02.02.21 г. 208,305,106,308 группы по расписанию
ГРУППА 208 (БИОЛОГИЯ)
ТЕМА: РАЗВИТИЕ ЖИЗНИ В КРИПТОЗОЕ, ПАЛЕОЗОЕ.
(СОСТАВИТЬ ПЛАН ОТВЕТА)
Эволюция жизни на Земле привязана к геологической периодизации. Здесь действи-тельно есть взаимосвязь, но обычно получа-ется так, что в популярном изложении исто-рия жизни даже не затушёвывает, а просто закрывает собой историю геологических процессов. Даже для биолога это не всегда оправдано.
Криптозой
Первая геологическая эра – это гадес или катархей, эпоха, о которой не осталось никаких геологических свидетельств, так называемое догеологическое время. В это время в литосфере ещё не сформировались лёгкие континентальные плиты, которые, подобно пене над воронкой слива, не могут утонуть. Дифференциация вещества планеты по плотности только начиналась. В это время зародилась жизнь, но о её характере и свойствах достоверно ничего не известно.
 | |
Архейская эра, начавшаяся 3,5 млрд. лет тому назад, сопровождалась не-бывалой силы тектоническими процес-сами. Выплавлялись первые граниты и появились первые островки суши, впо-следствии давшие начало материкам. Вы-втривание их поверхности дало первые осадочные породы. Позднеархейские об-нажения есть на севере Хабаровского края. Около 3 млрд. лет назад сформиро-валось земное ядро и ход конвективных процессов в мантии обрёл современную форму. Океан был горячим – 40 - 50° С, атмосфера – бескислородной, восстановительной.
Следующая эра – протерозойская – началась 1,8 млрд. лет назад. Легкая тонкая кора архейской эры в процессе переплавок породила стабильные материковые платформы - нечто тектонически неизменное. На краях платформ происходит коробление коры, прогибы, разломы, проявляется вулканизм - здесь наблюдается то, что издавна называется геосинклинальной зоной, но сами плиты практически неизменны. Завершение формирования платформ приблизительно соответствует границе архея и протерозоя. Для геолога протерозой – это ранняя эпоха формирования осадочных пород на обширных пространствах материков. Главным образом это были абиогенные карбонаты – доломиты и известняки.
Жизнь в это время была представлена сообществами, где ведущую роль в звене продуцентов играли цианобактерии (сине-зелёные водоросли), а их мёртвые клетки разлагали многочисленные и разнообразные бактерии «микрофлоры рассеивания». Эти сообщества оставили после себя ископаемые строматолиты. Значительная часть бактерий свиты рассеивания сама была способна к производству органики, получая энергию от химических соединений, порождённых активным вулканизмом. Они тоже оставили доказательства своего существования. Так, бактерии, окисляющие сероводород до серы, создали нынешние залежи самородной серы.
Два с лишним миллиарда лет, от раннего архея до позднего протерозоя жизнь темпы биологической эволюции были очень медленными. Ускорение биологической эволюции дали многоклеточные эукариоты, появившиеся, возможно, в позднем архее. Однако протерозойский спурт мог быть обеспечен только появлением достаточного количества кислорода в атмосфере. Теперь обладатели митохондрий, разлагая тот же субстрат, то и раньше, могли получать раз в пять больше энергии. В позднем протерозое была пройдена «точка Пастёра» - такая концентрация кислорода в окружающей среде, выше которой кислородное дыхание становится энергетически выгодным. Появившиеся около миллиарда лет назад многоклеточные красные и зелёные водоросли способствовали переходу атмосферы из восстановительной в окислительную.
Бактерии по-прежнему являются ведущей силой в геологических процессах. Теперь железобактерии создают запасы железных руд. Если в прежние времена ржавое железо должно было бы на воздухе превращаться в зелёную закись, то теперь растворимые закисные формы железа энергетически выгоднее переводить в нерастворимый Fe2O3. Этот процесс может происходить как абиогенно, так и в результате деятельности железобактерий. Возможно, важнейшие запасы железных руд Курской магнитной аномалии, Криворожского басейна и др. сделали те же микроорганизмы, которые и сейчас поселяются на внутренней поверхности железного бака с водой. Переводя железо в нерастворимую форму, железобактерии откладывают его в виде чехлика на наружной поверхности клеток. Потом они отмирают, а эти пустотелые колбаски из ржавчины будут миллиард лет ждать металлургов. В море накапливаются соли серной кислоты - сульфаты. Их окисленая сера - тоже продукт деятельности бактерий.
Возможно, однако, что здесь пропущен очень важный компонент первичной биосферы - метаногенные бактерии. Продукты их жизнедеятельности до нас дойти не смогли. Согласно довольно правдоподобной гипотезе, именно метаногены сформировали первую парниковую атмосферу. Парниковый эффект метана на порядок выше, чем углекислого газа. Поэтому, хотя молодое ленивое Солнце в это время светило на 80% от нынешней силы, планета была горячей, а океан нагрет приблизительно до 50° С. Позже, когда в атмосфере появился кислород, сначала он расходовался на окисление железа, потом - сероводорода, и, наконец, метана. В позднем протерозое планета пережила великие оледенения, что можно объяснить тем, что метанокисляющие бактерии съели всю метановую шубу в атмосфере. Ныне метаногенные бактерии - строгие анаэробы - в буквальном смысле загнаны в подполье, глубоко под землю и лишённые кислорода толщи морских вод.
В позднем протерозое (речь идёт о двух последних его периодах – рифее и венде) существовали красные и зелёные волдоросли современных отрядов и классов. Тогда же возникли многоклеточные животные практически всех известных нам типов.
Как и от кого – пока неизвестно, точнее, неизвестна та группа простейших, которая могла породить многоклеточных животных. Ближайшими нашими родственниками являются истинные грибы – мухоморы, дрожжи, плесени. Губки (паразоа), которые в учебниках зоологии рассматриваются как первые многоклеточные организмы – это параллельная веточка многоклеточных животных, возникшая до разделения предков грибов и собственно многоклеточных животных – метазоа.
Вдруг ленивый шаг биологической эволюции сменяется на бешеный галоп. Это происходит в следующую геологическую эру - палеозойскую. Здесь наблюдается так называемый кембрийский взрыв 
.
570 млн. лет назад, сразу, с четверга на пятницу, со свистом и грохотом, животные начали строить панцири, раковины, зубы, хитиновый наружный скелет – всё то, что сохраняется, где углерод медленно заменяется кремнием, и создаёт окаменелости. Прежнюю убогую картину с маловыразительными сульфатами, строматолитами и самородной серой, ржавыми слепками бактериальной клетки сменяют отпечатки целых животных – членистоногих, моллюсков, губок, кораллов, иглокожих. Для палеонтолога это напоминает срыв холста при открытии памятника, снятие шапки-невидимки.
Кембрий – первый период палеозойской эры. Когда биолог говорит слово «докембрийский», он подразумевает при этом пустоту и неизвестность. Есть ещё два термина – криптозой - эра скрытой жизни, то же, что и докембрий, и фанерозой – эра явной жизни.
Фанерозой
Палеозойская эра
Кембрийский парадокс содержит две загадки. Первая – почему это произошло? И почему именно 570 млн. лет назад?
Вторая – где предковые формы? В кембрии присутствуют основные типы животных, но откуда они взялись? Биологи любят рисовать филогенетические деревья, отражающие историю животных. Если взять такое дерево, отрезать нижнюю половину, останется то, что содержит фанерозой. Вот вершки, но где корешки? Зоологи не сомневаются, что моллюски и кольчатые черви имеют общего предка. Но в кембрии явлены готовые моллюски и черви, а где предок? Где предки иглокожих и многих прочих?
Во второй половине ХХ века была открыта докембрийская фауна, которую называют эдиакарской или вендской. Но там нет нужных корешков! Она представлена желетелыми организмами, совершенно непохожими на всё то, что есть в кембрийских отложениях. Появляется третья загадка – наряду с вершками без корешков появились корешки без вершков, кембрийские вершки и вендские корешки несовместимы…
Чем питались животные кембрия? Большинство из них были фильтраторами, т. е. отцеживали микроскопический планктон. Это губки и археоциаты , некоторые кишечнополостные, внешне похожие на двустворчатых моллюсков брахиоподы (плеченогие) , многие кольчатые черви и раки, а также первые представители хордовых .
Нынешние коралловые полипы живут за счёт симбитических одноклеточных водорослей, обитающих в тканях полипов. Вероятно, так же было и в кембрии. Мелкие водоросли, постоянно поселяющиеся на твёрдом субстрате - например, образующие зеленоватый налёт на стенках аквариума - безусловно, существовали и в кембрии. Ими питаются соскребатели - улитки из класса брюхоногох, первые представители которых тоже известны из кембрия.
Имевшиеся тогда крупные многоклеточные водоросли - красные и зелёные - имеют сравнительно близких ныне живущих родственников, которых и сейчас мало кто способен съесть. Их мёртвые тела покрываются шубой бактерий и становятся достаточно привлекательной пищей для детритофагов (мертвоедов). Эти звенья пищевой цепи - самые многочисленные и разнообразные - занимали трилобиты . Представьте себе перевёрнутое корытце или селёдочницу с многочисленными ножками, которые непрерывно взмучивают грунт и отцеживают мелкие частички пищи - обломки мёртвых тел с пирующими на них бактериями. Также вели себя и некоторые кембрийские раки, однако по численности они значительно уступали трилобитам, на долю которых приходится до 80% от всех ископаемых остатков животных раннего палеозоя.
И, наконец, появляются хищники - крупные членистоногие, родственные им аналомокарисы и головоногие моллюски.
Следующий период палеозоя – ордовикский – характерен увеличением разнообразия жизни. Количество ископаемых видов и родов увеличивается на порядок. Для геолога этот период важен отсутствием горообразовательных процессов. Безжизненные континенты с разрушенными, выветрелыми горами окружали мелководные тёплые моря. Появились бурые водоросли – те самые, которые создают подводные леса в прибрежной части современных морей, известные потребителю в виде морской капусты. От трилобитов отщепляется веточка, развившаяся в подтип хелицеровые (ныне полнее всего представленная паукообразными). Их наиболее древние представители - ордовикские ракоскорпионы - мало отличаются от современных скорпионов. Они первыми вышли на сушу.
В кембрийские и ордовикские времена жизнь существовала в основном в море, высшие формы жизни – исключительно в море. Следующий период – силурийский – характеризуется выходом на сушу многоклеточных растений и животных - прежде всего паукообразных и многоножек. Покинуть водную среду они смогли только после накопления в атмосфере достаточного количества кислорода, и, как следствие, появления озонового экрана, защитившего поверхность планеты от «кварцевания» жёстким ультрафиолетом солнечного излучения.
Есть в этом некая глобальная теоретическая недоработка. Растения связывают углерод и выделяют кислород. Животные потребляют кислород и выделяют углекислый газ. Общий баланс кислорода и углекислоты – нулевой. Чтобы в атмосфере стало больше кислорода – О2, растения должны отнять его от СО2 и оставить С - необходимо, чтобы параллельно накоплению кислорода шло накопление неразложившейся органической массы – углей, нефти, газа, горючих сланцев. А восстановленного углерода в кембрийских и ордовикских отложениях маловато… Считается, что палеозойская жизнь развивалась на мелководьях шельфов – подводной части материков, в местах, далёких от зон погружения коры. Утащить избыточный углерод в мантию процессы субдукции вроде не могли.
Сколько-нибудь знакомых нам сосудистых растений нет. В прибрежной зоне, в местах с высокой влажностью селятся псилофиты (правильнее - риниофиты) - сосудистые растения без листьев и корней, ползучий стебель, от которого вверх на несколько десятков сантиметров поднимаются редко ветвящиеся зелёные палочки. Их отдалённые потомки дожили до наших дней (3 вида). Собственно рыб нет («панцирные рыбы» силура – не рыбы, а нечто чуть повыше ланцетника) животных ещё нет, континенты заселены паукообразными, насекомыми, многоножками.
 | |
В следующем, девонском периоде в океане появляются рыбы – хрящевые и костные, а в самом конце девона примитивные костные выходят на сушу и превращаются в земноводных.
Природа изобретает листья - источник питания для новых животных. Листья легче всего разрушаются с образованием гумуса (перегноя). Так растения превращают грунт в почву и в этом им помогают беспозвоночные. Под слоем листового опада благоденствуют новые формы членистоногих. Помимо почвенных клещей - представителей класса паукообразные - возникают неведомо от кого произошедшие трахейнодышащие: несколько классов многоножек и первый класс насекомых - скрыточелюстные. Все они - почвенные животные, питающиеся мёртвой растительностью, детритофаги или хищники, пожирающие детритофагов. Привычных нам консументов пастбищной цепи питания практически нет.
На суше появляются леса. Листья дают тень. Чтобы избежать затенения, нужно подняться выше конкурентов. Четыре новых отдела (= типа) истинных сосудистых растений появились в девоне - плауны, хвощи, папоротники и голосеменные - и каждая новая ветвь дала древовидные формы.
Для геологов это время интенсивного горообразования, вздымания и опускания суши. Территория современного Урала находится под водой, мощные вулканические процессы приводят к образованию здесь медных руд и малахита.
Каменноугольный период (карбон) – время, которое школьники излагают так: на берегах обширных болот росли папоротниковые леса . Разумеется, леса были не только папаротниковыми, но также хвощевыми и плауновыми, а кроме того, семенные папортники в карбоне дали начало другим классам голосеменных - дожившим до нас хвойным, гинкговым и саговниковым (цикадопситам). Старые стволы падали в болото и там превращались в уголь.
Итак, в каменноугольный период было тепло и влажно, и углекислоты было больше чем сейчас, и кислорода. Растения, господствующие на суше – мхи, плауны, хвощи и папоротники развиваются следующим образом: из споры возникает гаплоидный гаметофит - организм, производящий половые клетки – яйцеклетки и спермии со жгутиками. У привычных нам папоротников он называется заросток – зелёная пластинка без стеблей и листьев около миллиметра в длину. Спермий в капельно-жидкой воде подплывает к яйцеклетке и оплодотворяет её. Из зиготы вырастает диплоидный спорофит - собственно то, что мы называем папоротником .
Появляются первые крылатые насекомые. В течение каменноугольного периода возникают, вероятно, все основные отряды насекомых. В конце карбона их так много, что его иногда называют "веком тараканов". Древнекрылые насекомые - подёнки и стрекозы - первую, личиночную часть жизни проводят в воде.
Земноводные – позвоночные, личинки которых тоже развиваются в воде. У них наружное оплодотворение – самки выметывают яйцеклетки в воду («лягушачья икра»), в воду извергают сперму самцы.
И вдруг вода в этом мире исчезает. Заканчивается тектонический период с одной конвективной ячейкой. Материки сползаются в один суперконтинент – Пангею, на котором воцаряется суперконтинентальный климат. В результате их столкновений образуются новые горные цепи, в том числе - Урал. Начало этого процесса положено в следующий и последний период палеозоя – пермский. Море отступает, на суше накапливаются отложения солей, в том числе крупнейшее в мире Соликамское (Пермская область). Будущие хозяева суши – пресмыкающиеся и голосеменные - быстро развиваются. Самые примитивные представители рептилий появляются в позднем карбоне, в перми пресмыкающиеся достигают значительного разнообразия. Появляется новый класс голосеменных - беннетитовые, от которых произошли современные хвойниковые (гентовые).
Мезозойская эра
Окончательно Пангея оформляется к рубежу новой геологической эры – мезозойской, начавшейся около 235 млн. лет назад. Та делится на три периода – триасовый, юрский и меловой. В мезозое происходит распад Пангеи на два суперматерика – северную Лаврвзию и южную Гондвану. В ходе дальнейших тектонических процессов Гондвана раскалывается на Южную Америку, Африку, Антарктиду и Австралию, а также более мелкие обломки, например, Индостан. Лавразия распадётся на два материка – Евразию и Северную Америку. К концу мезозоя основные современные материковые плиты были полностью разделены.
В ходе этих процессов, сопровождающихся мощным вулканизмом и на поверхность изливаются огромные количества лавы (в некоторых местах – слоем до 8 км толщиной) и газов. Температура поверхности Земли резко возрастает и так же резко падает. В среднем мезозое почти на всей суше господствует теплый влажный климат. Это обеспечивает богатство и разнообразие биоты.
В массовом сознании это «эра динозавров». Отчасти так оно и есть. Следует помнить, однако, что в экономике природы беспозвоночные животные играют гораздо большую роль, чем позвоночные, не говоря уже о растениях. Важнейшие отряды насекомых - бабочки, двукрылые (мухи и комары), перепончатокрылые (муравьи, пчёлы, осы) – тоже уроженцы мезозоя (точнее, первые достоверные находки их останков датируются мезозоем). Значительные перестройки происходят также в морских сообществах. Появляются новые классы и типы водорослей, которые в настоящее время являются основными продуцентами Мирового океана – как у берегов (бурые водорсли), так и в толще воды. Одноклеточные диатомовые водоросли заключены в двустворчатый кремнезёмный панцирь точь-в-точь как кусок мыла в мыльнице . Другие одноклеточные водоросли – кокколитофориды, достигшие в позднем мезозое величайшего расцвета, имеют панцирь, состоящий из известковых чешуек . С того времени и по сей час на дне океана формируются толщи кремнезёмных осадков (в тропической и умеренной зонах) – кладбища диатомей и толщи карбонатных осадков (в субтропической зоне) – кладбища кокколитофорид и глобигерин. Если в богатые атмосферной углекислотой, протерозойские времена, донные карбонаты формировались абиогенно в виде доломитов CaMg(CO3)2, то теперь соли угольной кислоты отлагаются на дно только под влиянием живых организмов, главным образом, невидимых человеческим глазом. Из них и строят белокаменные дворцы. Диатомовые и карбонатные илы занимают в океане площадь в несколько раз большую, чем территория России.
Итак, в общественном сознании мезозой – время гигантских ящеров. Другие группы живых существ, прежде всего новые классы растений, сыграли неизмеримо большую роль в эволюции биосферы, но это практически никому не известно. Причина – они не страшные. Однако есть в этом своя биологическая загадка: почему именно тогда естественный отбор работал на создание гигантов? Перход к следующей эре - это решительная ставка на мелкие сухопутные формы.
Первый период мезозоя – триасовый. Грандиозная засуха пермотриаса – 20 млн. лет засухи – приводит к грандиозному вымиранию пышной фауны и флоры позднего палеозоя. Раннемезозойские пейзажи обычно изображаются бурой каменистой пустыней .
Масштабы вымирания не повторились никогда. Но вот что удивительно - исчезли не только влаголюбивые амфибии , но и огромное количество морских таксонов. Поэтому только засухой исчерпывающе объяснить пермотриасовую катастрофу не получится. Конечно, наготове палочка-выручалочка - падение крупного метеорита, но это для массовой культуры. Для самих себя биологи обычно не могут найти объяснения массовым вымираниям на границах крупных геологических эпох. В позднем палеозое, вероятно, под влиянием развития подвижных хищников - рыб и головоногих моллюсков - начинается растянутое во времени вымирание слабозащищённых малоподвижных беспозвоночных - трилобитов, граптолитов, ракоскорпионов, панцирных рыб и некоторых других, безраздельно господствовавших в ордовикских и силурийских морях. К триасу они сходят на нет.
Опустевшую сушу постепенно колонизируют существа сухого мира - голосеменные растения (в том числе и хвойные, достигшие в эту эпоху значительного разнообразия), пресмыкающиеся и первые млекопитающие.
Для оплодотворения голосеменных не нужна влажная внешняя среда. У них аналог заростка папоротникообразных (спорофит) развивается внутри специальных органов на самом материнском растении. Некоторые части этих органов образуют наружные покровы семени. Безусловно, семя более жизнеспособно в условиях засухи, чем спора.
Прогресс пресмыкающихся связан с решением двух физиологических задач – становлением настоящего лёгочного дыхания и возникновением амниоти-ческого яйца.
Исходно рыбы, находящиеся в условиях дефицита кислорода в воде, приспосабливаются к заглатыванию атмосферного воздуха. Наши лёгкие – это специализированный вырост пищеварительного тракта. Школьный представитель земноводных – лягушка – не имеет грудной клетки из рёбер, она тоже заглатывает кислород посредством движения кожной складки под нижней челюстью. Такой тип дыхания несовершенен, поэтому половина кислорода поступает в кровеносное русло через кожу. Кожное дыхание возможно только через влажные слизистые покровы. Если кожа высохнет, она станет непроницаемой для газов воздуха.
Чтобы грудная клетка совершала дыхательные движения, необходимы, во- первых, подвижные рёбра, посредством суставов прикрепляющиеся к позвонкам; во-вторых – специализированные мышцы, поднимающие и опускающие рёбра и в-третьих – нервный центр в продолговатом мозгу, который регулирует частоту дыхательных движений. Весь этот комплекс появляется только у пресмыкающихся, что позволяет им иметь сухие, не теряющие влагу покровы.
Амниотическое яйцо – это яйцо, в котором развиваются внезародышевые оболочки – амнион. Представьте себе головастика, заключённого в пузырёк с жидкостью. Стенки пузырька и есть амнион, выделяющий амниотическую жидкость. Когда «головастик» разовьётся и покинет яйцо, внезародышевые оболочки отмирают. Потомки рептилий - млекопитающие и птицы - сохранили амниотическое яйцо.
Млекопитающие старше птиц на 70 млн. лет. Они очень рано отделились от рептилий – ещё в триасе, поэтому несут на себе следы недоделок. В частности, у них сохранились кожные железы – сальные, потовые, млечные.
Динозавры появляются в следующем, юрском периоде.
Именно в юре происходят самые крупные тектонические процессы мезозоя – наиболее интенсивный раскол континентальных плит, формирование водоёмов, превратившихся позже в Индийский и Атлантический океаны. Формировались новые горные цепи (каледонская складчатость) и лавовые плато. Окружающая Комсомольск-на-Амуре горная страна - Сихотэ-Алинь, Баджал и соседние хребты имеют мезозойское происхождение. На суше господствуют голосеменные, образующие беннетитово-цикадофитовые леса в тропиках, гинкговые и кордаитово-хвойные - в умеренной зоне. В это время на суше возникают самые гигантские формы животных, и это исключительно рептилии. Млекопитающие мезозоя – мелкие и редкие крысовидные существа, темпы эволюции которых совершенно несравнимы с эволюцией пресмыкающихся.
Меловой период, как упоминалось выше – это время растительной революции, полной смены ведущих групп продуцентов как на море, так и на суше и перевода в подводные известняки огромного количества атмосферной углекислоты. Завершается раскол Гондваны и Лавразии, формирования Атлантического и Индийского океанов, закрывается океан Тетис.
 | |
Меловые утёсы в юго-восточной Англии |
Меловой период для геолога – это действительно время отложения мощных меловых толщ, до сотни и более метров. Вам знакомы выраженеия «меловые скалы Дувра», «Альбион»... Альбум по латыни – «белый».
Мел состоит из останков одноклеточных водорослей кокколитофорид, точнее – их панцирей, состоящих из известковых чешуек - кокколитов. Эта группа простейших существует и сейчас; иногда они так обильны, что окрашивают морскую воду в молочно-белый цвет. Кокколитофориды, расцвет которых пришёлся на поздний мезозой, связали и отложили на морском дне огромное количество углекислоты, изъятой в конечном счёте из атмосферы. Это привело к некоторому понижению средней температуры земной атмосферы, и, безусловно, снизило продуктивность сухопутных растений (меньше углекислого газа – пропорционально меньше скорость фотосинтеза).
Ещё одна особенность мелового периода – становление покрытосеменных (цветковых) растений. Появились они в раннем мелу, вероятно на территории нынешней Юго-Восточной Азии. Это были невысокие деревья или кустарники . Как ни странно, древнейшая ныне живущая ветвь покрытосеменных растений - это порядок нимфейные (с близкими к нему лотосовыми и раффлезиевыми), пресноводные растения с плавающими листьями, "водяные лилии". Они относятся к подклассу магнолиевых. Собственно магнолии в российской части Дальнего Востока встречаются на Южных Курилах; в южной части Хабаровского края произрастают другие представители подкласса - лимонник китайский и местные нимфейные, лотосовые, раффлезиевые - кувшинковые, роголистник, лотос Комарова, бразения Норденшельда.
В среднем мелу, вероятнее всего, после разрушения некоего изолирующего барьера, в течение нескольких миллионов лет они распространились практически всесветно и дали мощную вспышку формообразования, а в позднем мелу стали господствующей группой наземных растений, сформировав целостные сообщества, состоящие из многих ярусов. В это время растительность приобрела вид, близкий к современному - существовали платаны, дубы, лавры, появляются первые травянистые растения – лютиковые, однодольные.
ГРУППА 305
ТЕМА1:Массовая доля растворенного вещества. ТЕМА 2: Электролитическая диссоциация. Электролиты и неэлектролиты.
Массовая доля растворенного вещества
Существуют различные способы выражения концентрации растворённого вещества в растворе, мы познакомимся с массовой долей растворённого вещества (процентной концентрацией). I. Массовая доля растворённого вещества wрастворённого вещества - это безразмерная величина, равная отношению массы растворённого вещества mрастворённого вещества к общей массе раствора mраствора : mраствора = mрастворённого вещества + mрастворителя Массовую долю растворённого вещества (процентная концентрация) обычно выражают в долях единицы или в процентах. Например, массовая доля растворённого вещества – CaCl2 в воде равна 0,06 или 6%. Это означает, что в растворе хлорида кальция массой 100 г содержится хлорид кальция массой 6 г и вода массой 94 г. ЗАПОМНИТЕ!  Пример решения задачи: Решение:
«Вычисление массовой доли растворённого вещества» Задача: Сахар массой 12,5г растворили в 112,5г воды. Определите массовую долю сахара в полученном растворе.
|
ТЕМА 2.
ТЕОРИЯ ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКОЙ ДИССОЦИАЦИИ
Растворы всех веществ можно разделить на две группы: проводят электрический ток или проводниками не являются.
С особенностями растворения веществ можно познакомиться экспериментально, исследуя электропроводность растворов этих веществ с помощью прибора, изображённого на рисунке
Пронаблюдайте за следующим экспериментом «Изучение электрической проводимости веществ».
Для объяснения особенностей водных растворов электролитов шведским ученым С. Аррениусом в 1887 г. была предложена теория электролитической диссоциации. В дальнейшем она была развита многими учеными на основе учения о строении атомов и химической связи. Современное содержание этой теории можно свести к следующим трем положениям:
1. Электролиты при растворении в воде или расплавлении распадаются (диссоциируют) на ионы – положительно (катионы) и отрицательно (анионы) заряженные частицы.
Ионы находятся в более устойчивых электронных состояниях, чем атомы. Они могут состоять из одного атома - это простые ионы (Na+, Mg2+, Аl3+ и т.д.) - или из нескольких атомов - это сложные ионы (NО3-, SO2-4, РОЗ-4 и т.д.).
2. В растворах и расплавах электролиты проводят электрический ток.
Под действием электрического тока ионы приобретают направленное движение: положительно заряженные ионы движутся к катоду, отрицательно заряженные - к аноду. Поэтому первые называются катионами, вторые - анионами. Направленное движение ионов происходит в результате притяжения их противоположно заряженными электродами.
ГРУППА 106
ТЕМА: РАЗВИТИЕ ЖИЗНИ В КАЙНОЗОЕ.
Кайнозойская эра
Самым наглядным проявлением новой эпохи является полное вымирание крупных рептилий нескольких отрядов около 60 млн. лет тому назад. Вместе с ними исчезли господствующие отряды головоногих моллюсков – аммониты и белемниты и ещё ряд животных и растительных таксонов. Но, в отличие от засухи пермотриаса, современная наука не может указать причину полного вымирания столь массовой и разнообразной группы за очень короткий срок. Практически исчезнувший на этом рубеже класс голосеменных Гингковые оставил-таки единственного представителя, а два отряда динозавров – нет. Существуют десятки гипотез их вымирания.
Одна из самых известных гипотез – метеоритная. Отец и сын Альварес (США) обратили внимание на иридиевую аномалию. Иридий – очень редкий металл платиновой группы. Существует, однако, очень тонкий слой осадочных пород, обогащённых иридием, причём этот феномен распространён всесветно. Их возраст оценивается приблизительно в 60 млн. лет. В железных метеоритах иридия сравнительно много. Альваресы предположили, что на Землю в это время упал крупный метеорит или мелкий астероид, который от удара полностью испарился. Смешавшись с атмосферными газами, мелкие частички иридия медленно и равномерно выпадали на поверхность Земли, формируя иридиевую аномалию. В месте удара сформировалась огромная яма, которая превратилась в современный Мексиканский залив – это действительно засыпанный осадками кратер ударного происхождения. Более того, поскольку метеорит врезался в Землю не «в лоб», а по касательной, двигаясь с юга, крупные обломки и осколки должны были лететь на север. Некоторые из них вроде бы найдены. Таким образом, за последние 40 лет «метеоритная гипотеза» получила серьёзные доказательства.
Можно ожидать, что в результате подобной катастрофы в атмосферу было выброшено такое количество пыли, что средняя температура атмосферы на год или годы снизилась на десяток градусов. Предполагается, что именно это и погубило динозавров (почему-то именно их, но не черепах, крокодилов, гаттерий и прочих рептилий).
Однако палеонтологи категорически против такой трактовки – меловая фауна вымерла не мгновенно, её угасание было растянуто на несколько миллионов лет. Вероятно, падение метеорита было одним из факторов, ускорившим процесс, но не единственным и вряд ли ведущим.
Кайнозой раньше дробился на два периода - третичный и четвертичный, последний начинается около миллиона лет назад. Тёплый третичный период делился на палеогеновую (отделы: палеоцен, эоцен, олигоцен) и неогеновую (отделы: миоцен, плиоцен) системы. Четвертичный период (отделы: плейстоцен, голоцен) и есть то, что в просторечии называют ледниковый период. В настоящее время формально понятие "третичный период" упразднено, но в научной литературе широко распространено как нестрогое указание на время, предшествовавшее похолоданию, например - "третичные реликты".
Палеогеновая система (период). На суше, освободившейся от власти пресмыкающихся, наблюдается бурное формообразование млекопитающих. Прежде они были так редки, что отколовшийся от Австралии 80 млн. лет назад архипелаг Новая Зеландия их вообще не содержит. В начале палеогена на всей планете тепло и сыро, даже в высоких широтах растут вечнозелёные леса . Обратим внимание на этот факт - лес, "сырой лес", не любит гигантов. Близкие виды и подвиды животных представлены более мелкими лесными формами, чем те, что живут на открытых ландшафтах саванн и степей. Эта закономерность распространяется и на людей: африканские пигмеи живут в лесу, их соседи из саванны - тутси, масаи - настоящие гиганты; индейцы Патагонии значительно выше индейцев Амазонии. Млекопитающие раннего палеозоя в среднем были не крупнее собаки.
Континенты продолжают дрейфовать, Атлантический океан расширяется, однако это не сопровождается горообразованием. Общий рельеф сглаживается, море наступает, суша сокращается – происходит то, что называется обширной трансгрессией океана. Палеогеновая трансгрессия была одной из самых крупных за всю историю Земли.
Неогеновая система (период) характерна мощными горообразовательными процессами. Африка сталкивается с Европой, нагромождая новые горные цепи – Атлас, Альпы, Кавказ. Восточное соединение Тэтиса с Мировым океаном перекрыто. Он сжимается и превращается в цепочку полностью или частично изолированных морей на пространстве от нынешних Средиземного до Аральского, которые высыхают с образованием котловин глубиной до 2 километров. 20 миллионов лет тому назад Индостан входит в контакт с Азией, от Африки окончательно откалывается Мадагаскар. В западном полушарии Южная Америка сталкивается с подводной плитой Наска и в возникают Анды. Альпийское присхождение имеют горы Камчатки, Курил, Сахалина.
В позднем палеогене и в течение большей части неогена происходит некоторое иссушение климата и на огромных пространствах леса заменяются новым типом растительного сообщества – степями и саваннами
. Появляются новые формы растений, прежде всего травянистых и животных, обитающих в степях, – копытных, хоботных, мозоленогих, страусов. В этом мире опять появляются гиганты. Крупнейшее сухопутное млекопитающее индрикотерий имело высоту в холке до 5 м. и весило около 15 т. В саванне и лесосаванне формируются люди. | |
| Палеотемпературные кривые кайнозоя Северной Евразии (средние температуры января). Приведены данные для юго-запада русской равнины (1) на широте 47°, южной половины Западной Сибири (2) - 65°, северо-востока Азии (3) - 70°, Центральной Азии (4). Составил Величко. Из Чичагова, 2001. |
Четвертичный период. Немно-гим более 1 млн. лет назад содержание парниковых газов в атмосфере падает, начинается период глобальных оледенений плейстоцена, каждое из последующих обширней предыдущих. Стена льда высотой до трёх километров вздымается на Русской равнине от нынешних Киева и Волгограда, закрывает Англию, север Германии, Франции, Польши; в Северной Америке она стоит ещё южнее (см. видеофрагмент). Происходит глобальное вымирание теплолюбивых форм. Климат не только более холодный, но и более сухой. Возникает новое сообщество – тундростепь, в которой растут высокие травы. При малом снежном покрове этот корм доступен растительноядным животным и зимой. Развивается новый фаунистический комплекс – мамонтовая фауна. Шерстистый носорог, овцебык, большерогий олень и другие крупные растительноядные животные преследуются новыми хищниками, в том числе и человеком. Правда, следует отметить важную недоработку этой картины - тундростепь гипотетична. Действительно имелась специфическая фауна крупных растительноядных животных, которым действительно нечем питаться в нынешних тундрах и лесотундрах (например, бизонам на Чукотке). Действительно количество осадков, в том числе и в виде снега, в умеренных широтах было значительно меньше, чем сейчас. Однако реконструировать растительное сообщество того времени пока не удаётся.
Последнее оледенение заканчивается 14 тыс. лет назад. Начинается отсчёт последней, текущей эпохи четвертичного периода - голоцена. К этому моменту уровень Мирового океана был на 300 м ниже, чем сейчас. Северная Америка соединена с Евразией мостом шириной более 1000 км - Берингией. Правда, этот мост перекрыт ледником. 12 тыс. лет назад он ещё существует, но ледник уже отступил от южного берега Беринги. В Северную Америку проникают люди. Через 4 тысячи лет таяния льда суша принимает нынешние очертания. На местах, прежде покрытых ледником, появляются леса таёжного типа. Человечество переживает неолитическую революцию - появление земледелия и скотоводства. Численность людского населения резко возрастает, появляются города и государства.
В чём причина таких резких качественных перестроек? К сожалению, пока нельзя ответить на этот вопрос. В середине века некоторой популярностью пользовалась гипотеза Миланковича, объяснявшая периоды похолодания космическими причинами – изменениями орбиты Земли род влиянием других космических тел. Отчасти это совпадает с нынешними российскими идеологическими установками – мифом о «российском космизме». Современная теория климата прежде всего опирается на внутренние причины – баланс парниковых газов и аэрозолей, распределение воздушных потоков тепла и влаги, характер морских течений, тепло- и газообмен между глубинами океана и его поверхностью. То, что концентрация углекислого газа в атмосфере палеогена была вчетверо выше современной, гораздо важнее колебаний эксцентриситета земной орбиты, но причины исторического истощения парниковых газов требуют осмысления. Пока приходится говорить только о становлении теории динамики палеоклимата – необходимо накопить огромные массивы фактов, прежде чем появятся надёжные обобщения. Известно только, что «наше» четвертичное оледенение было не единственным в истории планеты. Следы крупных ледников есть в протерозойских и палеозойских отложениях.
Самым интересным является вопрос – последнее, вюрмское оледенение действительно ли является последним в четвертичном периоде? Уловив ритм наступления ледников и просто, без объяснения причин, продолжив наметившуюся тенденцию, можно ожидать наступления следующего оледенения приблизительно через 20 тыс. лет.
ГРУППА 308.
ТЕМА 1. КОКСОХИМИЧЕСКОЕ ПРОИЗВОДСТВО.
Коксохимическое производство и проблема получения жидкого топлива
Запасы каменного угля в природе значительно превышают запасы нефти. Поэтому каменный уголь – важнейший вид сырья для химической отрасли промышленности.
В настоящее время в промышленности используется несколько путей переработки каменного угля: сухая перегонка (коксование, полукоксование), гидрирование, неполное сгорание, получение карбида кальция.
 |
Сухая перегонка каменного угля и ее продукты |
Сухая перегонка угля используется для получения кокса в металлургии или бытового газа. При коксовании угля получают кокс, каменноугольную смолу, надсмольную воду и газы коксования.
Каменноугольная смола содержит самые разнообразные ароматические и другие органические соединения. Разгонкой при обычном давлении ее разделяют на несколько фракций. Из каменноугольной смолы получают ароматические углеводороды, фенолы и др.
Газы коксования содержат преимущественно метан, этилен, водород и оксид углерода(II). Частично их сжигают, частично перерабатывают.
Гидрирование угля осуществляют при 400–600 °С под давлением водорода до 250 атм в присутствии катализатора – оксидов железа. При этом получается жидкая смесь углеводородов, которые обычно подвергают гидрированию на никеле или других катализаторах. Гидрировать можно низкосортные бурые угли.
 |
Использование |
Карбид кальция СаС2 получают из угля (кокса, антрацита) и извести. В дальнейшем его превращают в ацетилен, который используется в химической отрасли промышленности всех стран во все возрастающих масштабах.
ТЕМА 2.Решение задач на определение массовой или объемной доли выхода продукта реакции от теоретически возможного.
Комментариев нет:
Отправить комментарий