимический;
 адаптационно-гомеостатический;
 критерий нарушения биогеохимических циклов.
Экологические проблемы современности и биогеохимия
5. Образовательные технологии
В учебном процессе читаются классические лекции, которые носят
информационный и визуализационный характер и составляют 30% аудиторных
занятий.На семинарских занятиях и при самостоятельной работе используются
активные и интерактивные формы (разбор конкретных ситуаций, обсуждение
отдельных разделов дисциплины). В сочетании с внеаудиторной работой это
способствует формированию и развитию профессиональных навыков
обучающихся.
6. Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов.
Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной
успеваемости, по итогам освоения дисциплины.
Самостоятельной работой является подготовка студентов к семинарским
занятиям на базе использования информационных возможностей научной
библиотеки университета, библиотеки кафедры, а также сети интернет.
Текущий контроль успеваемости проводится путем опроса и публичного
обсуждения тех или иных разделов курса на семинарских занятиях.
6.1. Примерный перечень тем рефератов для семинарских занятий
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
6
Роль живого вещества в формировании кор выветривания.
Особенности биогеохимического цикла кальция и магния.
Особенности биогеохимического цикла алюминия, железа и
марганца.
Тяжелые металлы. Их влияние на живые организмы.
Особенности биогеохимического цикла тяжелых металлов.
«Дефицитные» и «избыточные» химические элементы гидросферы.
Взаимодействие атмосферы с другими оболочками Земли.
Основные химические элементы в составе живого вещества.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
18.
19.
20.
Роль геохимических барьеров в процессах концентрации и рассеяния
химических элементов в биосфере.
Токсичность химических элементов и соединений.
Процесс почвообразования с точки зрения геохимии.
Особенности концентрации и рассеяния химических элементов в
почвах в зависимости от климатических условий и рельефа.
Изменение состава атмосферы в ходе эволюции Земли. Роль живого
вещества в этом процессе.
Влияние техногенеза на биогеохимические процессы в биосфере.
Химические вещества вредно влияющие на организм человека.
Положительные стороны агротехногенеза.
Негативные процессы развивающиеся в ходе агротехногенной
деятельности.
Применение пестицидов. Экологическая опасность.
Биогеохимический эндемизм.
Геохимическая организация биосферы.
Устный доклад по теме реферата на семинарском занятие должен
сопровождаться компьютерной презентацией, соответствующей следующим
требованиям:
– презентация должна содержать информацию для доклада по теме не
более 10 минут (15-20слайдов);
– на первом слайде обязательно должна присутствовать информация:
название презентации, ФИО автора, факультет, группа, дата разработки;
– на последнем слайде должно быть обязательное указание на источники
информации, активные и точные ссылки на все графические объекты;
– презентация должна соответствовать заявленной в докладе теме.
Требования к содержанию презентации:
 содержание презентации должно соответствовать поставленным
дидактическим целям и задачам;
 лаконичность текста на слайде;
 сжатость
и
краткость
изложения,
максимальная
информативность текста;
 картинки приведенные в презентации должны быть обязательно
подписаны, подпись должна располагаться под картинкой.
Требования к визуальному ряду:
 соответствие изображений содержанию;
 качество изображения (контраст изображения по отношению к
фону; отсутствие «лишних» деталей на фотографии или
картинке, яркость и контрастность изображения, одинаковый
формат файлов);
7

обоснованность и рациональность использования графических
объектов.
Требования к тексту:
 читаемость текста на фоне слайда презентации;
 кегль шрифта не менее 24 пунктов, использование не более 3-х
вариантов шрифта.
Требования к дизайну:
 использование единого стиля оформления;
 соответствие стиля оформления презентации (графического,
анимационного) содержанию презентации;
 целесообразность использования анимационных эффектов.
6.2. Примерный перечень вопросов к зачету по «Биогеохимии»
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
18.
19.
20.
21.
22.
23.
8
Определение науки биогеохимии.
Границы существования биосферы.
Компоненты биосферы: литосфера, гидросфера, атмосфера. Их
химический состав.
Живое вещество.
Свойства и структура живого вещества.
Химические элементы, являющиеся постоянными в составе живого
вещества.
Соотношение масс наземных животных и фитомассы суши.
Соотношение масс животных и бактерий океана и масс растений
океана.
Биогенная миграция химических элементов.
Биогенная дифференциация химических элементов в пределах
биосферы.
Источники поступления масс химических элементов, вовлекаемых в
глобальные миграционные циклы в биосфере.
Трофические цепи.
Биогенная аккумуляция минеральных соединений.
Биогенное минералообразование.
Роль химических элементов в жизни организмов.
Интенсивность биологического поглощения.
Биогеохимия газовых мигрантов: углерод.
Биогеохимия газовых мигрантов: кислород и водород.
Биогеохимия газовых мигрантов: азот.
Биогеохимия газовых мигрантов: сера.
Биогеохимия кальция, калия, кремния, натрия и фосфора.
Особенности биогеохимических циклов тяжелых металлов.
Влияние геохимической среды на развитие и химический состав
организмов.
24. Экологические проблемы современности и биогеохимия.
25. Биогеохимия педосферы
7. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины
«Биогеохимия»
а) основная литература
Алексеенко В.А. Экологическая геохимия: учебник / В.А. Алексеенко. –
М.: Логос, 2000. – 627 с
Безуглова О.С. Биогеохимия / О.С. Безуглова, Д.С. Орлов. – Ростов на
Дону: «Феникс», 2000. – 320 с.
Братков В.В. Геоэкология / В.В. Братков, Н.И. Овдиенко. – М.: Высшая
школа, 2006. – 271 с.
Добровольский В.В. Основы биогеохимии: учебник /
В.В. Добровольский. – М.: Изд. Центр Академия, 2003. – 400 с
Орлов Д.С. Биогеохимия / Д.С.Орлов, Л.К. Садовникова,
И.Н. Лозановская. – М.: Высшая школа, 2002. – 334 с.
Орлов Д. С. Биогеохимия. Д .С. Орлов, О.С. Безуглова. – Ростов-на-Дону:
Феникс, 2000. – 320 с.
Таргульян В.О. Возможности современных и будущих фундаментальных
исследований в почвоведении / В.О. Таргульян. – М.:, ГЕОС, 2000. – 138 с.
б) дополнительная литература
Биогеохимические основы экологического нормирования / В.Н. Башкин,
Е.В. Евстафьева, В.В. Снакин и др. – М: Наука, 1993. – 304 с.
Биогеохимическое районирование и геохимическая экология /Труды
биогеохимической лаборатории, т. XX. – М: Наука, 1985. – 200 с.
Блануца В.И. Интегральное экологическое районирование: концепции и
методы / В.И. Блануца. – Новосибирск: Наука, 1993. – 158 с.
Вронский В.А., Войткевич Г.В. Основы палеогеографии / В.А. Вронский
Г.В. Войткевич. – Ростов на Дону: «Феникс», 1997. – 576 с.
Геохимия окружающей среды / Ю.Е. Сает, Б.А. Ревич, Е.П. Янин и др. –
М.: Недра, 1990. – 335 с.
Глазовская М. А. Геохимия природных и техногенных ландшафтов
СССР / М. А. Глазовская – М.: Высшая школа, 1988. –328 с.
Добровольский В.В. Основы биогеохимии / В .В. Добровольский. – М.:
Высшая школа, 1998. – 413 с.
Ивлев А.М. Биогеохимия / А.М. Ивлев. – М.: Высшая школа, 1986. –
124 с.
Ковалевский А.Л. Биогеохимия растений / А.Л. Ковалевский. – М.:
Наука, 1991. – 278 с.
9
Махонина Г.И. Химический состав растений не промышленных отвалах
Урала / Г.И. Махонина. – Свердловск: Изд-во Урал. ун-та, 1987. – 176 с.
Пианка Э. Эволюционная экология. / Э. Пианка. – М.: Мир. 1981. – 396 с.
Покатилов Ю.Г. Биогеохимия биосферы и медико-биологические
проблемы / Ю.Г. Покатилов. – Новосибирск: Наука, 1993. – 155 с.
в) Интернет-ресурсы
Перфилова О.Ю. Геохимия биосферы. Электронный учебнометодический комплекс / О.Ю. Перфилова, М.Л. Махлаев. 2009. –
http://www.kgau.ru/distance/ebtf_01/mahlaev/geohimiya-bad/00c_vved.html
Справочник химика. – http://www.chem100.ru/art.php?t=el
Структура биологии как науки. Ранние эволюции жизни. Факультет
молекулярной и биологической физики МФТИ. Интернет портал «Легендарный
физтех».http://bio.fizteh.ru/student/files/biology/biolections/lection06.html?xsl:print=1
Химическая энциклопедия ON-LINE.– http://www.xumuk.ru/encyklopedia/
8. Материально-техническое обеспечение дисциплины
Обучение по дисциплине «Биогеохимия» осуществляется на базе:
- лекционной аудитории № 154 (1-го учебного корпуса ТГУ), оснащенной
мультимедиа-проектором;
- для самостоятельной работы используются компьютерные классы кафедры и
факультета с доступом к ресурсу Интернет.
10