สิ่งแวดล้อมในการสอนเคมีที่โรงเรียน
การแนะนำ
ในช่วงเวลาที่ยากลำบากของเรา เมื่อเคมีในฐานะวิทยาศาสตร์กลายเป็นสังคมนอกรีต เราต้องพิจารณาทั้งเนื้อหาของวิชาและวิธีการสอนอีกครั้ง โดยเปลี่ยนไม่เพียงแต่การเน้นเท่านั้น แต่ยังเปลี่ยนลำดับความสำคัญเพื่อที่จะเอาชนะโรคเคมีบำบัด.
คำถามหลักของหลักสูตรควรพิจารณาจากความสำคัญของการได้รับความรู้เพื่อการพัฒนาสติปัญญาของนักเรียน และความเกี่ยวข้องของความรู้นี้ในชีวิตจริงของบุคคลและในกิจกรรมภาคปฏิบัติของเขา จากมุมมองนี้ความก้าวหน้าในการศึกษาวิชาเคมีเป็นสิ่งจำเป็นเนื่องจากหากไม่มีก็เป็นไปไม่ได้ที่จะสนองความต้องการตามวัตถุประสงค์ของสังคมสำหรับการใช้ความสำเร็จของวิทยาศาสตร์และอุตสาหกรรมเคมีอย่างกว้างขวาง
แนวคิดของการศึกษาเคมีในโรงเรียนสมัยใหม่มีพื้นฐานอยู่บนหลักการของการมีมนุษยธรรม ความเป็นปัจเจกบุคคล และความแตกต่างของการศึกษา ให้ความสนใจอย่างมากกับประเด็นด้านสิ่งแวดล้อม การพัฒนาวัฒนธรรมทั่วไป การเสริมสร้างสุขภาพของเด็กนักเรียน และเพิ่มความรู้ด้านสิ่งแวดล้อม
หัวข้อปัจจุบัน
เคมีถือเป็นสาขาความรู้พื้นฐานสาขาหนึ่ง โดยส่วนใหญ่จะเป็นตัวกำหนดการพัฒนาสาขาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีที่สำคัญอื่นๆ เป็นที่ทราบกันดีว่าหากไม่มีเคมี กระบวนการทางเคมี และผลิตภัณฑ์เคมี จะไม่มีการผลิตเพียงครั้งเดียว ไม่มีสาขาเดียวของเศรษฐกิจสมัยใหม่และขอบเขตทางสังคม
จำเป็นเพื่อให้แน่ใจว่านักเรียนเข้าใจถึงความสำคัญเชิงปฏิบัติของเคมีและความเชื่อมโยงกับชีวิตประจำวัน พวกเขาต้องเชื่อมั่นในความเป็นไปได้ในการค้นหาคำตอบของ "เหตุผล" อื่นๆ จากขอบเขตของชีวิตและความสนใจในการผลิตผ่านเคมี สิ่งสำคัญอย่างยิ่งคือต้องแก้ไขปัญหาการเตรียม "สารเคมี" ขั้นพื้นฐานของผู้คน เพราะทุกวันนี้เกือบทุกคนต้องสัมผัสกับสารที่อาจก่อให้เกิดอันตรายต่อมนุษย์ อย่างไรก็ตาม ผู้บริโภคที่ใช้ยา เครื่องสำอาง น้ำหอม สีย้อม พลาสติก ปุ๋ย เส้นใย เชื้อเพลิงชนิดต่างๆ ฯลฯ มีไม่มากนักที่ตระหนักถึงอันตรายจากการใช้ ความขัดแย้งนี้ทำให้เกิดปัญหามากมายแก่ผู้คน น่าเสียดายที่ในโรงเรียนส่วนใหญ่งานด้านการศึกษาเชิงรุกกับนักเรียนที่เกี่ยวข้องกับการกำหนดลักษณะคุณสมบัติพื้นฐานของสารประกอบเคมีทั่วไปในชีวิตประจำวันและในการผลิตโดยเฉพาะอย่างยิ่งในแง่ของผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมนั้นดำเนินการอย่างอ่อนแอและไม่สม่ำเสมอ โดยพื้นฐานแล้ว นักเรียนจะได้รับเฉพาะแนวคิดทางทฤษฎีทั่วไปที่ไม่ได้ปรับให้เข้ากับความเป็นจริงของชีวิตและโดยเฉพาะอย่างยิ่งกับประเด็นด้านสิ่งแวดล้อม
ทัศนคติเชิงลบต่อเคมีนำไปสู่การไม่สามารถปรับตัวให้เข้ากับชีวิตที่มีอารยธรรม ชีวิตสมัยใหม่ การไม่รู้หนังสือด้านสิ่งแวดล้อม ซึ่งผลที่ตามมาไม่เพียงแต่จะเสียเปรียบในการศึกษาของเด็กนักเรียนเท่านั้น แต่ยังรวมถึงการเตรียมระเบิดเวลาด้านสิ่งแวดล้อมด้วย สิ่งนี้จะยิ่งทำให้ความขัดแย้งระหว่างมนุษย์กับธรรมชาติลึกซึ้งยิ่งขึ้น
ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา งานที่เกี่ยวข้องกับการศึกษาทางเคมีและนิเวศวิทยาได้เริ่มต้นขึ้นในศูนย์วิทยาศาสตร์และการศึกษาหลายแห่งในประเทศต่างๆ แต่งานเหล่านั้นมักจะมีลักษณะที่เปิดเผย
ฉันมองว่างานของฉันเป็นการปลูกฝังความปรารถนาที่จะได้รับความรู้แก่นักเรียน ตรวจสอบให้แน่ใจว่ากระบวนการเรียนรู้นั้นทำให้พวกเขาหลงใหล มีส่วนช่วยในการพัฒนากิจกรรมการเรียนรู้และความสนใจในเรื่อง เพื่อจุดประสงค์นี้ ฉันรวมการพิจารณาประเด็นด้านสิ่งแวดล้อมและวาเลโอโลจีไว้ในหลักสูตรวิชาเคมีด้วย โปรแกรมนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อพัฒนานักเรียนในความคิดทางวิทยาศาสตร์ธรรมชาติเกี่ยวกับโลกรอบตัวพวกเขาและกฎหมาย ความสัมพันธ์เห็นอกเห็นใจและพฤติกรรมการรู้หนังสือด้านสิ่งแวดล้อม และการปรับปรุงคุณธรรมทางปัญญาของนักเรียน เนื้อหาของโปรแกรมเตรียมเด็กให้พร้อมสำหรับการรับรู้ภาพทางเคมีของโลกอย่างมีสติและนำเสนอการดำเนินการตามหลักการบูรณาการ กล่าวคือ นักเรียนต้องใช้ความรู้และทักษะจากวิชาต่างๆ ของวัฏจักรธรรมชาติ ความเกี่ยวข้องของงานนี้เกิดจากชุดของปัญหาที่ประกอบด้วยการเอาชนะนามธรรมที่รู้จักกันดีของวิชาเคมี อคติในการประเมิน และความสัมพันธ์ของแนวคิดทางเคมีกับแง่มุมด้านสิ่งแวดล้อมของชีวิตมนุษย์จริง
เป้าหมายและวัตถุประสงค์ของงาน:
การพิจารณาหลักการพื้นฐานของการศึกษาเคมีเพื่อสิ่งแวดล้อม
การวิเคราะห์รูปแบบและวิธีการ (เทคนิค) ในการสร้างวัฒนธรรมนิเวศน์ในการสอนเคมี
ลักษณะบทบาทของมนุษย์ในกระบวนการรับรู้ การเปลี่ยนแปลง และการใช้ธรรมชาติ
ความสำคัญเชิงปฏิบัติของงานอยู่ที่ข้อเท็จจริงที่ว่ามันประกอบด้วยการศึกษาเชิงระเบียบวิธีของความคิดเห็นด้านสิ่งแวดล้อมต่อบทบัญญัติหลักของหลักสูตรเคมี ซึ่งช่วยให้ผู้เรียนเชี่ยวชาญกฎเคมีโดยใช้ตัวอย่างด้านสิ่งแวดล้อมที่เฉพาะเจาะจง การพิจารณาวิธีการพัฒนาทัศนคติต่อธรรมชาติอย่างมีสติ พฤติกรรมการรู้หนังสือด้านสิ่งแวดล้อมในสภาพแวดล้อมที่ไม่เอื้ออำนวย
ผลการดำเนินงานที่ Lyceum No. 4 แสดงให้เห็นถึงประสิทธิภาพและคุณค่าในทางปฏิบัติทำให้นักเรียนสนใจในเรื่องของวงจรธรรมชาติและระบบนิเวศมากขึ้น ทำให้สามารถคิดใหม่เกี่ยวกับแนวทางต่างๆ ในการพิจารณาการใช้ความสำเร็จทางเคมีในกิจกรรมเชิงปฏิบัติของมนุษย์ ไปจนถึงความสำคัญของธรรมชาติที่ประยุกต์ของความรู้ทางเคมี
การอนุมัติงาน ผลลัพธ์หลักของงานได้รับการรายงานและหารือในสภาการสอนของ Lyceum No. 4 ในการประชุมของสภาวิทยาศาสตร์และระเบียบวิธีของแผนกวงจรธรรมชาติและนิเวศวิทยาของ Lyceum ในงานสัมมนาสำหรับผู้อำนวยการโรงเรียนในเขต Kominternovsky มีการจัดบทเรียนเรื่อง "เครื่องยนต์ความร้อนและการคุ้มครองสิ่งแวดล้อม" ร่วมกับครูฟิสิกส์ โดยพิจารณาจากปัญหาทางกายภาพ เคมี และสิ่งแวดล้อม ตามวัสดุของงานบทความถูกตีพิมพ์ในคอลเลกชัน "การศึกษาของ Voronezh ในช่วงเปลี่ยนศตวรรษ สาขาการศึกษา "วิทยาศาสตร์ธรรมชาติ" เคมี “ใกล้จะถึงสองพันปี ในช่วงเปลี่ยนผ่านของสองศตวรรษ”
บทที่ 1
สถานะของปัญหาการทำให้การสอนวิชาเคมีเป็นสีเขียว
วิทยาศาสตร์และการปฏิบัติ
1.1. ความจำเป็นในการแนะนำการศึกษาด้านสิ่งแวดล้อมในโรงเรียนมัธยมศึกษาและหลักการพื้นฐานของโรงเรียน
ท่ามกลางปัญหาสมัยใหม่ที่ประชาคมโลกกำลังเผชิญ สิ่งหนึ่งที่โดดเด่นเป็นพิเศษคือปัญหาการเสื่อมคุณภาพของสภาพแวดล้อมของมนุษย์ มันเป็นเรื่องระดับโลกและทำให้ผู้คนทุกประเทศกังวล ประเทศแรกที่รู้สึกถึงผลกระทบด้านลบจากมลภาวะทางเคมีต่อสิ่งแวดล้อมทางธรรมชาติคือญี่ปุ่น ในประเทศนี้มากกว่า 80% ของพื้นที่ได้รับอิทธิพลโดยตรงจากการผลิตภาคอุตสาหกรรม ชาวญี่ปุ่นเป็นคนแรกที่พูดถึงปัญหา "โคไก" ซึ่งหมายถึงอันตรายจากมลภาวะต่อสิ่งแวดล้อม ไม่นานประเทศอื่นๆ ก็ประสบปัญหานี้เช่นกัน มลภาวะต่อสิ่งแวดล้อมที่เพิ่มขึ้นสามารถมองเห็นได้และทำให้เกิดการวิพากษ์วิจารณ์ทางอารมณ์จากผู้คน โดยปกติแล้วข้อร้องเรียนหลักของประชากรจะกล่าวถึงเรื่องเคมี ในขณะเดียวกัน ในแง่ของมลภาวะ อุตสาหกรรมเคมีมีความด้อยกว่าอย่างเห็นได้ชัดในด้านเชื้อเพลิงและพลังงาน การขนส่งด้วยยานยนต์ โลหะวิทยาที่มีเหล็กและไม่ใช่เหล็ก และแม้กระทั่งอุตสาหกรรม ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา สถานการณ์ที่เลวร้ายที่สุดคือมลภาวะในบรรยากาศของเมือง Voronezh ซึ่งมีเบนโซไพรีนบรรจุอยู่ในไอเสียรถยนต์และฝุ่น ซึ่งสัดส่วนของการวิเคราะห์ในห้องปฏิบัติการที่ไม่ได้มาตรฐานทุกวันคือ 15-20% การสำรวจทางนิเวศวิทยาและธรณีเคมีของดินปกคลุมพบว่าสถานการณ์เกี่ยวกับการปนเปื้อนของตะกั่วและสังกะสีในดินนั้นไม่เอื้ออำนวยอย่างยิ่ง ส่วนแบ่งการวิเคราะห์ตัวอย่างดินที่ไม่น่าพอใจในเมืองโดยรวมคือ 19.3 และ 15.5% ตามลำดับ และในส่วนฝั่งขวาทางอุตสาหกรรมของเมือง ค่านี้จะเพิ่มขึ้นเป็น 40-46% ในขณะเดียวกันส่วนผสมเหล่านี้เป็นตัวบ่งชี้เฉพาะถึงการเพิ่มขึ้นของโรคในเด็ก ในบรรดาโรคในวัยเด็กใน Voronezh โรคระบบทางเดินหายใจมีอิทธิพลเหนือกว่า (65%) ซึ่งระดับนี้เกินกว่าค่าเฉลี่ยของรัสเซียที่คล้ายกัน 1.2 เท่าสำหรับเมืองโดยรวม การป้องกันการควบคุมที่เพิ่มขึ้นยังจำเป็นต้องมีเนื้องอกและความผิดปกติแต่กำเนิด ซึ่งความแตกต่างเชิงพื้นที่ในระดับซึ่งสัมพันธ์กับความรุนแรงของมลภาวะต่อสิ่งแวดล้อมอย่างน่าเชื่อถือ
มีการเชื่อมโยงกันระหว่างความเข้มข้นของฟอร์มาลดีไฮด์ในบรรยากาศกับโรคหอบหืดในหลอดลม รวมถึงฝุ่นในบรรยากาศที่มีระดับสูงร่วมกับโรคเลือด โรคปอดบวมมักพบในบริเวณที่มีระดับตะกั่วและคาร์บอนมอนอกไซด์สูง เมื่อความรุนแรงของมลพิษทางอากาศเพิ่มขึ้น เด็กๆ จะประสบกับการเปลี่ยนแปลงทางโลหิตวิทยาอย่างเห็นได้ชัดและการเจ็บป่วยก็เพิ่มขึ้นตามไปด้วย
ในสภาวะปัจจุบันมีความจำเป็นต้องดำเนินการวิเคราะห์อย่างเป็นกลางถึงสาเหตุของการขยายตัวของมลภาวะต่อสิ่งแวดล้อมและการเพิ่มขึ้นของภัยพิบัติที่เกี่ยวข้องกับการแพร่กระจายของสารประกอบทางเคมีที่ไม่สามารถควบคุมได้จากแหล่งกำเนิดทางเทคนิคหรือทางชีวภาพ การวิเคราะห์ดังกล่าวเป็นเรื่องยาก แต่สามารถระบุประเด็นหลักสองประการของปัญหาโดยรวมได้ ประเด็นแรกเกี่ยวข้องกับสาขาการเมืองและสังคมวิทยา และข้อกังวลเรื่องความขัดแย้งในการพัฒนาเศรษฐกิจ
ด้านที่สองเกี่ยวข้องกับความพร้อมของบุคคลในการใช้ความสำเร็จของวิทยาศาสตร์ธรรมชาติในการผลิตและในประเทศ
ทัศนคติที่ง่ายและเป็นเทคโนแครตที่ง่ายดายต่อธรรมชาติและความเพิกเฉยต่อสิ่งแวดล้อมโดยสิ้นเชิงได้นำไปสู่หายนะมากมายพร้อมผลที่ตามมาอย่างถาวร ข้อเท็จจริงเกี่ยวกับมลพิษร้ายแรงนั้นพูดได้ไพเราะมากและประชากรก็ประณามอย่างถึงพริกถึงขิง อย่างไรก็ตาม อาการกำเริบที่เกิดขึ้นนั้นไม่ค่อยได้รับการวิเคราะห์ และมักจะประเมินจากมุมมองทางอารมณ์เท่านั้น นี่คือวิธีที่เกิดอาการเคมีบำบัด ในขณะเดียวกัน การอธิบายสถานการณ์ที่เข้มงวดแสดงให้เห็นว่าการพังทลายของสิ่งแวดล้อมที่เกิดขึ้นมักจะไม่ได้ถูกกำหนดโดยลักษณะเฉพาะของสารเคมี แต่เพียงโดยคุณสมบัติที่ต่ำและไม่ใช่ศีลธรรมอันดีของคนงานเสมอไป
สาเหตุของปัญหาทั้งหมดที่ระบุไว้ ยกเว้นข้อผิดพลาดในการวางแผนและการก่อสร้าง คือการละเลยการสอนวิชาเคมีในโรงเรียนมัธยมศึกษามาเป็นเวลานาน และด้วยเหตุนี้ ทำให้ประชากรขาดความรู้ทางเคมี เกิดความขัดแย้งอันน่าทึ่งขึ้น ทุกคนจัดการกับสารเคมีและกระบวนการอย่างเป็นระบบ แต่มีเพียงไม่กี่คนเท่านั้นที่สามารถแก้ไขการกระทำของตนด้วยความเข้าใจ อย่างไรก็ตาม ควรสังเกตว่าในบทเรียนเคมีนั้นเราสามารถแสดงให้เห็นอย่างชัดเจนและน่าเชื่อถือทั้งด้านลบของการแทรกแซงของมนุษย์ในสภาพแวดล้อมทางธรรมชาติ และวิธีการที่เป็นไปได้ในการเพิ่มประสิทธิภาพอิทธิพลของมนุษย์ที่มีต่อสิ่งนี้
การทำงานอย่างอุตสาหะเป็นสิ่งจำเป็นในการเปลี่ยนแปลงจิตสำนึกของมนุษย์ที่เกี่ยวข้องกับการจัดการสิ่งแวดล้อมและการศึกษา รวมถึงการปลูกฝังวัฒนธรรมด้านสิ่งแวดล้อม
กลยุทธ์การจัดการสิ่งแวดล้อมบนพื้นฐานแนวคิดเรื่องพลังของมนุษย์และการเติบโตเหนือธรรมชาติในยุคแห่งการปฏิวัติทางวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีซึ่งดูไม่สั่นคลอนมาเป็นเวลานานในความเป็นจริงกลับกลายเป็นเพียงกลยุทธ์ของ “อุดมการณ์ต้นแอปเปิ้ลเกี่ยวกับความสัมพันธ์ของเรากับธรรมชาติ” ซึ่งเกี่ยวข้องกับการทำงานจำนวนมากเพื่อสร้างจิตสำนึกของผู้คนขึ้นมาใหม่เพื่อทำให้เป็นสีเขียว การตระหนักถึงสถานการณ์นี้มีส่วนช่วยในการกำหนดงานที่จริงจังทั้งในภาคปฏิบัติและในสาขาการวิจัยทางวิทยาศาสตร์ขั้นพื้นฐาน ตัวแทนของวิทยาศาสตร์ที่หลากหลาย ไม่เพียงแต่วิทยาศาสตร์ธรรมชาติเท่านั้น แต่ยังรวมถึงมนุษยศาสตร์ด้วย เริ่มศึกษาปัญหาสิ่งแวดล้อม นี่เป็นเพราะความจริงที่ว่าพร้อมกับความจำเป็นในการพัฒนากลยุทธ์ใหม่สำหรับการจัดการสิ่งแวดล้อมและสร้างเทคโนโลยีอุตสาหกรรมใหม่ที่เป็นรากฐานงานของการปรับโครงสร้างทางนิเวศวิทยาของจิตสำนึกของผู้คนและการโฆษณาชวนเชื่อความรู้ด้านสิ่งแวดล้อมอย่างกว้างขวางจึงกลายเป็นสิ่งจำเป็น
สิ่งสำคัญคือการดำเนินการตามการตัดสินใจ ซึ่งท้ายที่สุดแล้วขึ้นอยู่กับตัวเราเอง ความรู้ ความเชื่อ และความตั้งใจของเรา ที่นี่เราต้องการการคิดเชิงนิเวศขั้นพื้นฐานใหม่ โดยเอาชนะจิตวิทยาผู้บริโภคที่เกี่ยวข้องกับธรรมชาติ สังคมต้องรู้กฎพื้นฐานของการพัฒนาธรรมชาติ ค้นหาวิธีแก้ปัญหา เรียนรู้ที่จะตัดสินใจในสถานการณ์ที่มีทางเลือกทางศีลธรรมและการพยากรณ์ นั่นคือ ผ่านห่วงโซ่ทั้งหมดตั้งแต่ความรู้ด้านสิ่งแวดล้อมไปจนถึงการคิดด้านสิ่งแวดล้อมและพฤติกรรมที่สมเหตุสมผลต่อสิ่งแวดล้อม
การก่อตัวของวัฒนธรรมทางนิเวศวิทยาในระดับสูงนั้นเป็นไปได้โดยมีเงื่อนไขว่าเนื้อหาของการศึกษาในโรงเรียนประกอบด้วยองค์ประกอบดังต่อไปนี้: ระบบความรู้เกี่ยวกับปฏิสัมพันธ์ของสังคมและธรรมชาติ คุณค่าของการวางแนวสิ่งแวดล้อม ระบบบรรทัดฐานและกฎเกณฑ์ที่เกี่ยวข้องกับธรรมชาติ ความสามารถและทักษะในการศึกษาและปกป้องธรรมชาติ
การศึกษาและการอบรมด้านสิ่งแวดล้อมถือเป็นหนึ่งในภารกิจหลักของโรงเรียน
1.2. เนื้อหาสิ่งแวดล้อมศึกษาในบทเรียนเคมี
การศึกษาด้านสิ่งแวดล้อมและการศึกษาด้านสิ่งแวดล้อมเป็นสองจุดเน้นหลักที่เกี่ยวข้องกับการสร้างทัศนคติต่อธรรมชาติ ด้วยการศึกษาด้านสิ่งแวดล้อม ความสนใจของครูมุ่งเน้นไปที่กระบวนการถ่ายทอดและการดูดซึมโดยนักเรียนที่มีประสบการณ์สะสมในด้านความสัมพันธ์ด้านสิ่งแวดล้อมและการศึกษาด้านสิ่งแวดล้อม - ในการสร้างคุณสมบัติบุคลิกภาพที่เหมาะสม เป้าหมายสูงสุดของการศึกษาด้านสิ่งแวดล้อมและการเลี้ยงดูก็เหมือนกัน นั่นคือการสร้างความสัมพันธ์ที่เหมาะสมที่สุดระหว่างบุคคลกับสภาพแวดล้อมของเขา ดำเนินการภายในกรอบของกระบวนการสอนเดียว โดยพื้นฐานแล้วเป้าหมายสุดท้ายนั้นอยู่ลึกกว่ามาก ประกอบด้วยการจัดหาเงื่อนไขสำหรับการพัฒนาทางปัญญาส่วนบุคคลและสังคมของนักเรียนปลูกฝังให้พวกเขามีความรับผิดชอบส่วนบุคคลต่อสภาพแวดล้อมความปรารถนาที่จะเข้าใจอย่างลึกซึ้งถึงสาระสำคัญและความไม่สอดคล้องกันของการเปลี่ยนแปลงที่กำลังดำเนินอยู่ในการพัฒนาระบบนิเวศของเรา ดาวเคราะห์
ระบบความรู้ด้านสิ่งแวดล้อมควรเป็นจุดเปลี่ยนในจิตสำนึกของผู้คน โลกทัศน์ และทัศนคติต่อทรัพยากรธรรมชาติของผู้คน นิเวศวิทยาได้กลายเป็นสัญลักษณ์ของการพัฒนาสมัยใหม่ของวัฒนธรรมมนุษย์สากล ดังนั้นเป้าหมายของการศึกษาด้านสิ่งแวดล้อมคือการสร้างวัฒนธรรมด้านสิ่งแวดล้อม แนวคิดของวัฒนธรรมนิเวศวิทยารวมถึงความรู้และทักษะระดับการพัฒนาคุณธรรมและสุนทรียภาพของโลกทัศน์วิธีการและรูปแบบการสื่อสารระหว่างผู้คน
เนื้อหาของการศึกษาด้านสิ่งแวดล้อมมีมากมายและหลากหลายจนไม่สามารถพัฒนาภายใต้กรอบของวิชาเดียวหรือหลายวิชาได้ ดังนั้น ครูจึงพูดถึงธรรมชาติของการศึกษาด้านสิ่งแวดล้อมแบบสหวิทยาการ ความเป็นไปได้ในวงกว้างของวิชาวิชาการเกือบทั้งหมด และความสำคัญพิเศษของแต่ละวิชาในการสร้างวัฒนธรรมด้านสิ่งแวดล้อมของนักเรียน ตัวอย่างนี้คือการนำความรู้ด้านสิ่งแวดล้อมไปใช้ในโรงเรียนประถมศึกษา ไม่เพียงแต่ในหลักสูตร "ประวัติศาสตร์ธรรมชาติ" เท่านั้น แต่ยังรวมถึงหลักสูตรใหม่ของสาขาวิชาของโรงเรียนด้วย หลักสูตรที่ได้รับการพัฒนามีวัตถุประสงค์เพื่อให้นักเรียนทุกคนมีส่วนร่วมในกระบวนการความรู้ที่ครอบคลุมของโลกและเพิ่มระดับความรู้ทั่วไป ลำดับความสำคัญในโปรแกรมใหม่จะมอบให้กับวิชาที่มีความสำคัญมากขึ้นในปัจจุบันและยังคงมีความเกี่ยวข้องในทศวรรษหน้า
แนวทางสหวิทยาการจำเป็นต้องกำหนดหน้าที่ของแต่ละวิชาในระบบทั่วไปของการศึกษาด้านสิ่งแวดล้อมโดยเน้นการเชื่อมโยงแบบสหวิทยาการโดยสรุปแนวทางสหวิทยาการที่ก่อให้เกิดความสมบูรณ์ของสาขาวิชาวิชาการทั้งหมดรวมกันโดยมีเป้าหมายในการทำความเข้าใจโลกโดยรอบ เนื้อหาของสาขาวิชาต้องมีการประสานงานแบบสหวิทยาการและการบูรณาการความรู้ที่เกี่ยวข้องทีละขั้นตอน
การศึกษาด้านสิ่งแวดล้อมมีความเชื่อมโยงอย่างแยกไม่ออกกับความรู้เกี่ยวกับธรรมชาติวิภาษวิธีของการปฏิสัมพันธ์ขององค์ประกอบต่างๆ ในระบบ "ธรรมชาติมนุษย์-สังคม" ภาพสะท้อนของไตรลักษณ์นี้ถือเป็นแกนหลัก ซึ่งในเนื้อหาของการศึกษาทั่วไปทำให้ในระดับของการเชื่อมโยงระหว่างวงจร สามารถเปิดเผยโลกแห่งธรรมชาติและโลกของผู้คนโดยรวมเป็นหนึ่งเดียว
รูปแบบของการศึกษาด้านสิ่งแวดล้อมไม่เพียงแต่มีโครงสร้างเนื้อหาเท่านั้น แต่ยังรวมถึงเงื่อนไขพื้นฐานสำหรับการบรรลุเป้าหมายด้วย
https://pandia.ru/text/78/141/images/image002_5.gif" width="612" height="372">ปัจจัยในการศึกษาด้านสิ่งแวดล้อมที่กำหนดทัศนคติที่รับผิดชอบต่อสิ่งแวดล้อมของเด็กนักเรียน
ควรอธิบายให้คนรุ่นใหม่ทราบว่าสภาวะแวดล้อมในปัจจุบันก่อให้เกิดอันตรายต่อมนุษยชาติเช่นเดียวกับสงครามนิวเคลียร์ ข้อแตกต่างเพียงอย่างเดียวคือปัญหาสิ่งแวดล้อมนั้นร้ายกาจกว่า... ความเข้าใจผิดที่เป็นอันตรายคือการปลอบใจด้วยความหวังว่ามนุษยชาติจะสามารถหยุดทำลายโลกรอบตัวเราได้เมื่อมันเข้าใกล้การทำลายล้างของระบบนิเวศ จะสายแล้ว! นี่คือความร้ายกาจทั้งหมดของปัญหา
การศึกษาด้านสิ่งแวดล้อมที่ชาญฉลาดและละเอียดอ่อนและการศึกษาของคนรุ่นใหม่เป็นพลังที่ยังสามารถหยุดและย้อนลูกศรนาฬิกาของกลไกอันชั่วร้ายที่คุกคามการทำลายล้างโลกของเรา -
ความรู้เกี่ยวกับแก่นแท้ของโลกรอบตัวเราทำหน้าที่เป็นตัวเชื่อมโยงบูรณาการในเรื่องของวัฏจักรธรรมชาติและมีบทบาทสำคัญในการทำให้การศึกษาเป็นสีเขียวคือการสอนวิชาเคมี
นอกเหนือจากการเรียนรู้พื้นฐานของวิทยาศาสตร์พื้นฐานรวมถึงภาษาแล้ว ข้อเท็จจริง แนวคิด ทฤษฎีและกฎหมายที่สำคัญที่สุด ภาพรวมที่เข้าถึงได้ของธรรมชาติทางอุดมการณ์ของการสอนเคมีควรมีส่วนช่วยในการพัฒนาและการปรับปรุงทางปัญญาของแต่ละบุคคล การพัฒนานักเรียนให้มีพฤติกรรมที่เหมาะสมต่อสิ่งแวดล้อม มีทัศนคติต่อตนเอง ผู้คน และสิ่งแวดล้อมอย่างสมเหตุสมผล พัฒนาความเข้าใจเกี่ยวกับความต้องการทางสังคมในการพัฒนาเคมีพัฒนาทัศนคติของนักเรียนต่อเคมีซึ่งเป็นกิจกรรมที่เป็นไปได้ในอนาคต
การเลือกสื่อด้านสิ่งแวดล้อมเพื่อรวมไว้ในหลักสูตรเคมีควรคำนึงถึงหลักการพื้นฐานของการสอน เกณฑ์หลักคือลักษณะทางวิทยาศาสตร์ ความสามารถในการเข้าถึงการศึกษา การเชื่อมโยงเชิงตรรกะกับเนื้อหาของวิชาทางวิชาการ ซึ่งช่วยให้สามารถเลือกคำถามด้านการสอนในด้านเคมีของนิเวศวิทยา การพัฒนาเนื้อหา และวิธีการศึกษาในบทเรียนเคมีได้อย่างมีเหตุผล
เคมีศึกษาอยู่ในระบบโดยรวมของสิ่งแวดล้อมศึกษาที่ใด
ตามเนื้อผ้า เป้าหมายหลักของการสอนเคมีคือการที่นักเรียนจะต้องได้รู้จักกับโลกแห่งสสาร (ทั้งจากธรรมชาติและที่มนุษย์สร้างขึ้น) เพื่อเป็นการวางรากฐานสำหรับการทำความเข้าใจสาเหตุของความหลากหลายของมัน เพื่อสร้างไม่เพียงแต่ความเข้าใจทั่วไปของ วิธีการได้รับและขอบเขตของการใช้สาร แต่ยังรวมถึงทักษะการปฏิบัติด้วย ข้อมูลไม่เพียงพอเกี่ยวกับบทบาททางชีวภาพของสาร ผลกระทบที่เป็นอันตรายต่อร่างกายมนุษย์และสิ่งแวดล้อม ทำให้เกิดความท้าทายทางการศึกษาอีกครั้งใน
การสอนเคมี - บนพื้นฐานความรู้ทางเคมีขั้นพื้นฐานเพื่อสร้างความรู้เชิงระบบเกี่ยวกับเคมีในระบบนิเวศและปัญหาสิ่งแวดล้อม ระบบนี้ประกอบด้วยความรู้เกี่ยวกับสารในธรรมชาติที่มีชีวิต เกี่ยวกับปฏิสัมพันธ์ที่เกี่ยวข้องกับการปรากฏของสิ่งมีชีวิตในโลกพืชและสัตว์ เกี่ยวกับความสัมพันธ์ทางเคมีของสิ่งมีชีวิตระหว่างกันและสิ่งแวดล้อม เกี่ยวกับปฏิสัมพันธ์ของปัจจัยทางมานุษยวิทยาทั้งต่อบุคคล พระองค์เองและต่อสิ่งมีชีวิตทั้งปวง
ระบบแนวคิดทางนิเวศวิทยาและเคมี - นิเวศวิทยาในการศึกษาทางเคมีรวมถึงประเด็นเกี่ยวกับวัฏจักรของสารในธรรมชาติ การเปลี่ยนแปลงและการเปลี่ยนแปลงของพลังงานในชีวมณฑล การพิจารณาหน้าที่ของสสารที่ก่อให้เกิดสภาพแวดล้อม และด้วยเหตุนี้ปัญหาระดับโลก คุณสมบัติเชิงบูรณาการของระบบนิเวศ เช่น การมีอยู่ของสารอาหารและการเปลี่ยนแปลงทางเคมี การรักษาระบบนิเวศด้วยตนเอง การเปลี่ยนแปลงระบบนิเวศของมนุษย์ การใช้รูปแบบปฏิสัมพันธ์ของอวัยวะกับสิ่งแวดล้อมในกิจกรรมของมนุษย์ในทางปฏิบัติในการคุ้มครองสิ่งแวดล้อม กฎการอนุรักษ์สสารและพลังงาน ความสามัคคีของโลกวัตถุ ความขัดแย้งในปฏิสัมพันธ์ระหว่างสังคมกับธรรมชาติ การพัฒนาสังคมโดยสูญเสียทรัพยากรธรรมชาติ
นิเวศวิทยาและเคมีส่งเสริมซึ่งกันและกัน การนำหลักการของอุณหพลศาสตร์มาสู่ระบบนิเวศทำให้เกิดระบบนิเวศการผลิตและพลังงาน ซึ่งศึกษารูปแบบการกระจายพลังงานในห่วงโซ่อาหาร เมื่อพิจารณาถึงความหลากหลายของความสัมพันธ์ด้านสิ่งแวดล้อมผ่านปริซึมของเคมีอนินทรีย์ เผยให้เห็นปรากฏการณ์ต่างๆ มากมายที่เกิดจากผลกระทบของมนุษย์ต่อชีวมณฑลและธรรมชาติที่ไม่มีชีวิต องค์ประกอบที่สำคัญของกระบวนการทางน้ำสาขาบนโลกคือวงกลมโลกและการเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นจากองค์ประกอบพื้นฐาน เช่น คาร์บอน ไนโตรเจน ไฮโดรเจน ซัลเฟอร์ และฟอสฟอรัส…. สารประกอบอนินทรีย์หลายชนิดสามารถส่งผลกระทบได้และอยู่แล้ว
เกี่ยวกับสภาพภูมิอากาศของโลกและสภาพบรรยากาศของโลก คุณภาพของสภาพแวดล้อมทางธรรมชาติที่ผู้คนอาศัยอยู่ และผลที่ตามมาต่อสุขภาพของผู้คน
ภายในกรอบของเคมีอนินทรีย์ เป็นเรื่องที่น่าสนใจที่จะให้ความสนใจไม่เพียง แต่การเสียรูปของวัฏจักรธรรมชาติของสารเคมีและการใช้คุณภาพสิ่งแวดล้อมโดยมนุษย์เท่านั้น แต่ยังรวมไปถึงการค้นหาวิธีแก้ไขปัญหาทางสังคมและนิเวศวิทยาด้วย: พลังงาน, วัตถุดิบ, เป็นต้น ตัวอย่างเช่น แนวโน้มของพลังงานไฮโดรเจน บทบาทของออกซิเจนและโอโซนในการดำรงชีวิตบนโลก โลหะในชีวมณฑลและร่างกายมนุษย์ ฯลฯ
กระบวนการที่เกี่ยวข้องกับสาขาเคมีอินทรีย์มีบทบาทอย่างมากในความสัมพันธ์ด้านสิ่งแวดล้อม สารประกอบอินทรีย์เป็นพื้นฐานของส่วนนั้นของชีวมณฑล ซึ่งเรียกว่า "สิ่งมีชีวิต" ชีวิตของผู้คนในฐานะบุคคลทางชีววิทยานั้นถูกกำหนดโดยการเปลี่ยนแปลงที่ซับซ้อนของสารอินทรีย์ในร่างกายมนุษย์และการเผาผลาญกับสิ่งแวดล้อม ในที่สุด ความอยู่รอดของมนุษยชาติในทุกวันนี้ก็เป็นไปไม่ได้หากปราศจากการใช้สารอินทรีย์อย่างแพร่หลายในชีวิตประจำวัน ในทางการแพทย์ อุตสาหกรรม เกษตรกรรม ฯลฯ
การทำความเข้าใจบทบาทของสารอินทรีย์ในการดำรงอยู่และการพัฒนาที่ซับซ้อนทางสังคมชีวมณฑลของโลกโดยรวมและส่วนหลักของสารอินทรีย์เป็นสิ่งสำคัญในการอ่านทางเคมีของเศรษฐศาสตร์สมัยใหม่
ความสำเร็จทางนิเวศวิทยาทำหน้าที่เป็นรากฐานในการแก้ปัญหาเร่งด่วนหลายประการในยุคของเรา โดยเฉพาะกับข้อมูลที่ได้รับจากระบบนิเวศ
ตรรกะของการดำเนินชีวิตที่มีสุขภาพดี: ให้ความสำคัญกับความต้องการทางจิตวิญญาณมากกว่าความต้องการทางวัตถุ การดูแลเกี่ยวกับการรักษาสุขภาพร่างกายของตนเอง บุคคลดังกล่าวในอนาคตจะสามารถได้รับการชี้นำในกิจกรรมทางวิชาชีพของเขาโดยหลักการด้านสิ่งแวดล้อมและความจำเป็นทางศีลธรรม (15, หน้า 3)
มาดูปัญหาการจัดสอนเคมีในโรงเรียนมัธยมกันดีกว่า บนเส้นทางแห่งการเปลี่ยนแปลงการสอนรายวิชาและสร้างระบบการศึกษาด้านสิ่งแวดล้อมสำหรับเด็กนักเรียน ครูต้องเผชิญกับความยากลำบากบางประการ ประการแรก โรคกลัวเคมีได้เกิดขึ้นในสังคม ส่งผลให้เด็กๆ ดูถูกเหยียดหยามในเรื่องนี้ตั้งแต่แรก ประการที่สอง ความนามธรรมของตัวแบบเอง
สิ่งสำคัญคือการเปลี่ยน (สีเขียว) โลกทัศน์ของคุณเอง เพื่อตระหนักถึงความรับผิดชอบของคุณ (มนุษย์และมืออาชีพ) ในการเตรียมคนรุ่นใหม่ที่ได้รับการศึกษาด้านสิ่งแวดล้อม จำเป็นต้องแจ้งความสำเร็จของเคมีในการปกป้องสิ่งแวดล้อมอย่างเป็นระบบ
1.3. ทบทวนแหล่งวรรณกรรมเกี่ยวกับสิ่งแวดล้อมศึกษา
หลักสูตรเคมีที่เรียนในโรงเรียนมัธยมศึกษาตอนปลายสมัยใหม่ไม่สามารถแก้ปัญหาการศึกษาและการศึกษาด้านสิ่งแวดล้อมได้อย่างสมบูรณ์ มีการระบุไว้อย่างชัดเจนถึงประเด็นด้านสิ่งแวดล้อม ไม่ได้ศึกษาเชิงลึกและเป็นเพียงการสรุปเท่านั้น อย่างไรก็ตาม กิจกรรมเพื่อศึกษาอิทธิพลของกระบวนการทางเคมีและสารประกอบเคมีที่มีต่อสิ่งแวดล้อมไม่สามารถทดแทนการศึกษาประเด็นเหล่านี้อย่างเป็นระบบได้อย่างสมบูรณ์
เคมีเป็นหนึ่งในวิชาที่สำคัญที่สุดโดยอาศัยวิภาษวิธีที่เกิดขึ้น - แนวคิดเชิงวัตถุนิยมเกี่ยวกับโลกรอบตัวเรา
ตามโปรแกรมปัจจุบัน ผู้สำเร็จการศึกษาเกรด IX มีความเข้าใจทางเคมีที่ไม่สมบูรณ์และเป็นชิ้นเป็นอัน เนื่องจากมีการศึกษาประเด็นเคมีอินทรีย์และเคมีทั่วไปในเกรด X-XI เมื่อคำนึงถึงความแตกต่างของการศึกษาในโรงเรียนมัธยมศึกษาตอนปลายนักเรียนหลายคนอาจไม่เรียนวิชาเคมีเลยซึ่งจะนำไปสู่การเพิกเฉยต่อประเด็นสำคัญหลายประการและทำให้การดำรงอยู่ของมนุษย์มีความซับซ้อนในโลกสมัยใหม่เนื่องจากผู้สำเร็จการศึกษาในโรงเรียนจะไม่เข้าใจเช่น สาเหตุของผลกระทบที่เป็นอันตรายของกิจกรรมทางเศรษฐกิจของมนุษย์ต่อพืชและสัตว์และชีวมณฑลโดยรวมและปัญหาอื่น ๆ ที่คล้ายคลึงกัน
ดังนั้นจึงจำเป็นต้องเปลี่ยนแปลงโปรแกรมเคมีอย่างรุนแรงและตามหลักสูตรเคมีโดยรวม
ที่ภาควิชาวิธีการสอนวิชาวงจรธรรมชาติและคณิตศาสตร์ของมหาวิทยาลัยวิทยาศาสตร์ประยุกต์แห่งรัฐมอสโก โปรแกรมหลักสูตรเคมีใหม่ "นิเวศวิทยาและวิภาษวิธี" ได้รับการพัฒนาและบนพื้นฐานของการทดลองได้ดำเนินการในโรงเรียนยี่สิบแห่งในมอสโกและ ภูมิภาคมอสโก คุณลักษณะที่โดดเด่นของมันคือบนพื้นฐานของผู้สำเร็จการศึกษาระดับ IX จะได้รับความเข้าใจทั่วไปเกี่ยวกับวิทยาศาสตร์เคมีโดยรวมตลอดจนทุกส่วน ในระดับพื้นฐานซึ่งลงท้ายด้วยชั้นประถมศึกษาปีที่ 9 นักเรียนจะคุ้นเคยกับบทบาทและสถานที่ของเคมีในกิจกรรมทางเศรษฐกิจของมนุษย์ยุคใหม่ ผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม และวิธีการเอาชนะผลกระทบด้านลบของกิจกรรมของมนุษย์ในทางปฏิบัติต่อพืช สัตว์ และร่างกายมนุษย์ ที่เกี่ยวข้องกับการใช้การผลิตสารเคมี
ในโปรแกรมนี้ให้ความสนใจอย่างมากกับการตั้งค่าการทดลองทางเคมี การใช้สารประกอบทางเคมีที่สำคัญที่สุดต่างๆ ในการปฏิบัติของมนุษย์ ผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมและร่างกายมนุษย์ ด้วยความรู้เกี่ยวกับสารประกอบทางเคมีและปรากฏการณ์ทางเคมี นักเรียนจะพัฒนาทัศนคติพิเศษต่อสภาพแวดล้อมของมนุษย์
มีการสร้างพื้นฐานเพื่อความเข้าใจที่ถูกต้องเกี่ยวกับปัญหาสิ่งแวดล้อม โดยที่มนุษยชาติจะดำรงอยู่ไม่ได้ในโลกสมัยใหม่ แนวคิดถูกสร้างขึ้นเกี่ยวกับความซับซ้อนของความไม่สอดคล้องกันของกระบวนการต่าง ๆ รวมถึงกระบวนการทางเคมีซึ่งช่วยให้สามารถดึงความรู้จากหลักสูตรอื่น ๆ ในวงจรธรรมชาติและคณิตศาสตร์บนพื้นฐานนี้เพื่อสร้างความเข้าใจเชิงวิภาษวัตถุ - วัตถุนิยมของกิจกรรมโดยรอบ ในเวลาเดียวกัน หลักสูตรเคมีนี้ควรแก้ปัญหาของผู้ประกอบวิชาชีพด้านการศึกษา เช่น นักเคมี รวมถึงผู้ที่ต้องการความรู้เชิงลึกด้านเคมีเพื่อให้สามารถปฏิบัติงานทางวิชาชีพได้สำเร็จ ได้รับการออกแบบมาเพื่อสร้างรากฐานของความรู้ทางเคมีที่เป็นของแข็งบนพื้นฐานของความรู้และความเข้าใจด้านเคมีในระดับที่สูงขึ้นสามารถเกิดขึ้นได้ในระดับ X - XI ของโรงเรียนมัธยมศึกษา หลักสูตรนี้ใช้การเรียนการสอนที่แตกต่าง โดยคำนึงถึงลักษณะเฉพาะของการเรียนรู้ความรู้ทางเคมีทั้งโดยนักเรียนที่มีระดับการศึกษาต่ำในสื่อการเรียนการสอน และโดยนักเรียนที่มีระดับความเข้าใจเบื้องต้นเกี่ยวกับเคมีค่อนข้างสูง
โปรแกรมที่พัฒนาขึ้น "นิเวศวิทยาและวิภาษวิธี" มีความสัมพันธ์อย่างลึกซึ้งกับชีววิทยา ฟิสิกส์ ภูมิศาสตร์ และสาขาวิชาอื่น ๆ ที่ศึกษาในโรงเรียน ซึ่งจะช่วยให้นักเรียนสามารถสร้างความเข้าใจแบบองค์รวมของโลกรอบตัวพวกเขา
อย่างไรก็ตาม โปรแกรมนี้ออกแบบมาเพื่อการศึกษาเชิงลึกในวิชานี้ด้วยหลักสูตรโพรพีดีติคส์ในชั้นประถมศึกษาปีที่ 7 และเหมาะสำหรับโรงเรียนหรือชั้นเรียนเฉพาะทางเท่านั้น ผู้เชี่ยวชาญจาก Moscow State Pedagogical University ตั้งชื่อตาม N Zvereva และหลักสูตรบูรณาการจำนวนหนึ่งได้รับการพัฒนา: "ชีวมณฑลและมนุษย์", "นิเวศวิทยาและอารยธรรม" ซึ่งเป็นหลักสูตรเคมีเชิงนิเวศน์ “จากหัวข้อสู่หัวข้อ
โปรแกรมของหลักสูตรบูรณาการ "ชีวมณฑลและมนุษย์" มีไว้สำหรับนักเรียนในโรงเรียนมัธยมและสถาบันเฉพาะทางระดับมัธยมศึกษาของมนุษยศาสตร์ แนวทางนี้มีความเกี่ยวข้องมากกว่า เนื่องจากเมื่อเร็วๆ นี้ในการศึกษาด้านมนุษยศาสตร์ มีแนวโน้มเพิ่มขึ้นในการลดหลักสูตรในสาขาวิทยาศาสตร์ธรรมชาติ และวิชาเคมีเป็นหลัก การบูรณาการความรู้ด้านวิทยาศาสตร์ธรรมชาติช่วยให้เราแก้ปัญหาการสร้างการรับรู้โลกรอบตัวเราแบบองค์รวม พัฒนาความสนใจในวิทยาศาสตร์เคมี และพัฒนาความรู้ทางเคมีในระดับดี
จุดประสงค์ของหลักสูตรนี้คือเพื่อสร้างจิตสำนึกของนักเรียนสีเขียวและเผยแพร่การสอน แนวความคิดชั้นนำของหลักสูตร: มนุษย์เป็นสาเหตุของปัญหาสิ่งแวดล้อม และมีเพียงมนุษย์เท่านั้นที่สามารถแก้ไขได้ ความสมบูรณ์และความหลากหลายของโลก ความสนใจมุ่งเน้นไปที่การศึกษาธรรมชาติ ความหลากหลายของระดับการจัดระเบียบของชีวิต วิวัฒนาการของทั้งโลกอินทรีย์ และความสัมพันธ์ระหว่างมนุษย์กับธรรมชาติ
แต่หลักสูตร "ชีวมณฑลและมนุษย์" มีความเฉพาะเจาะจงมากและได้รับการประกาศให้เป็นวิชาเฉพาะทางแยกต่างหากในระดับ X-XI อย่างไรก็ตาม ไม่ใช่ทุกโรงเรียนที่มีชั่วโมงเรียนเพิ่มเติมในหลักสูตรเพื่อแนะนำหลักสูตรนี้
เสนอหลักสูตรนิเวศน์วิทยา “นิเวศวิทยาและอารยธรรม” ซึ่งมีลักษณะสหวิทยาการที่ชัดเจน ได้แก่ ปัญหาสิ่งแวดล้อมในเชิงปรัชญา-ประวัติศาสตร์ สังคม-ศีลธรรม ชีววิทยา ภูมิศาสตร์ และกายภาพ-เคมี
ในส่วนของการศึกษาด้านสิ่งแวดล้อมและการเลี้ยงดู propaedeutics ดำเนินการในระดับ I-VII ในรูปแบบของการศึกษาหลักสูตร "โลกรอบตัวคุณ" (ชั้นเรียน I-II), "วิทยาศาสตร์ธรรมชาติ" (ชั้นเรียน I-IV) นักเรียนเพิ่มเติม สะสมความรู้เกี่ยวกับวัตถุธรรมชาติ การพัฒนารูปแบบบางอย่างของธรรมชาติ ข้อเท็จจริงเกี่ยวกับผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมจากมนุษย์ การสอนเด็กนักเรียน
การวิเคราะห์คอฟและการสร้างแบบจำลองสถานการณ์ง่ายๆ ในขั้นตอนนี้ วิธีที่มีประสิทธิภาพมากที่สุดคือการสร้างวินัยทางวิชาการที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมร่วมกับวิชาเลือกที่มีปัญหา งานชมรม และงานประวัติศาสตร์ท้องถิ่น
ในกระบวนการสอนเคมีระดับ VIII และ IX สิ่งสำคัญคือต้องคำนึงถึงปัญหาในการปกป้องสิ่งแวดล้อมจากมลพิษทางเคมีด้วย หลักสูตรเคมีเชิงนิเวศน์มีพื้นฐานอยู่บนแนวคิดเกี่ยวกับความสัมพันธ์ระหว่างองค์ประกอบ โครงสร้าง คุณสมบัติ และการทำงานทางชีวภาพของสาร บทบาทคู่ของพวกเขาในธรรมชาติที่มีชีวิต ความสามารถในการแลกเปลี่ยนกันทางชีวภาพขององค์ประกอบทางเคมีและผลที่ตามมาของกระบวนการนี้ต่อสิ่งมีชีวิต สาเหตุของการหยุดชะงักของวัฏจักรชีวธรณีเคมี บทบาทของเคมีในการแก้ปัญหาสิ่งแวดล้อม
ในขั้นตอนสุดท้ายของการฝึกอบรม (เกรด X_XI) การปรับปรุงความรู้ทางเคมียังคงดำเนินต่อไปในกระบวนการเชี่ยวชาญหลักสูตรเคมีอินทรีย์และเคมีทั่วไป เนื้อหาช่วยให้เราพัฒนาแนวคิดเกี่ยวกับการสำแดงกฎเคมีในกระบวนการทางธรรมชาติ เข้าใจรูปแบบทางนิเวศวิทยาเช่นวัฏจักรและความต่อเนื่องของการแลกเปลี่ยนสสารระหว่างส่วนประกอบที่เป็นส่วนประกอบของชีวมณฑล
หลักสูตรเคมีนิเวศวิทยา เกรด X เสริมด้วยวิชาเลือก “เคมีและการคุ้มครองสิ่งแวดล้อม” ซึ่งครอบคลุมประเด็นทางเคมีของปัญหาสิ่งแวดล้อมในระดับท้องถิ่น ระดับภูมิภาค และระดับโลก ส่วนสำคัญของหลักสูตรนี้คือการประชุมเชิงปฏิบัติการในห้องปฏิบัติการซึ่งเกี่ยวข้องกับการจัดกิจกรรมการวิจัยของนักเรียนเพื่อศึกษาผลกระทบของมนุษย์ต่อวัตถุธรรมชาติ
มีการแนะนำวินัยทางวิชาการ "นิเวศวิทยาและอารยธรรม" ควบคู่ไปกับการศึกษาวิชาเคมีในระดับ X และ XI (14, หน้า 43)
เนื่องจากการบูรณาการหลักสูตรเหล่านี้ โปรแกรมต่างๆ จึงถูกนำไปใช้ในหลายวิชาและโดยอาจารย์หลายคน
สำหรับเกรด VIII - XI มีการเสนอโปรแกรมหลักสูตรเคมีที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม: จากหัวข้อหนึ่งไปยังอีกหัวข้อหนึ่ง จุดสนใจหลักอยู่ที่ปรากฏการณ์เหล่านั้น -
เลนิยาห์ซึ่งก่อให้เกิดความกังวลอย่างจริงจังต่อสถานะของสภาพแวดล้อมทางธรรมชาติและอนาคตของอารยธรรม: ภาวะโลกร้อน, การสูญเสียชั้นโอโซนในบรรยากาศ, ฝนกรด, การสะสมของโลหะหนักที่เป็นพิษและยาฆ่าแมลงในดิน, การปนเปื้อนในพื้นที่ขนาดใหญ่ด้วยนิวไคลด์กัมมันตภาพรังสี, การสูญเสียทรัพยากรธรรมชาติของโลก
ธรรมชาติในการพัฒนาตามธรรมชาตินั้นอยู่ในสมดุลแบบไดนามิก
ผลลัพธ์ทันทีของการมีปฏิสัมพันธ์ระหว่างมนุษย์กับธรรมชาติคือการเปลี่ยนแปลงองค์ประกอบทางเคมีของส่วนประกอบของสิ่งแวดล้อม นำไปสู่การเปลี่ยนแปลงในสมดุลทางธรรมชาติ
ความรู้ทางเคมีเป็นส่วนสำคัญของความรู้เกี่ยวกับพื้นฐานของการอนุรักษ์ธรรมชาติ การใช้ทรัพยากรธรรมชาติอย่างมีเหตุผล และการเปลี่ยนแปลงสิ่งแวดล้อมอย่างสมเหตุสมผลโดยมนุษย์
บทบาทของเคมีในการแก้ปัญหาสิ่งแวดล้อมในปัจจุบันมีความสำคัญ:
A) การศึกษาองค์ประกอบ โครงสร้าง คุณสมบัติ พฤติกรรมของสารในชั้นบรรยากาศ ดิน สภาพแวดล้อมทางน้ำ ผลกระทบที่เกิดขึ้นและผลิตภัณฑ์ของการเปลี่ยนแปลงที่มีต่อหัวข้อทางชีววิทยา
B) ด้วยการเปิดเผยกลไกของกระบวนการทางชีวชีวเคมีในวัฏจักรธรรมชาติขององค์ประกอบ เคมีมีส่วนช่วยในการแก้ปัญหาการเข้ามาของการผลิตทางอุตสาหกรรมที่เป็นธรรมชาติที่สุดและ "ไม่เจ็บปวด" สู่วัฏจักรธรรมชาติ ทำให้เป็นส่วนหนึ่งของระบบนิเวศใด ๆ
C) การใช้วิธีการต่าง ๆ ในการติดตามวิเคราะห์ทางเคมีของสถานะของวัตถุสิ่งแวดล้อมหรือคุณภาพของผลิตภัณฑ์สำเร็จรูปในหลายอุตสาหกรรม (เคมี, ปิโตรเคมี
, จุลชีววิทยา, เภสัชกรรม), เคมีช่วยให้คุณได้รับข้อมูลที่จำเป็นสำหรับการตัดสินใจในภายหลังในการป้องกันการเข้ามาของสารอันตราย
สารใหม่เข้าไปในวัตถุควบคุม การทำความสะอาดวัตถุเหล่านี้ วิธีการป้องกัน ฯลฯ
หลักสูตรเคมีเชิงนิเวศน์ช่วยให้สามารถเปิดเผยบทบาทพิเศษของวิทยาศาสตร์นี้ในการต่อสู้กับความไม่รู้ด้านสิ่งแวดล้อมซึ่งแสดงออกมาในแนวคิดที่ฝังแน่นของ "ความผิด" ของวิชาเคมีในสถานการณ์สิ่งแวดล้อมปัจจุบันเพื่อดึงดูดเด็กนักเรียนให้มาทำงานวิจัย เพื่อศึกษาสภาพของสภาพแวดล้อมทางธรรมชาติและปลูกฝังความรู้สึกรับผิดชอบส่วนบุคคลในการอนุรักษ์
คุณค่าของโปรแกรมนี้อยู่ที่ข้อเท็จจริงที่ว่าแนวคิดด้านสิ่งแวดล้อมสะท้อนอยู่ในทุกหัวข้อในวิชาเคมี การขยาย เจาะลึก และจัดระบบความรู้ของนักเรียนเกี่ยวกับกฎเคมีขั้นพื้นฐานและความสัมพันธ์กับสภาวะของสิ่งแวดล้อม เมื่อพิจารณาถึงประเด็นทางเคมีใดๆ ก็สามารถนำเสนอประเด็นด้านสิ่งแวดล้อมในรูปแบบของข้อความสั้น รายงานในชั้นเรียน ปกป้องเรียงความ การจัดทำการทดลองด้านสิ่งแวดล้อม หรือการแก้ปัญหาสิ่งแวดล้อมที่ช่วยในการเชี่ยวชาญกฎเคมีโดยใช้สิ่งแวดล้อมเฉพาะ ตัวอย่าง.
A (MPGU ตั้งชื่อตาม V.I. Lenin), (LGUU), Mu (MNPO "Sintez"), (MSU ตั้งชื่อตาม..) ได้พัฒนาโปรแกรมวิชาเลือกเกี่ยวกับการศึกษาด้านสิ่งแวดล้อมสำหรับเด็กนักเรียน: "วิถีชีวิตของมนุษย์ที่มีสุขภาพดีในชีวมณฑลที่มีมลพิษ", "พื้นฐานของระบบนิเวศทั่วไปและการคุ้มครองสิ่งแวดล้อม", "ปัญหาทางนิเวศวิทยาของภูมิภาคเลนินกราด", "บทบาททางชีวภาพขององค์ประกอบทางเคมี" หลักสูตรวิชาเลือกเหล่านี้รับประกันการก่อตัวของระบบความรู้ของนักเรียน (ระดับความตระหนักด้านสิ่งแวดล้อม) พร้อมด้วยองค์ประกอบของวัฒนธรรมสิ่งแวดล้อม (การปฐมนิเทศคุณค่าของนักเรียนต่อการจัดการสิ่งแวดล้อมตามหลักวิทยาศาสตร์) เพื่อศึกษาพื้นฐานนิเวศวิทยาที่เกี่ยวข้องกับพื้นฐานเคมีให้สมบูรณ์ยิ่งขึ้น วงจรการศึกษาทั่วไปที่มีเนื้อหาเกี่ยวกับสิ่งแวดล้อมทั่วไป
การทำภารกิจเหล่านี้ให้สำเร็จจะเพิ่มระดับแรงจูงใจในการเรียนรู้และอำนวยความสะดวกในกระบวนการรับความรู้
เมื่อสร้างความแตกต่างด้วยความสนใจ เทคโนโลยีจะเข้ามาสัมผัสกับเทคโนโลยีการสอนด้านการศึกษาเชิงวัฒนธรรม ซึ่งมีส่วนทำให้เกิดความเป็นมนุษย์ของการศึกษา ส่วนหนึ่งของเทคโนโลยีนี้มีแผนกวัฒนธรรมสิ่งแวดล้อม: การทำความคุ้นเคยกับปัญหาการอนุรักษ์ธรรมชาติ สภาพแวดล้อมของมนุษย์ วัฒนธรรมของมนุษย์ที่เป็นเอกลักษณ์: การเลี้ยงดูความรักในธรรมชาติ การศึกษาเชิงลึกเกี่ยวกับภูมิศาสตร์ ชีววิทยา และเคมี เนื่องจากเทคโนโลยีเฉพาะเจาะจงซึ่งมักมีระเบียบวิธีและเทคโนโลยีในท้องถิ่นจึงสามารถนำมาใช้เทคโนโลยีการศึกษาด้านสิ่งแวดล้อมได้ T. V. Kucher et al.
เพื่อให้การสอนวิชาเคมีเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม พวกเขายังใช้เทคโนโลยีการทำงานร่วมกันและเทคโนโลยีกลุ่มที่มีผลกระตุ้นพัฒนาการของเด็ก พวกเขาเกี่ยวข้องกับการสื่อสาร ปฏิสัมพันธ์ การแลกเปลี่ยนข้อมูลระหว่างนักเรียน และความเข้าใจร่วมกัน
กระบวนการเรียนรู้ยังขึ้นอยู่กับเทคโนโลยีทางเลือกและเทคโนโลยีของการศึกษาเพื่อการพัฒนาตามหลักการมานุษยวิทยาตามที่การพัฒนาความสามารถในการเรียนรู้นำพาบุคคลไปสู่ความสมบูรณ์แบบ มานุษยวิทยารองรับการสอนของ Waldorf ของ R. Steiner การพัฒนาความสามารถทางปัญญาดำเนินการโดยใช้เทคโนโลยีและ การศึกษาด้านพัฒนาการคำนึงถึงและใช้รูปแบบของการพัฒนา ปรับให้เข้ากับระดับและคุณลักษณะของเด็ก (3, หน้า 80-83: หน้า 109: หน้า 119-122: หน้า 1516 หน้า 181)
การใช้เทคโนโลยีเหล่านี้ทำให้สามารถปรับบุคลิกภาพของนักเรียนให้เข้ากับการรับรู้ทุกสิ่งรอบตัวในฐานะนักวิจัยที่สนใจซึ่งรู้สึกถึงความรับผิดชอบส่วนบุคคลต่อผลที่ตามมาของกิจกรรมของเขาต่อผู้อื่นและต่อธรรมชาติ
ฉันใช้ชิ้นส่วนของเทคโนโลยีที่กล่าวถึงข้างต้นโดย N. P. Guzik, I. N. Zakatova, NT Suraveshnaya, TV Kucher, R. Steiner, DB Elkonin และ V.V. Davydov เมื่อทำบทเรียนด้านสิ่งแวดล้อมและกิจกรรมนอกหลักสูตรในหัวข้อด้านสิ่งแวดล้อม
2.2. รูปแบบการจัดชั้นเรียนสิ่งแวดล้อมศึกษาเมื่อสอนวิชาเคมี
จากมุมมองของมืออาชีพ ฉันสนใจรูปแบบการจัดชั้นเรียนที่ไม่ได้มาตรฐานและคำนึงถึงความรู้ของนักเรียน เช่น บทเรียนทดสอบ บทเรียนสัมมนา บทเรียนการประชุม การใช้การสอน การเล่นตามบทบาท และเกมธุรกิจ องค์ประกอบ ของ tetradition ฉันใช้ปฏิสัมพันธ์ที่มีคุณค่าซึ่งกันและกันของสาขาวิชาวิทยาศาสตร์ธรรมชาติเพื่อสร้างทัศนคติแบบองค์รวมต่อธรรมชาติและกระตุ้นให้เกิดมาตรฐานการดำเนินชีวิตที่มีสุขภาพดี
เพื่อเสริมสร้างแนวทางด้านสิ่งแวดล้อมของการศึกษาในโรงเรียน ฉันแนะนำการพิจารณาประเด็นด้านสิ่งแวดล้อมในสื่อการศึกษาของแต่ละหัวข้อ ฉันมอบพื้นที่ให้กับนักเรียนนักนิเวศวิทยาที่ปฏิบัติหน้าที่เพื่อเน้นปัญหาสิ่งแวดล้อมที่สำคัญที่สุดภายในกรอบของหัวข้อนี้ ซึ่งจะช่วยให้ การใช้ความรู้ด้านสิ่งแวดล้อมอย่างสมบูรณ์ที่สุดเพื่อสร้างทัศนคติการดูแลเอาใจใส่ของนักเรียนต่อธรรมชาติ ความพร้อมที่จะใช้มาตรการเชิงรุกเพื่อปกป้องธรรมชาติ
แนวคิดการสอนของฉันในการสอนวิชาเคมีที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมนั้นใกล้เคียงกับหลักสูตรเคมีเชิงนิเวศน์: จากหัวข้อหนึ่งไปอีกหัวข้อหนึ่ง ในบทเรียนของฉัน ฉันใช้การทดลองด้านสิ่งแวดล้อม งานหรือคำถาม และการปฏิบัติงานโดยคำนึงถึงสิ่งแวดล้อมเป็นหลัก
เมื่อศึกษาโครงสร้างและคุณสมบัติของโลหะทรานซิชัน ฉันได้จัดบทเรียนสัมมนาเรื่อง "ลักษณะโครงสร้างขององค์ประกอบ d และผลกระทบที่มีต่อสิ่งแวดล้อมและสุขภาพของมนุษย์" วิธีบทเรียนนี้เป็นการสัมมนาประเภทพัฒนาการและการศึกษา
วัตถุประสงค์ของบทเรียนคือเพื่อสรุปความรู้ของนักเรียนเกี่ยวกับกฎธาตุ โครงสร้างของอะตอม สถานะของอิเล็กตรอนในอะตอม เสริมสร้างทักษะการเขียนวงจรอิเล็กทรอนิกส์ สูตร การเปรียบเทียบองค์ประกอบทางเคมีด้วยเคมี
กิจกรรมไมค์ ทำให้นักเรียนคุ้นเคยกับรูปแบบบางอย่างที่กำหนดความชุกของโลหะในธรรมชาติความเป็นพิษและการมีส่วนร่วมในการเผาผลาญของสิ่งมีชีวิตตามตำแหน่งขององค์ประกอบ - โลหะในตารางธาตุ การเปิดเผยสาเหตุของมลภาวะต่อสิ่งแวดล้อมโดยองค์ประกอบ d บ่งชี้แหล่งที่มาหลักของมลพิษ พัฒนาความสามารถของเด็กนักเรียนในการทำนายและวิเคราะห์ผลที่ตามมาของมลพิษทางโลหะในสภาพแวดล้อมทางธรรมชาติ ทำความคุ้นเคยกับแนวทางหลักในการป้องกันมลพิษ
ฉันเลือกคำพูดเป็นคติประจำบทเรียน: “วิทยาศาสตร์จะมีประโยชน์ก็ต่อเมื่อเรายอมรับมันไม่เพียงด้วยความคิดของเราเท่านั้น แต่ยังด้วยใจของเราด้วย”
แผนการสัมมนา
1) ตำแหน่งขององค์ประกอบ d ในตารางธาตุ
2) คุณสมบัติของโครงสร้างอะตอมขององค์ประกอบ d คุณสมบัติของพวกมัน
3) d - องค์ประกอบและสิ่งมีชีวิต
4) บทบาททางชีวภาพและผลกระทบที่เป็นพิษขององค์ประกอบ d
5) ปัญหามลภาวะต่อสิ่งแวดล้อมด้วยโลหะและแนวทางแก้ไข
6) การค้นหาองค์ประกอบ d ในธรรมชาติ แร่ธาตุที่มีองค์ประกอบ d ในภูมิภาค Voronezh
ในตอนต้นของบทเรียน ฉันอัปเดตความรู้และดำเนินการสำรวจรายบุคคลและหน้าผาก
ก) การสำรวจรายบุคคล
1. ทำงานโดยใช้การ์ด
2. องค์ประกอบใดเรียกว่าองค์ประกอบ d?
3. กำหนดลักษณะตำแหน่งขององค์ประกอบ d ในตารางธาตุ
4. คุณสมบัติของโครงสร้างอะตอมขององค์ประกอบ d การเติมระดับย่อยพลังงานด้วยอิเล็กตรอน ปรากฏการณ์ “ความล้มเหลวของอิเล็กตรอน”
b) การสำรวจด้านหน้า
1. ให้การกำหนดกฎหมายเป็นระยะที่ทันสมัย
2. ความหมายทางกายภาพของหมายเลขประจำเครื่อง หมายเลขกลุ่ม และงวดขององค์ประกอบคืออะไร?
3. ตัวเลขควอนตัมใดที่อธิบายสถานะของอิเล็กตรอนในอะตอม
4. กฎอะไรที่รองรับการวาดแผนภาพกราฟิกของโครงสร้างของอะตอม?
5. จัดทำแผนภาพกราฟิกและเขียนสูตรอิเล็กทรอนิกส์สำหรับโครงสร้างอะตอมขององค์ประกอบทางเคมีต่อไปนี้: สแกนเดียม, เหล็ก, ไนโอเบียม, (“ความล้มเหลว” ของอิเล็กตรอน) (ตรวจสอบดวงชะตา)
ในขั้นที่ 2 ฉันขอให้นักเรียนทำงานข้อความโดยใช้ 3 ตัวเลือก พวกเขาจะเขียนคำตอบลงในกระดาษกรองที่แช่ในฟีนอล์ฟทาลีน แล้วหยดสารละลายอัลคาไลลงในตำแหน่งที่ต้องการตามความเห็นของพวกเขา หากตอบถูก สัญญาณสีจะปรากฏบนกระดาษ
ทำให้สามารถประเมินผลงานของนักเรียนได้ทันที
ลักษณะเฉพาะของโครงสร้างของอะตอมขององค์ประกอบ d เกิดจากการมีอยู่ของเวเลนซ์ออร์บิทัลที่มากเกินไปและการขาด
ปัจจุบันนี้ ไม่จำเป็นต้องโน้มน้าวใครให้เชื่อถึงประเด็นสำคัญอันใหญ่หลวงที่เกี่ยวข้องกับการคุ้มครองสิ่งแวดล้อมเพื่อมวลมนุษยชาติ ปัญหานี้ซับซ้อนและหลากหลาย ไม่เพียงแต่ครอบคลุมแง่มุมทางวิทยาศาสตร์เท่านั้น แต่ยังรวมไปถึงเศรษฐกิจ สังคม การเมือง กฎหมาย และสุนทรียศาสตร์ด้วย
กระบวนการที่กำหนดสถานะปัจจุบันของชีวมณฑลนั้นขึ้นอยู่กับการเปลี่ยนแปลงทางเคมีของสาร แง่มุมทางเคมีของปัญหาการปกป้องสิ่งแวดล้อมก่อให้เกิดส่วนใหม่ของเคมีสมัยใหม่ ที่เรียกว่านิเวศวิทยาเคมี ทิศทางนี้จะตรวจสอบกระบวนการทางเคมีที่เกิดขึ้นในชีวมณฑล มลพิษทางเคมีของสิ่งแวดล้อม และผลกระทบต่อความสมดุลของระบบนิเวศ ระบุลักษณะของมลพิษทางเคมีหลักและวิธีการกำหนดระดับมลพิษ พัฒนาวิธีการทางกายภาพและเคมีเพื่อต่อสู้กับมลภาวะต่อสิ่งแวดล้อม และการค้นหา สำหรับแหล่งพลังงานใหม่ๆ ที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม และอื่นๆ
แน่นอนว่าการทำความเข้าใจแก่นแท้ของปัญหาการคุ้มครองสิ่งแวดล้อมนั้นจำเป็นต้องอาศัยความคุ้นเคยกับแนวคิดเบื้องต้น คำจำกัดความ การตัดสิน การศึกษาโดยละเอียดซึ่งไม่เพียงช่วยให้เข้าใจแก่นแท้ของปัญหาอย่างลึกซึ้งเท่านั้น แต่ยังรวมถึง การพัฒนาการศึกษาด้านสิ่งแวดล้อม ทรงกลมทางธรณีวิทยาของโลกตลอดจนโครงสร้างของชีวมณฑลและกระบวนการทางเคมีที่เกิดขึ้นในนั้นสรุปไว้ในแผนภาพที่ 1
โดยปกติแล้ว geospheres หลายแห่งจะมีความโดดเด่น เปลือกโลกเป็นเปลือกแข็งชั้นนอกของโลก ประกอบด้วย 2 ชั้น ชั้นบนเกิดจากหินตะกอนรวมทั้งหินแกรนิต และชั้นล่างเป็นหินบะซอลต์ ไฮโดรสเฟียร์คือมหาสมุทรและทะเลทั้งหมด (มหาสมุทรโลก) ซึ่งคิดเป็น 71% ของพื้นผิวโลก เช่นเดียวกับทะเลสาบและแม่น้ำ ความลึกของมหาสมุทรโดยเฉลี่ยคือ 4 กม. และในบางพื้นที่อาจสูงถึง 11 กม. บรรยากาศเป็นชั้นเหนือพื้นผิวของเปลือกโลกและไฮโดรสเฟียร์ซึ่งสูงถึง 100 กม. ชั้นล่างของชั้นบรรยากาศ (15 กม.) เรียกว่าชั้นโทรโพสเฟียร์ รวมถึงไอน้ำที่ลอยอยู่ในอากาศ ซึ่งเคลื่อนที่เมื่อพื้นผิวดาวเคราะห์ได้รับความร้อนไม่สม่ำเสมอ สตราโตสเฟียร์ทอดยาวเหนือชั้นโทรโพสเฟียร์ ณ ขอบเขตที่แสงเหนือปรากฏขึ้น ในสตราโตสเฟียร์ที่ระดับความสูง 45 กม. มีชั้นโอโซนที่สะท้อนรังสีคอสมิกที่ทำลายชีวิตและรังสีอัลตราไวโอเลตบางส่วน เหนือสตราโตสเฟียร์จะขยายชั้นไอโอโนสเฟียร์ซึ่งเป็นชั้นของก๊าซที่ทำให้บริสุทธิ์ซึ่งทำจากอะตอมที่แตกตัวเป็นไอออน
ในบรรดาทรงกลมทั้งหมดของโลก ชีวมณฑลครอบครองสถานที่พิเศษ ชีวมณฑลคือเปลือกทางธรณีวิทยาของโลกร่วมกับสิ่งมีชีวิตที่อาศัยอยู่: จุลินทรีย์ พืช สัตว์ ประกอบด้วยส่วนบนของเปลือกโลก ไฮโดรสเฟียร์ทั้งหมด โทรโพสเฟียร์ และส่วนล่างของชั้นสตราโตสเฟียร์ (รวมถึงชั้นโอโซนด้วย) ขอบเขตของชีวมณฑลถูกกำหนดโดยขีดจำกัดบนของชีวิต ซึ่งถูกจำกัดโดยความเข้มข้นที่รุนแรงของรังสีอัลตราไวโอเลต และขีดจำกัดล่าง ถูกจำกัดโดยอุณหภูมิสูงภายในโลก มีเพียงสิ่งมีชีวิตระดับล่างเท่านั้น - แบคทีเรีย - ถึงขีดจำกัดสูงสุดของชีวมณฑล ครอบครองสถานที่พิเศษในชีวมณฑล ชั้นป้องกันโอโซน- บรรยากาศมีเพียงปริมาตร % โอโซน แต่มันสร้างสภาวะบนโลกที่ทำให้สิ่งมีชีวิตเกิดขึ้นและพัฒนาต่อไปบนโลกของเรา
วัฏจักรของสสารและพลังงานอย่างต่อเนื่องเกิดขึ้นในชีวมณฑล โดยพื้นฐานแล้วองค์ประกอบเดียวกันนั้นมีส่วนเกี่ยวข้องอย่างต่อเนื่องในวัฏจักรของสสาร: ไฮโดรเจน, คาร์บอน, ไนโตรเจน, ออกซิเจน, ซัลเฟอร์ จากธรรมชาติที่ไม่มีชีวิตพวกมันผ่านเข้าไปในองค์ประกอบของพืชจากพืชไปสู่สัตว์และมนุษย์ อะตอมของธาตุเหล่านี้ยังคงอยู่ในวงกลมแห่งชีวิตเป็นเวลาหลายร้อยล้านปี ซึ่งได้รับการยืนยันโดยการวิเคราะห์ไอโซโทป องค์ประกอบทั้งห้านี้เรียกว่าไบโอฟิลิก (รักชีวิต) ไม่ใช่ไอโซโทปทั้งหมด แต่เป็นเพียงองค์ประกอบเบาเท่านั้น ดังนั้น ในไอโซโทปทั้งสามของไฮโดรเจนจึงมีเพียง . ไอโซโทปออกซิเจนทั้งสามไอโซโทปที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติ 
ไบโอฟิลิกเท่านั้น และจากไอโซโทปคาร์บอนเท่านั้น
บทบาทของคาร์บอนในการเกิดขึ้นของสิ่งมีชีวิตบนโลกนั้นยิ่งใหญ่มาก มีเหตุผลให้เชื่อได้ว่าในระหว่างการก่อตัวของเปลือกโลก คาร์บอนส่วนหนึ่งได้เข้าสู่ชั้นลึกในรูปของแร่ธาตุ เช่น คาร์ไบด์ และอีกส่วนหนึ่งถูกกักไว้โดยชั้นบรรยากาศในรูปของ CO อุณหภูมิที่ลดลงในบางช่วงของการก่อตัวของดาวเคราะห์นั้นมาพร้อมกับปฏิกิริยาของ CO กับไอน้ำผ่านปฏิกิริยา kcal ดังนั้นเมื่อถึงเวลาที่น้ำของเหลวปรากฏบนโลก คาร์บอนในชั้นบรรยากาศจะต้องอยู่ในรูปของคาร์บอนไดออกไซด์ . ตามแผนภาพวัฏจักรคาร์บอนด้านล่าง คาร์บอนไดออกไซด์ในบรรยากาศถูกสกัดโดยพืช (1) และผ่านการเชื่อมต่ออาหาร (2) คาร์บอนเข้าสู่ร่างกายของสัตว์:
การหายใจของสัตว์และพืชและการสลายตัวของซากพวกมันจะส่งคาร์บอนจำนวนมหาศาลกลับสู่ชั้นบรรยากาศและน้ำทะเลในรูปของคาร์บอนไดออกไซด์อย่างต่อเนื่อง (3, 4) ในเวลาเดียวกัน มีการกำจัดคาร์บอนออกจากวงจรบางส่วนเนื่องจากการทำให้เป็นแร่บางส่วนของซากพืช (5) และสัตว์ (6)
การกำจัดคาร์บอนออกจากวงจรเพิ่มเติมและมีประสิทธิภาพยิ่งขึ้นคือกระบวนการอนินทรีย์ของการผุกร่อนของหิน (7) ซึ่งโลหะที่พวกมันมีอยู่ภายใต้อิทธิพลของบรรยากาศจะถูกเปลี่ยนเป็นเกลือคาร์บอนไดออกไซด์ซึ่งถูกชะล้างออกไป น้ำและพัดพาไปตามแม่น้ำสู่มหาสมุทร ตามด้วยการตกตะกอนบางส่วน ตามการประมาณการคร่าวๆ คาร์บอนมากถึง 2 พันล้านตันจะถูกจับตัวกันทุกปีเมื่อหินถูกผุกร่อนจากชั้นบรรยากาศ การบริโภคปริมาณมหาศาลดังกล่าวไม่สามารถชดเชยด้วยกระบวนการทางธรรมชาติต่างๆ ที่เกิดขึ้นอย่างอิสระ (การปะทุของภูเขาไฟ แหล่งก๊าซ ผลกระทบของพายุฝนฟ้าคะนองต่อหินปูน ฯลฯ) ซึ่งนำไปสู่การถ่ายเทคาร์บอนแบบย้อนกลับจากแร่ธาตุสู่ชั้นบรรยากาศ (8) ดังนั้นทั้งระยะอนินทรีย์และอินทรีย์ของวัฏจักรคาร์บอนจึงมีจุดมุ่งหมายเพื่อลดปริมาณในชั้นบรรยากาศ ในเรื่องนี้ ควรสังเกตว่ากิจกรรมของมนุษย์ที่มีสติมีอิทธิพลอย่างมากต่อวัฏจักรคาร์บอนโดยรวม และส่งผลกระทบต่อทุกทิศทางของกระบวนการที่เกิดขึ้นระหว่างวัฏจักรธรรมชาติ ในท้ายที่สุดจะชดเชยการรั่วไหลจากบรรยากาศ พอจะกล่าวได้ว่าเนื่องจากการเผาไหม้ถ่านหินเพียงอย่างเดียว คาร์บอนมากกว่า 1 พันล้านตันจึงถูกส่งคืนสู่ชั้นบรรยากาศทุกปี (ในช่วงกลางศตวรรษของเรา) เมื่อพิจารณาถึงการบริโภคเชื้อเพลิงฟอสซิลประเภทอื่นๆ (พีท น้ำมัน ฯลฯ) ตลอดจนกระบวนการทางอุตสาหกรรมจำนวนหนึ่งที่นำไปสู่การปล่อยก๊าซ เราสามารถสรุปได้ว่าตัวเลขนี้สูงกว่านั้นจริงๆ
ดังนั้น อิทธิพลของมนุษย์ต่อวงจรการเปลี่ยนแปลงคาร์บอนจึงตรงกันข้ามกับผลลัพธ์ทั้งหมดของวัฏจักรธรรมชาติ:
สมดุลพลังงานของโลกประกอบด้วยแหล่งต่างๆ แต่แหล่งที่สำคัญที่สุดคือพลังงานแสงอาทิตย์และพลังงานกัมมันตภาพรังสี ในช่วงวิวัฒนาการของโลก การสลายกัมมันตภาพรังสีมีความรุนแรง และเมื่อ 3 พันล้านปีก่อนมีความร้อนจากกัมมันตภาพรังสีมากกว่าปัจจุบันถึง 20 เท่า ในปัจจุบัน ความร้อนของรังสีดวงอาทิตย์ที่ตกมายังโลกมีมากกว่าความร้อนภายในจากการสลายกัมมันตรังสีอย่างมาก ดังนั้น แหล่งความร้อนหลักจึงถือเป็นพลังงานของดวงอาทิตย์ได้ ดวงอาทิตย์ให้ความร้อนแก่เราต่อปี ตามแผนภาพด้านบน พลังงานแสงอาทิตย์ 40% ถูกโลกสะท้อนออกสู่อวกาศ และ 60% ถูกดูดซับโดยชั้นบรรยากาศและดิน พลังงานส่วนหนึ่งถูกใช้ไปกับการสังเคราะห์ด้วยแสง ส่วนหนึ่งไปสู่ปฏิกิริยาออกซิเดชันของสารอินทรีย์ และส่วนหนึ่งถูกอนุรักษ์ไว้ในถ่านหิน น้ำมัน และพีท พลังงานแสงอาทิตย์กระตุ้นกระบวนการทางภูมิอากาศ ธรณีวิทยา และชีวภาพบนโลกในระดับที่ยิ่งใหญ่ ภายใต้อิทธิพลของชีวมณฑล พลังงานแสงอาทิตย์จะถูกแปลงเป็นพลังงานรูปแบบต่างๆ ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลง การอพยพ และการหมุนเวียนของสารอย่างมหาศาล แม้จะมีความยิ่งใหญ่ แต่ชีวมณฑลก็เป็นระบบเปิด เนื่องจากได้รับพลังงานจากแสงอาทิตย์อย่างต่อเนื่อง
การสังเคราะห์ด้วยแสงประกอบด้วยชุดปฏิกิริยาที่ซับซ้อนที่มีลักษณะต่างกัน ในกระบวนการนี้ พันธะในโมเลกุลและถูกจัดเรียงใหม่ ดังนั้น แทนที่จะเกิดพันธะคาร์บอน-ออกซิเจนและไฮโดรเจน-ออกซิเจนแบบเดิม พันธะเคมีชนิดใหม่จึงเกิดขึ้น: คาร์บอน-ไฮโดรเจน และคาร์บอน-คาร์บอน:
จากการเปลี่ยนแปลงเหล่านี้โมเลกุลคาร์โบไฮเดรตจะปรากฏขึ้นซึ่งเป็นแหล่งรวมพลังงานในเซลล์ ดังนั้นในแง่เคมี สาระสำคัญของการสังเคราะห์ด้วยแสงจึงอยู่ที่การจัดเรียงพันธะเคมีใหม่ จากมุมมองนี้ การสังเคราะห์ด้วยแสงสามารถเรียกได้ว่าเป็นกระบวนการสังเคราะห์สารประกอบอินทรีย์โดยใช้พลังงานแสง สมการโดยรวมของการสังเคราะห์ด้วยแสงแสดงให้เห็นว่านอกเหนือจากคาร์โบไฮเดรตแล้ว ออกซิเจนยังถูกผลิตด้วย:
แต่สมการนี้ไม่ได้ให้แนวคิดเกี่ยวกับกลไกของมัน การสังเคราะห์ด้วยแสงเป็นกระบวนการที่ซับซ้อนและหลายขั้นตอน ซึ่งจากมุมมองทางชีวเคมี บทบาทสำคัญคือคลอโรฟิลล์ ซึ่งเป็นสารอินทรีย์สีเขียวที่ดูดซับควอนตัมพลังงานแสงอาทิตย์ กลไกของกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงสามารถแสดงได้ด้วยแผนภาพต่อไปนี้:
ดังที่เห็นได้จากแผนภาพในช่วงแสงของการสังเคราะห์ด้วยแสงพลังงานส่วนเกินของอิเล็กตรอน "ตื่นเต้น" ทำให้เกิดกระบวนการ: โฟโตไลซิส - ด้วยการก่อตัวของโมเลกุลออกซิเจนและอะตอมไฮโดรเจน:
และการสังเคราะห์กรดอะดีโนซีน ไตรฟอสฟอริก (ATP) จากกรดอะดีโนซีน ไดฟอสฟอริก (ADP) และกรดฟอสฟอริก (P) ในช่วงมืดการสังเคราะห์คาร์โบไฮเดรตเกิดขึ้นสำหรับการดำเนินการซึ่งพลังงานของ ATP และอะตอมไฮโดรเจนซึ่งเกิดขึ้นในช่วงแสงอันเป็นผลมาจากการแปลงพลังงานแสงจากดวงอาทิตย์ถูกใช้ไป ผลผลิตโดยรวมของการสังเคราะห์ด้วยแสงนั้นมีมหาศาล ทุกๆ ปีพืชพรรณของโลกจะกักเก็บคาร์บอนถึง 170 พันล้านตัน นอกจากนี้ พืชยังต้องใช้ฟอสฟอรัส ซัลเฟอร์ และองค์ประกอบอื่น ๆ อีกหลายพันล้านตันในการสังเคราะห์ ซึ่งเป็นผลมาจากการสังเคราะห์สารอินทรีย์ประมาณ 400 พันล้านตันต่อปี อย่างไรก็ตาม เพื่อความยิ่งใหญ่ การสังเคราะห์ด้วยแสงตามธรรมชาติเป็นกระบวนการที่ช้าและไม่มีประสิทธิภาพ เนื่องจากใบไม้สีเขียวใช้พลังงานเพียง 1% ของพลังงานแสงอาทิตย์ที่ตกกระทบในการสังเคราะห์ด้วยแสง
ตามที่ระบุไว้ข้างต้นอันเป็นผลมาจากการดูดซับคาร์บอนไดออกไซด์และการเปลี่ยนแปลงเพิ่มเติมในระหว่างการสังเคราะห์ด้วยแสงทำให้เกิดโมเลกุลคาร์โบไฮเดรตซึ่งทำหน้าที่เป็นโครงกระดูกคาร์บอนสำหรับการสร้างสารประกอบอินทรีย์ทั้งหมดในเซลล์ สารอินทรีย์ที่เกิดขึ้นระหว่างการสังเคราะห์ด้วยแสงนั้นมีพลังงานภายในสูง แต่พลังงานที่สะสมอยู่ในผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายของการสังเคราะห์ด้วยแสงนั้นไม่สามารถนำไปใช้โดยตรงในปฏิกิริยาเคมีที่เกิดขึ้นในสิ่งมีชีวิตได้ การแปลงพลังงานศักย์นี้ให้อยู่ในรูปแบบแอคทีฟนั้นดำเนินการในกระบวนการทางชีวเคมีอื่น - การหายใจ ปฏิกิริยาทางเคมีหลักของกระบวนการหายใจคือการดูดซับออกซิเจนและการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์:
อย่างไรก็ตาม กระบวนการหายใจมีความซับซ้อนมาก มันเกี่ยวข้องกับการกระตุ้นอะตอมไฮโดรเจนของสารตั้งต้นอินทรีย์ การปล่อยและการระดมพลังงานในรูปของ ATP และการสร้างโครงกระดูกคาร์บอน ในระหว่างกระบวนการหายใจ คาร์โบไฮเดรต ไขมัน และโปรตีน ในปฏิกิริยาออกซิเดชันทางชีวภาพและการปรับโครงสร้างของโครงกระดูกอินทรีย์อย่างค่อยเป็นค่อยไป จะละทิ้งอะตอมไฮโดรเจนเพื่อสร้างรูปแบบที่ลดลง อย่างหลังเมื่อออกซิไดซ์ในห่วงโซ่การหายใจ จะปล่อยพลังงานซึ่งสะสมอยู่ในรูปแบบแอคทีฟในปฏิกิริยาควบคู่ของการสังเคราะห์ ATP ดังนั้นการสังเคราะห์ด้วยแสงและการหายใจจึงแตกต่างกัน แต่มีความสัมพันธ์กันอย่างใกล้ชิดในการแลกเปลี่ยนพลังงานทั่วไป ในเซลล์ของพืชสีเขียว กระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงและการหายใจมีความเชื่อมโยงกันอย่างใกล้ชิด กระบวนการหายใจในเซลล์เหล่านั้น เช่นเดียวกับในเซลล์ของสิ่งมีชีวิตอื่นๆ ทั้งหมดนั้นคงที่ ในระหว่างวัน การสังเคราะห์ด้วยแสงเกิดขึ้นพร้อมกับการหายใจ เซลล์พืชแปลงพลังงานแสงเป็นพลังงานเคมี สังเคราะห์สารอินทรีย์ และปล่อยออกซิเจนเป็นผลพลอยได้จากปฏิกิริยา ปริมาณออกซิเจนที่เซลล์พืชปล่อยออกมาในระหว่างการสังเคราะห์ด้วยแสงนั้นมากกว่าการดูดซึมของมัน 20-30 เท่าในระหว่างกระบวนการหายใจพร้อมกัน ดังนั้นในระหว่างวัน เมื่อทั้งสองกระบวนการเกิดขึ้นในพืช อากาศจะเต็มไปด้วยออกซิเจน และในเวลากลางคืนเมื่อการสังเคราะห์ด้วยแสงหยุดลง มีเพียงกระบวนการหายใจเท่านั้นที่จะคงอยู่
ออกซิเจนที่จำเป็นสำหรับการหายใจเข้าสู่ร่างกายมนุษย์ผ่านทางปอด ซึ่งมีผนังบางและชื้นมีพื้นที่ผิวขนาดใหญ่ (ประมาณ 90) และถูกทะลุผ่านหลอดเลือด เมื่อเข้าไปในนั้นออกซิเจนจะก่อตัวขึ้นโดยมีฮีโมโกลบินที่มีอยู่ในเซลล์เม็ดเลือดแดง - เม็ดเลือดแดง - สารประกอบทางเคมีที่เปราะบาง - ออกซีฮีโมโกลบินและในรูปแบบนี้จะถูกลำเลียงโดยเลือดแดงแดงไปยังเนื้อเยื่อทั้งหมดของร่างกาย ในนั้นออกซิเจนจะถูกแยกออกจากฮีโมโกลบินและรวมอยู่ในกระบวนการเผาผลาญต่าง ๆ โดยเฉพาะอย่างยิ่งมันจะออกซิไดซ์สารอินทรีย์ที่เข้าสู่ร่างกายในรูปของอาหาร ในเนื้อเยื่อคาร์บอนไดออกไซด์จะรวมตัวกับฮีโมโกลบินทำให้เกิดสารประกอบที่เปราะบาง - คาร์โบฮีโมโกลบิน ในรูปแบบนี้และบางส่วนอยู่ในรูปของเกลือของกรดคาร์บอนิกและในรูปแบบที่ละลายทางกายภาพ คาร์บอนไดออกไซด์จะเข้าสู่ปอดด้วยการไหลเวียนของเลือดดำสีเข้มซึ่งจะถูกขับออกจากร่างกาย ตามแผนผังกระบวนการแลกเปลี่ยนก๊าซในร่างกายมนุษย์สามารถแสดงได้ด้วยปฏิกิริยาต่อไปนี้:
โดยทั่วไปแล้วอากาศที่บุคคลสูดเข้าไปจะมี 21% (โดยปริมาตร) และ 0.03% และอากาศที่หายใจออกประกอบด้วย 16% และ 4%; ต่อวันคนหายใจออก 0.5 เช่นเดียวกับออกซิเจน คาร์บอนมอนอกไซด์ (CO) ทำปฏิกิริยากับฮีโมโกลบิน และสารประกอบที่ได้คือฮีม CO ทนทานกว่ามาก ดังนั้นแม้ที่ CO ในอากาศจะมีความเข้มข้นต่ำ แต่ส่วนสำคัญของฮีโมโกลบินก็เกาะติดกับมันและหยุดมีส่วนร่วมในการถ่ายโอนออกซิเจน เมื่ออากาศมี CO 0.1% (โดยปริมาตร) เช่น ที่อัตราส่วน CO และ 1:200 ก๊าซทั้งสองในปริมาณเท่ากันจะถูกจับกับเฮโมโกลบิน ด้วยเหตุนี้เมื่อสูดอากาศที่เป็นพิษจากคาร์บอนมอนอกไซด์ อาจทำให้เสียชีวิตจากการหายใจไม่ออกได้แม้ว่าจะมีออกซิเจนส่วนเกินก็ตาม
การหมักเป็นกระบวนการสลายตัวของสารหวานต่อหน้าจุลินทรีย์ชนิดพิเศษเกิดขึ้นบ่อยครั้งในธรรมชาติจนแอลกอฮอล์ถึงแม้จะมีปริมาณเล็กน้อย แต่ก็เป็นส่วนประกอบคงที่ของน้ำในดินและไอระเหยของมันจะบรรจุอยู่ในปริมาณเล็กน้อยเสมอ ในอากาศ. รูปแบบการหมักที่ง่ายที่สุดสามารถแสดงได้ด้วยสมการ:
แม้ว่ากลไกของกระบวนการหมักจะซับซ้อน แต่ก็ยังคงเป็นที่ถกเถียงกันอยู่ว่าอนุพันธ์ของกรดฟอสฟอริก (ATP) รวมถึงเอนไซม์จำนวนหนึ่ง มีบทบาทสำคัญอย่างมากในนั้น
การเน่าเปื่อยเป็นกระบวนการทางชีวเคมีที่ซับซ้อน ซึ่งเป็นผลมาจากการที่สิ่งขับถ่าย ซากศพ และซากพืชกลับคืนสู่ดินตามไนโตรเจนที่ยึดไว้ก่อนหน้านี้ ภายใต้อิทธิพลของแบคทีเรียชนิดพิเศษ ไนโตรเจนที่เกาะติดกันนี้จะกลายเป็นเกลือแอมโมเนียและแอมโมเนียมในที่สุด นอกจากนี้ ในระหว่างการสลาย ส่วนหนึ่งของไนโตรเจนที่ถูกผูกไว้จะกลายเป็นไนโตรเจนอิสระและสูญหายไป
ดังแผนภาพด้านบน พลังงานแสงอาทิตย์ส่วนหนึ่งที่โลกของเราดูดซับไว้จะถูก "อนุรักษ์" ในรูปของพีท น้ำมัน และถ่านหิน การเปลี่ยนแปลงอันทรงพลังของเปลือกโลกได้ฝังผืนดินขนาดใหญ่ไว้ใต้ชั้นหิน เมื่อสิ่งมีชีวิตของพืชที่ตายแล้วสลายตัวโดยไม่ได้รับอากาศ ผลิตภัณฑ์จากการสลายตัวที่ระเหยได้จะถูกปล่อยออกมา และสารตกค้างจะค่อยๆ อุดมไปด้วยคาร์บอน สิ่งนี้ส่งผลต่อองค์ประกอบทางเคมีและค่าความร้อนของผลิตภัณฑ์จากการสลายตัวซึ่งขึ้นอยู่กับลักษณะของมันเรียกว่าพีทน้ำตาลและถ่านหิน (แอนทราไซต์) เช่นเดียวกับชีวิตพืช ชีวิตสัตว์ในยุคอดีตยังทิ้งมรดกอันมีค่าไว้ให้เรา นั่นก็คือน้ำมัน มหาสมุทรและทะเลสมัยใหม่มีการสะสมของสิ่งมีชีวิตธรรมดาจำนวนมากในชั้นบนของน้ำจนถึงระดับความลึกประมาณ 200 เมตร (แพลงก์ตอน) และในบริเวณด้านล่างของพื้นที่ไม่ลึกมาก (สัตว์หน้าดิน) มวลรวมของแพลงก์ตอนและสัตว์หน้าดินมีค่าประมาณมาก (~ t) เนื่องจากเป็นพื้นฐานของโภชนาการสำหรับสิ่งมีชีวิตในทะเลที่ซับซ้อนมากขึ้น ปัจจุบันแพลงก์ตอนและสัตว์หน้าดินจึงไม่น่าจะสะสมเป็นซากได้ อย่างไรก็ตาม ในยุคธรณีวิทยาอันห่างไกล เมื่อเงื่อนไขในการพัฒนาดีขึ้นและมีผู้บริโภคน้อยกว่าปัจจุบันมาก ซากของแพลงก์ตอนและสัตว์หน้าดิน รวมถึงสัตว์ที่มีการจัดระเบียบสูงมากขึ้น ซึ่งเสียชีวิตเป็นฝูงเพื่อตัวเดียว เหตุผลหรืออย่างอื่นอาจกลายเป็นวัสดุก่อสร้างหลักในการสร้างน้ำมันได้ น้ำมันดิบเป็นของเหลวที่ไม่ละลายน้ำ สีดำหรือสีน้ำตาล ประกอบด้วยคาร์บอน 83-87% ไฮโดรเจน 10-14% และไนโตรเจน ออกซิเจน และซัลเฟอร์จำนวนเล็กน้อย ค่าความร้อนสูงกว่าแอนทราไซต์และมีค่าประมาณ 11,000 กิโลแคลอรี/กก.
ชีวมวลหมายถึงจำนวนทั้งสิ้นของสิ่งมีชีวิตทั้งหมดในชีวมณฑล กล่าวคือ ปริมาณอินทรียวัตถุและพลังงานที่มีอยู่ในนั้นของประชากรทั้งหมดของแต่ละบุคคล โดยทั่วไปชีวมวลจะแสดงเป็นหน่วยน้ำหนักในรูปของวัตถุแห้งต่อหน่วยพื้นที่หรือปริมาตร การสะสมของชีวมวลถูกกำหนดโดยกิจกรรมที่สำคัญของพืชสีเขียว ในไบโอจีโอซีโนส ในฐานะผู้ผลิตสิ่งมีชีวิต มีบทบาทเป็น "ผู้ผลิต" สัตว์กินพืชและสัตว์กินเนื้อ ในฐานะผู้บริโภคอินทรียวัตถุที่มีชีวิต มีบทบาทเป็น "ผู้บริโภค" และผู้ทำลายสารอินทรีย์ตกค้าง (จุลินทรีย์) ซึ่งนำ การสลายอินทรียวัตถุเป็นสารประกอบแร่อย่างง่ายถือเป็น "ตัวย่อยสลาย" ลักษณะพลังงานพิเศษของชีวมวลคือความสามารถในการสืบพันธุ์ ตามคำจำกัดความของ V.I. Vernadsky “สิ่งมีชีวิต (กลุ่มของสิ่งมีชีวิต) เช่นเดียวกับมวลของก๊าซ แพร่กระจายไปทั่วพื้นผิวโลกและออกแรงกดดันบางอย่างในสิ่งแวดล้อม ข้ามอุปสรรคที่ขัดขวางความก้าวหน้าของมัน หรือเข้าครอบครองพวกมัน และปกคลุมการเคลื่อนไหวนี้ไว้ เกิดขึ้นได้จากการสืบพันธุ์ของสิ่งมีชีวิต” บนพื้นผิวดิน ชีวมวลจะเพิ่มขึ้นในทิศทางจากขั้วถึงเส้นศูนย์สูตร ในทิศทางเดียวกัน จำนวนสปีชีส์ที่มีส่วนร่วมใน biogeocenoses เพิ่มขึ้น (ดูด้านล่าง) สารชีวภาพในดินครอบคลุมพื้นผิวดินทั้งหมด
ดินเป็นชั้นผิวที่หลวมของเปลือกโลก ซึ่งถูกดัดแปลงโดยชั้นบรรยากาศและสิ่งมีชีวิต และถูกเติมเต็มด้วยสารอินทรีย์ตกค้างอยู่ตลอดเวลา ความหนาของดิน รวมถึงมวลชีวภาพบนพื้นผิวและภายใต้อิทธิพลของมัน เพิ่มขึ้นจากขั้วถึงเส้นศูนย์สูตร ดินมีสิ่งมีชีวิตอยู่หนาแน่นและมีการแลกเปลี่ยนก๊าซอย่างต่อเนื่อง ในเวลากลางคืน ขณะที่ก๊าซเย็นลงและอัดตัว มีอากาศบางส่วนเข้าไป ออกซิเจนจากอากาศถูกสัตว์และพืชดูดซับไว้และเป็นส่วนหนึ่งของสารประกอบทางเคมี ไนโตรเจนที่ปล่อยสู่อากาศจะถูกแบคทีเรียบางชนิดจับไว้ ในระหว่างวันเมื่อดินร้อนขึ้น แอมโมเนีย ไฮโดรเจนซัลไฟด์ และคาร์บอนไดออกไซด์จะถูกปล่อยออกมา กระบวนการทั้งหมดที่เกิดขึ้นในดินจะรวมอยู่ในวงจรของสารในชีวมณฑล
ไฮโดรสเฟียร์ของโลกหรือมหาสมุทรโลก ครอบครองพื้นที่มากกว่า 2/3 ของพื้นผิวโลก คุณสมบัติทางกายภาพและองค์ประกอบทางเคมีของน้ำทะเลมีความคงที่อย่างมากและสร้างสภาพแวดล้อมที่เอื้ออำนวยต่อสิ่งมีชีวิต สัตว์น้ำขับถ่ายออกทางการหายใจ และสาหร่ายทำให้น้ำอุดมสมบูรณ์ผ่านการสังเคราะห์ด้วยแสง การสังเคราะห์ด้วยแสงของสาหร่ายเกิดขึ้นส่วนใหญ่ในชั้นบนของน้ำ - ที่ระดับความลึกไม่เกิน 100 เมตร แพลงก์ตอนในมหาสมุทรคิดเป็น 1/3 ของการสังเคราะห์ด้วยแสงที่เกิดขึ้นทั่วทั้งโลก ในมหาสมุทรชีวมวลส่วนใหญ่กระจัดกระจาย โดยเฉลี่ยแล้วชีวมวลบนโลกตามข้อมูลสมัยใหม่จะอยู่ที่ประมาณ t มวลของพืชสีเขียวคือ 97% สัตว์และจุลินทรีย์อยู่ที่ 3% ในมหาสมุทรโลก มีชีวมวลที่มีชีวิตน้อยกว่าบนบกถึง 1,000 เท่า การใช้พลังงานแสงอาทิตย์ในพื้นที่มหาสมุทรคือ 0.04% บนบก - 0.1% มหาสมุทรไม่ได้อุดมไปด้วยสิ่งมีชีวิตอย่างที่คิดกันเมื่อเร็ว ๆ นี้
มนุษยชาติเป็นเพียงส่วนเล็กๆ ของชีวมวลในชีวมณฑล อย่างไรก็ตาม เมื่อเชี่ยวชาญพลังงานในรูปแบบต่าง ๆ - เครื่องกล, ไฟฟ้า, อะตอม - มันเริ่มมีอิทธิพลอย่างมากต่อกระบวนการที่เกิดขึ้นในชีวมณฑล กิจกรรมของมนุษย์กลายเป็นพลังอันทรงพลังจนพลังนี้เทียบได้กับพลังธรรมชาติแห่งธรรมชาติ การวิเคราะห์ผลลัพธ์ของกิจกรรมของมนุษย์และผลกระทบของกิจกรรมนี้ต่อชีวมณฑลโดยนำโดยนักวิชาการ V.I. Vernadsky สรุปว่าในปัจจุบันมนุษยชาติได้สร้างเปลือกโลกใหม่ - "อัจฉริยะ" Vernadsky เรียกมันว่า "noosphere" นูสเฟียร์คือ “จิตใจโดยรวมของมนุษย์ ซึ่งรวมศูนย์ทั้งความสามารถที่เป็นไปได้และอิทธิพลทางจลนศาสตร์ของมันที่มีต่อชีวมณฑล ตลอดหลายศตวรรษที่ผ่านมา อิทธิพลเหล่านี้เกิดขึ้นเองตามธรรมชาติและบางครั้งก็เป็นนักล่าในธรรมชาติ และผลที่ตามมาของอิทธิพลดังกล่าวกำลังคุกคามสิ่งแวดล้อม มลพิษพร้อมกับผลที่ตามมาทั้งหมด”
การพิจารณาประเด็นที่เกี่ยวข้องกับปัญหาการคุ้มครองสิ่งแวดล้อมต้องอาศัยการชี้แจงแนวคิด” สิ่งแวดล้อม"คำนี้หมายถึงดาวเคราะห์ทั้งโลกของเราบวกกับเปลือกบาง ๆ ของสิ่งมีชีวิต - ชีวมณฑล รวมถึงอวกาศรอบนอกที่ล้อมรอบเราและส่งผลกระทบต่อเรา อย่างไรก็ตาม เพื่อความเรียบง่าย สิ่งแวดล้อมมักจะหมายถึงเฉพาะชีวมณฑลและส่วนหนึ่งของโลกของเรา - เปลือกโลก ตาม สำหรับ V.I. Vernadsky ชีวมณฑลคือ "ขอบเขตของการดำรงอยู่ของสิ่งมีชีวิต"
นิเวศวิทยาเป็นศาสตร์เกี่ยวกับความสัมพันธ์ของสิ่งมีชีวิตระหว่างกันตลอดจนระหว่างสิ่งมีชีวิตกับสิ่งแวดล้อมให้ความสนใจเป็นพิเศษกับการศึกษาระบบที่ซับซ้อน (ระบบนิเวศ) ที่เกิดขึ้นในธรรมชาติบนพื้นฐานของปฏิสัมพันธ์ของสิ่งมีชีวิตซึ่งกันและกัน และสภาพแวดล้อมอนินทรีย์ ดังนั้น ระบบนิเวศคือกลุ่มขององค์ประกอบที่มีชีวิตและไม่มีชีวิตในธรรมชาติที่มีปฏิสัมพันธ์กัน แนวคิดนี้ใช้กับหน่วยที่มีขอบเขตต่างกัน ตั้งแต่จอมปลวก (ระบบนิเวศจุลภาค) ไปจนถึงมหาสมุทร (ระบบนิเวศมหภาค) ชีวมณฑลนั้นเป็นระบบนิเวศขนาดยักษ์ของโลก
การเชื่อมโยงระหว่างองค์ประกอบของระบบนิเวศเกิดขึ้นบนพื้นฐานของการเชื่อมโยงทางอาหารและวิธีการได้รับพลังงานเป็นหลัก ตามวิธีการรับและใช้สารอาหารและพลังงานสิ่งมีชีวิตทั้งหมดในชีวมณฑลจะถูกแบ่งออกเป็นสองกลุ่มที่แตกต่างกันอย่างมาก: ออโตโทรฟและเฮเทอโรโทรฟ ออโตโทรฟสามารถสังเคราะห์สารอินทรีย์จากสารประกอบอนินทรีย์ (ฯลฯ ) จากสารประกอบที่ให้พลังงานต่ำเหล่านี้ เซลล์จะสังเคราะห์กลูโคส กรดอะมิโน และสารประกอบอินทรีย์ที่ซับซ้อนมากขึ้น เช่น คาร์โบไฮเดรต โปรตีน ฯลฯ ออโตโทรฟหลักบนโลกคือเซลล์ของพืชสีเขียวและจุลินทรีย์บางชนิด Heterotrophs ไม่สามารถสังเคราะห์สารอินทรีย์จากสารประกอบอนินทรีย์ได้ พวกเขาต้องการการส่งมอบสารประกอบอินทรีย์สำเร็จรูป เฮเทอโรโทรฟคือเซลล์ของสัตว์ มนุษย์ จุลินทรีย์ส่วนใหญ่ และพืชบางชนิด (เช่น เห็ดราและพืชสีเขียวที่ไม่มีคลอโรฟิลล์) ในกระบวนการให้อาหาร เฮเทอโรโทรฟจะสลายอินทรียวัตถุในที่สุดให้เป็นคาร์บอนไดออกไซด์ น้ำ และเกลือแร่ เช่น สารที่เหมาะกับการนำกลับมาใช้ใหม่โดยออโตโทรฟ
ดังนั้นวัฏจักรที่ต่อเนื่องของสารจึงเกิดขึ้นในธรรมชาติ: สารเคมีที่จำเป็นสำหรับชีวิตจะถูกสกัดโดยออโตโทรฟจากสิ่งแวดล้อมและกลับสู่มันอีกครั้งผ่านชุดของเฮเทอโรโทรฟ ในการดำเนินกระบวนการนี้ จำเป็นต้องมีการไหลเวียนของพลังงานจากภายนอกอย่างต่อเนื่อง แหล่งที่มาของมันคือพลังงานรังสีของดวงอาทิตย์ การเคลื่อนไหวของสสารที่เกิดจากกิจกรรมของสิ่งมีชีวิตเกิดขึ้นเป็นวัฏจักรและสามารถนำมาใช้ซ้ำแล้วซ้ำอีก ในขณะที่พลังงานในกระบวนการเหล่านี้แสดงโดยการไหลในทิศทางเดียว พลังงานของดวงอาทิตย์ถูกเปลี่ยนโดยสิ่งมีชีวิตให้เป็นรูปแบบอื่นเท่านั้น - เคมี, เครื่องกล, ความร้อน ตามกฎของอุณหพลศาสตร์การเปลี่ยนแปลงดังกล่าวจะมาพร้อมกับการกระจายพลังงานบางส่วนในรูปของความร้อนเสมอ แม้ว่าโครงร่างทั่วไปของวัฏจักรของสารจะค่อนข้างง่าย แต่ในสภาพธรรมชาติที่แท้จริง กระบวนการนี้อยู่ในรูปแบบที่ซับซ้อนมาก ไม่ใช่สิ่งมีชีวิตประเภทเฮเทอโรโทรฟิคชนิดเดียวที่สามารถสลายอินทรียวัตถุของพืชให้เป็นผลิตภัณฑ์แร่ขั้นสุดท้ายได้ทันที ( ฯลฯ ) แต่ละสปีชีส์ใช้พลังงานเพียงบางส่วนที่มีอยู่ในอินทรียวัตถุ ซึ่งจะทำให้การสลายตัวมาถึงระยะหนึ่ง สารตกค้างที่ไม่เหมาะสมกับสายพันธุ์ที่กำหนดแต่ยังคงอุดมไปด้วยพลังงานจะถูกนำไปใช้โดยสิ่งมีชีวิตอื่น ดังนั้นในกระบวนการวิวัฒนาการ สายโซ่ของสายพันธุ์ที่เชื่อมโยงถึงกันจึงก่อตัวขึ้นในระบบนิเวศ โดยดึงวัสดุและพลังงานจากสารอาหารดั้งเดิมอย่างต่อเนื่อง สิ่งมีชีวิตทุกชนิดที่ก่อตัวเป็นห่วงโซ่อาหารนั้นมีอยู่ในอินทรียวัตถุที่เกิดจากพืชสีเขียว
โดยรวมแล้วเพียง 1% ของพลังงานการแผ่รังสีของดวงอาทิตย์ที่ตกลงบนพืชจะถูกแปลงเป็นพลังงานของสารอินทรีย์สังเคราะห์ซึ่งสิ่งมีชีวิตเฮเทอโรโทรฟิกสามารถใช้ได้ พลังงานส่วนใหญ่ที่มีอยู่ในอาหารจากพืชถูกใช้ไปในร่างกายของสัตว์ในกระบวนการสำคัญต่างๆ และเมื่อเปลี่ยนเป็นความร้อนก็สลายไป ยิ่งไปกว่านั้น พลังงานอาหารเพียง 10-20% เท่านั้นที่ไปสร้างสารใหม่โดยตรง การสูญเสียพลังงานที่มีประโยชน์จำนวนมาก กำหนดล่วงหน้าว่าห่วงโซ่อาหารประกอบด้วยลิงก์จำนวนเล็กน้อย (3-5) กล่าวอีกนัยหนึ่ง ผลจากการสูญเสียพลังงาน ปริมาณอินทรียวัตถุที่ผลิตในแต่ละระดับถัดไปของห่วงโซ่อาหารจะลดลงอย่างรวดเร็ว รูปแบบที่สำคัญนี้เรียกว่า กฎของปิรามิดทางนิเวศและในแผนภาพจะแสดงด้วยปิรามิด ซึ่งแต่ละระดับต่อมาจะสอดคล้องกับระนาบที่ขนานกับฐานของปิรามิด ปิรามิดทางนิเวศมีหลายประเภท: ปิรามิดแห่งตัวเลข - สะท้อนถึงจำนวนบุคคลในแต่ละระดับของห่วงโซ่อาหาร, ปิรามิดแห่งชีวมวล - สะท้อนปริมาณอินทรียวัตถุที่สอดคล้องกัน, ปิรามิดแห่งพลังงาน - สะท้อนปริมาณพลังงานใน อาหาร.
ระบบนิเวศใด ๆ ประกอบด้วยสององค์ประกอบ หนึ่งในนั้นคือสารอินทรีย์ซึ่งเป็นตัวแทนของสิ่งมีชีวิตที่ซับซ้อนซึ่งก่อให้เกิดระบบการพึ่งพาตนเองซึ่งมีการไหลเวียนของสารเกิดขึ้นซึ่งเรียกว่า biocenosis ส่วนอีกอันเป็นส่วนประกอบอนินทรีย์ที่ให้ที่พักพิงแก่ biocenosis และเรียกว่า bioton:
ระบบนิเวศ = bioton + biocenosis
ระบบนิเวศอื่นๆ เช่นเดียวกับอิทธิพลทางธรณีวิทยา ภูมิอากาศ และจักรวาลที่เกี่ยวข้องกับระบบนิเวศที่กำหนด ทำหน้าที่เป็นแรงภายนอก ความยั่งยืนของระบบนิเวศเกี่ยวข้องกับการพัฒนาอยู่เสมอ ตามมุมมองสมัยใหม่ ระบบนิเวศมีแนวโน้มที่จะพัฒนาไปสู่สภาวะที่มั่นคง นั่นคือระบบนิเวศที่สมบูรณ์ การเปลี่ยนแปลงนี้เรียกว่าการสืบทอด ช่วงแรกของการสืบทอดมีลักษณะเฉพาะคือความหลากหลายของสายพันธุ์ต่ำและชีวมวลต่ำ ระบบนิเวศในระยะเริ่มแรกของการพัฒนามีความอ่อนไหวต่อการรบกวนอย่างมาก และผลกระทบที่รุนแรงต่อกระแสพลังงานหลักสามารถทำลายระบบนิเวศได้ ในระบบนิเวศที่สมบูรณ์ พืชและสัตว์เพิ่มขึ้น ในกรณีนี้ ความเสียหายต่อองค์ประกอบหนึ่งไม่สามารถส่งผลกระทบอย่างรุนแรงต่อระบบนิเวศทั้งหมดได้ ดังนั้นระบบนิเวศที่สมบูรณ์จึงมีความสามารถในการฟื้นตัวในระดับสูง
ตามที่ระบุไว้ข้างต้น อิทธิพลทางธรณีวิทยา ภูมิอากาศ อุทกธรณีวิทยา และจักรวาลที่เกี่ยวข้องกับระบบนิเวศที่กำหนดจะทำหน้าที่เป็นแรงภายนอก ในบรรดากองกำลังภายนอกที่มีอิทธิพลต่อระบบนิเวศ อิทธิพลของมนุษย์ก็เข้ามาแทนที่สถานที่พิเศษ กฎทางชีววิทยาของโครงสร้าง การทำงาน และการพัฒนาของระบบนิเวศทางธรรมชาติมีความเกี่ยวข้องเฉพาะกับสิ่งมีชีวิตที่เป็นองค์ประกอบที่จำเป็นเท่านั้น ในเรื่องนี้ บุคคลทั้งทางสังคม (บุคลิกภาพ) และทางชีวภาพ (สิ่งมีชีวิต) ไม่ได้เป็นส่วนหนึ่งของระบบนิเวศทางธรรมชาติ อย่างน้อยก็เป็นไปตามความจริงที่ว่าระบบนิเวศทางธรรมชาติใด ๆ ในการเกิดขึ้นและการพัฒนาสามารถทำได้โดยไม่ต้องใช้มนุษย์ มนุษย์ไม่ใช่องค์ประกอบที่จำเป็นของระบบนี้ นอกจากนี้การเกิดขึ้นและการดำรงอยู่ของสิ่งมีชีวิตนั้นถูกกำหนดโดยกฎทั่วไปของระบบนิเวศเท่านั้น ในขณะที่มนุษย์ถูกสร้างขึ้นโดยสังคมและดำรงอยู่ในสังคม มนุษย์ในฐานะปัจเจกบุคคลและสิ่งมีชีวิตทางชีววิทยาถือเป็นองค์ประกอบของระบบพิเศษ - สังคมมนุษย์ซึ่งมีการเปลี่ยนแปลงกฎหมายเศรษฐกิจในอดีตสำหรับการจำหน่ายอาหารและเงื่อนไขอื่น ๆ ของการดำรงอยู่ ในเวลาเดียวกัน บุคคลได้รับองค์ประกอบที่จำเป็นสำหรับชีวิต เช่น อากาศและน้ำ จากภายนอก เนื่องจากสังคมมนุษย์เป็นระบบเปิดที่พลังงานและสสารมาจากภายนอก ดังนั้นบุคคลจึงเป็น "องค์ประกอบภายนอก" และไม่สามารถเชื่อมโยงทางชีวภาพอย่างถาวรกับองค์ประกอบของระบบนิเวศทางธรรมชาติได้ ในทางกลับกัน มนุษย์มีอิทธิพลอย่างมากต่อระบบนิเวศซึ่งทำหน้าที่เป็นเสมือนพลังภายนอก ในเรื่องนี้จำเป็นต้องชี้ให้เห็นถึงความเป็นไปได้ของการมีอยู่ของระบบนิเวศสองประเภท: ธรรมชาติ (ธรรมชาติ) และประดิษฐ์ การพัฒนา (สืบทอด) ระบบนิเวศทางธรรมชาติปฏิบัติตามกฎแห่งวิวัฒนาการหรือกฎแห่งอิทธิพลของจักรวาล (ความมั่นคงหรือภัยพิบัติ) ระบบนิเวศประดิษฐ์- สิ่งเหล่านี้คือกลุ่มของสิ่งมีชีวิตและพืชที่อาศัยอยู่ในสภาพที่มนุษย์สร้างขึ้นด้วยแรงงานและความคิดของเขา พลังแห่งอิทธิพลของมนุษย์ที่มีต่อธรรมชาตินั้นแสดงออกมาอย่างชัดเจนในระบบนิเวศเทียม ซึ่งปัจจุบันครอบคลุมชีวมณฑลส่วนใหญ่ของโลก
เห็นได้ชัดว่าการแทรกแซงทางนิเวศวิทยาของมนุษย์เกิดขึ้นอยู่เสมอ กิจกรรมของมนุษย์ก่อนหน้านี้ทั้งหมดถือได้ว่าเป็นกระบวนการของการอยู่ใต้บังคับบัญชาของระบบนิเวศจำนวนมากหรือแม้แต่ทั้งหมด ซึ่ง biocenose ทั้งหมดตามความต้องการของมนุษย์ การแทรกแซงของมนุษย์ไม่สามารถส่งผลกระทบต่อความสมดุลของระบบนิเวศได้ แม้แต่คนโบราณก็ยังเผาป่าทำลายสมดุลทางนิเวศน์ แต่เขาก็ทำอย่างช้าๆ และทำได้ในระดับที่ค่อนข้างเล็ก การแทรกแซงดังกล่าวมีลักษณะเฉพาะในท้องถิ่นมากกว่าและไม่ก่อให้เกิดผลกระทบระดับโลก กล่าวอีกนัยหนึ่ง กิจกรรมของมนุษย์ในยุคนั้นเกิดขึ้นภายใต้สภาวะที่ใกล้เคียงกับสมดุล อย่างไรก็ตาม ในปัจจุบัน ผลกระทบของมนุษย์ที่มีต่อธรรมชาติอันเนื่องมาจากการพัฒนาทางวิทยาศาสตร์ เทคโนโลยี และเทคโนโลยี ได้ขยายวงกว้างจนการหยุดชะงักของความสมดุลทางนิเวศวิทยากลายเป็นภัยคุกคามในระดับโลก หากกระบวนการอิทธิพลของมนุษย์ต่อระบบนิเวศไม่ได้เกิดขึ้นเองและบางครั้งก็เป็นการล่าเหยื่อ ปัญหาของวิกฤตสิ่งแวดล้อมก็คงไม่รุนแรงนัก ในขณะเดียวกัน กิจกรรมของมนุษย์ในปัจจุบันเทียบเคียงกับพลังอันทรงพลังของธรรมชาติจนธรรมชาติไม่สามารถรับมือกับภาระที่มันต้องเผชิญอีกต่อไป
ดังนั้นสาระสำคัญหลักของปัญหาการคุ้มครองสิ่งแวดล้อมก็คือมนุษยชาติต้องขอบคุณกิจกรรมด้านแรงงานของมันที่ได้กลายเป็นพลังที่ก่อให้เกิดธรรมชาติที่ทรงพลังซึ่งอิทธิพลของมันเริ่มปรากฏออกมาเร็วกว่าอิทธิพลของวิวัฒนาการทางธรรมชาติของชีวมณฑลมาก
แม้ว่าคำว่า "การคุ้มครองสิ่งแวดล้อม" จะแพร่หลายมากในปัจจุบัน แต่ก็ยังไม่ได้สะท้อนถึงสาระสำคัญของเรื่องนี้อย่างเคร่งครัด นักสรีรวิทยา ไอ.เอ็ม. Sechenov เคยชี้ให้เห็นว่าสิ่งมีชีวิตไม่สามารถดำรงอยู่ได้หากไม่มีปฏิสัมพันธ์กับสิ่งแวดล้อม จากมุมมองนี้ คำว่า "การจัดการสิ่งแวดล้อม" ดูเหมือนจะเข้มงวดมากขึ้น โดยทั่วไปปัญหาของการใช้สิ่งแวดล้อมอย่างมีเหตุผลนั้นอยู่ที่การค้นหากลไกที่ช่วยให้มั่นใจถึงการทำงานปกติของชีวมณฑล
คำถามควบคุม
1. กำหนดแนวคิดเรื่อง “สิ่งแวดล้อม”
2. สาระสำคัญของปัญหาการคุ้มครองสิ่งแวดล้อมคืออะไร?
3. ระบุประเด็นต่างๆ ของปัญหาสิ่งแวดล้อม
4. นิยามคำว่า “นิเวศวิทยาเคมี”
5. รายชื่อ geospheres หลักของโลกของเรา
6. ระบุปัจจัยที่กำหนดขอบเขตบนและล่างของชีวมณฑล
7. ระบุองค์ประกอบทางชีวภาพ
8. ความเห็นเกี่ยวกับผลกระทบของกิจกรรมของมนุษย์ต่อวงจรธรรมชาติของการเปลี่ยนแปลงคาร์บอน
9. คุณจะพูดอะไรเกี่ยวกับกลไกการสังเคราะห์ด้วยแสง?
10. ให้แผนภาพแสดงกระบวนการหายใจ
11. ให้แผนภาพกระบวนการหมัก
12. กำหนดแนวคิด "ผู้ผลิต" "ผู้บริโภค" "ผู้ย่อยสลาย"
13. อะไรคือความแตกต่างระหว่าง "ออโตโทรฟ" และ "เฮเทอโรโทรฟ"?
14. กำหนดแนวคิดของ “noosphere”
15. สาระสำคัญของกฎ "ปิรามิดทางนิเวศ" คืออะไร?
16. กำหนดแนวคิด “biotone” และ “biocenosis”
17. กำหนดแนวคิด “ระบบนิเวศ”
จุลธาตุและเอนไซม์ ความรู้เบื้องต้นเกี่ยวกับโลหะเอนไซม์ เอนไซม์จำเพาะและไม่จำเพาะ บทบาทของไอออนของโลหะในเอนไซม์ ความคล้ายคลึงกันในแนวนอนในการกระทำทางชีวภาพขององค์ประกอบ d
ความโน้มเอียงของไอออนองค์ประกอบ d ต่อการไฮโดรไลซิสและการเกิดพอลิเมอไรเซชัน
ในสภาพแวดล้อมที่เป็นกรด ไอออนของธาตุ d จะอยู่ในรูปของไอออนไฮเดรต [M(H 2 O) m ] n+ ด้วยค่า pH ที่เพิ่มขึ้น ไอออนไฮเดรตขององค์ประกอบ d จำนวนมากเนื่องจากมีประจุขนาดใหญ่และขนาดไอออนเล็ก จึงส่งผลต่อโมเลกุลของน้ำในเชิงโพลาไรซ์สูง ความสามารถในการรับไอออนไฮดรอกไซด์ ได้รับการไฮโดรไลซิสประจุบวก และสร้างพันธะโควาเลนต์ที่แข็งแกร่งกับ OH - . กระบวนการสิ้นสุดด้วยการก่อตัวของเกลือพื้นฐาน [M(OH) m ] (mn)+ หรือไฮดรอกไซด์ที่ไม่ละลายน้ำ M(OH) n หรือสารประกอบเชิงซ้อนไฮดรอกโซ [M(OH) m ] (n-m)- กระบวนการปฏิกิริยาไฮโดรไลติกสามารถเกิดขึ้นได้กับการก่อตัวของสารเชิงซ้อนหลายนิวเคลียร์อันเป็นผลมาจากปฏิกิริยาพอลิเมอไรเซชัน
2. 4. บทบาททางชีวภาพขององค์ประกอบ d (องค์ประกอบการเปลี่ยนผ่าน)
องค์ประกอบซึ่งมีเนื้อหาไม่เกิน 10 -3% เป็นส่วนหนึ่งของเอนไซม์ ฮอร์โมน วิตามิน และสารประกอบสำคัญอื่นๆ สำหรับการเผาผลาญโปรตีน คาร์โบไฮเดรต และไขมัน จำเป็นต้องมีสิ่งต่อไปนี้: Fe, Co, Mn, Zn, Mo, V, B, W; สิ่งต่อไปนี้เกี่ยวข้องกับการสังเคราะห์โปรตีน: Mg, Mn, Fe, Co, Cu, Ni, Cr; ในการสร้างเม็ดเลือด - Co, Ti, Cu, Mn, Ni, Zn; ในลมหายใจ - Mg, Fe, Cu, Zn, Mn และ Co ดังนั้น ธาตุขนาดเล็กจึงถูกนำไปใช้อย่างกว้างขวางในทางการแพทย์ เป็นปุ๋ยขนาดเล็กสำหรับพืชไร่ และเป็นปุ๋ยในการเลี้ยงปศุสัตว์ สัตว์ปีก และปลา ธาตุขนาดเล็กเป็นส่วนหนึ่งของสารควบคุมทางชีวภาพจำนวนมากของระบบสิ่งมีชีวิตซึ่งมีพื้นฐานมาจากไบโอคอมเพล็กซ์ เอนไซม์เป็นโปรตีนชนิดพิเศษที่ทำหน้าที่เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาในระบบชีวภาพ เอนไซม์เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาที่มีเอกลักษณ์เฉพาะตัวด้วยประสิทธิภาพที่ไม่มีใครเทียบได้และความสามารถในการเลือกสรรสูง ตัวอย่างของประสิทธิภาพของปฏิกิริยาการสลายตัวของไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ 2H 2 O 2 ® 2H 2 O + O 2 เมื่อมีเอนไซม์แสดงไว้ในตารางที่ 6
ตารางที่ 6. พลังงานกระตุ้น (E o) และอัตราสัมพัทธ์ของปฏิกิริยาการสลายตัวของ H 2 O 2 ในกรณีที่ไม่มีและมีตัวเร่งปฏิกิริยาต่างๆ
ปัจจุบัน มีเอนไซม์มากกว่า 2,000 ชนิดที่เป็นที่รู้จัก ซึ่งหลายเอนไซม์กระตุ้นปฏิกิริยาเดียว กิจกรรมของเอนไซม์กลุ่มใหญ่จะปรากฏต่อหน้าสารประกอบที่ไม่ใช่โปรตีนบางชนิดที่เรียกว่าโคแฟกเตอร์เท่านั้น ไอออนของโลหะหรือสารประกอบอินทรีย์ทำหน้าที่เป็นปัจจัยร่วม ประมาณหนึ่งในสามของเอนไซม์ถูกกระตุ้นโดยโลหะทรานซิชัน
ไอออนของโลหะในเอนไซม์ทำหน้าที่หลายอย่าง: พวกมันเป็นกลุ่มอิเล็กโทรฟิลิกของศูนย์กลางแอคทีฟของเอนไซม์และอำนวยความสะดวกในการทำปฏิกิริยากับบริเวณที่มีประจุลบของโมเลกุลของสารตั้งต้น ก่อให้เกิดโครงสร้างโครงสร้างเอนไซม์ที่เร่งปฏิกิริยา (ในการก่อตัวของโครงสร้างขดลวด ของ RNA เกี่ยวข้องกับสังกะสีและแมงกานีสไอออน) มีส่วนร่วมในการขนส่งอิเล็กตรอน (การถ่ายโอนอิเล็กตรอนเชิงซ้อน) ความสามารถของไอออนโลหะในการทำหน้าที่ในตำแหน่งออกฤทธิ์ของเอนไซม์ที่เกี่ยวข้องนั้นขึ้นอยู่กับความสามารถของไอออนของโลหะในการสร้างสารเชิงซ้อน รูปทรงและความเสถียรของสารเชิงซ้อนที่เกิดขึ้น ซึ่งจะช่วยเพิ่มความสามารถในการคัดเลือกของเอนไซม์ที่มีต่อซับสเตรต การกระตุ้นพันธะในเอนไซม์หรือซับสเตรตผ่านการประสานงาน และการเปลี่ยนแปลงรูปร่างของซับสเตรตตามข้อกำหนดด้านปลอดเชื้อของบริเวณที่ทำงาน
ไบโอคอมเพล็กซ์มีความคงตัวแตกต่างกันไป บางส่วนมีความแข็งแกร่งมากจนอยู่ในร่างกายตลอดเวลาและทำหน้าที่เฉพาะ ในกรณีที่ความเชื่อมโยงระหว่างโคแฟกเตอร์กับโปรตีนของเอนไซม์มีความเข้มข้นจนแยกออกจากกันได้ยาก เรียกว่า “กลุ่มเทียม” พบพันธะดังกล่าวในเอนไซม์ที่ประกอบด้วยฮีมเชิงซ้อนของธาตุเหล็กและมีอนุพันธ์ของพอร์ฟิน บทบาทของโลหะในคอมเพล็กซ์ดังกล่าวมีความเฉพาะเจาะจงสูง: การแทนที่ด้วยองค์ประกอบที่คล้ายกันในคุณสมบัติจะนำไปสู่การสูญเสียกิจกรรมทางสรีรวิทยาอย่างมีนัยสำคัญหรือทั้งหมด เอนไซม์เหล่านี้ได้แก่ ไปจนถึงเอนไซม์จำเพาะ
ตัวอย่างของสารประกอบดังกล่าว ได้แก่ คลอโรฟิลล์ โพลีฟีนิลออกซิเดส วิตามินบี 12 เฮโมโกลบิน และเอนไซม์โลหะบางชนิด (เอนไซม์จำเพาะ) มีเอ็นไซม์เพียงไม่กี่ตัวที่เกี่ยวข้องกับปฏิกิริยาเฉพาะหรือปฏิกิริยาเดียวเท่านั้น
คุณสมบัติการเร่งปฏิกิริยาของเอนไซม์ส่วนใหญ่จะถูกกำหนดโดยศูนย์กลางที่ใช้งานซึ่งเกิดจากองค์ประกอบขนาดเล็กต่างๆ เอนไซม์ถูกสังเคราะห์ขึ้นตลอดระยะเวลาการทำงาน ไอออนของโลหะทำหน้าที่เป็นตัวกระตุ้นและสามารถถูกแทนที่ด้วยไอออนของโลหะอื่นโดยไม่สูญเสียกิจกรรมทางสรีรวิทยาของเอนไซม์ สิ่งเหล่านี้จัดอยู่ในประเภท เอนไซม์ที่ไม่จำเพาะ
ด้านล่างนี้คือเอนไซม์ที่ไอออนของโลหะต่างกันทำหน้าที่คล้ายกัน
ตารางที่ 7. เอนไซม์ที่ไอออนของโลหะต่างกันทำหน้าที่คล้ายกัน
ธาตุติดตามหนึ่งสามารถกระตุ้นเอนไซม์ที่แตกต่างกัน และเอนไซม์หนึ่งสามารถกระตุ้นโดยธาตุติดตามที่แตกต่างกัน เอนไซม์ที่มีองค์ประกอบขนาดเล็กในสถานะออกซิเดชันเดียวกัน +2 มีความคล้ายคลึงกันมากที่สุดในการทำงานทางชีวภาพ ดังที่เห็นได้ว่าองค์ประกอบย่อยขององค์ประกอบการเปลี่ยนแปลงในการกระทำทางชีวภาพนั้นมีลักษณะที่คล้ายคลึงกันในแนวนอนมากกว่าความคล้ายคลึงกันในแนวตั้งในระบบคาบของ D.I. Mendeleev (ในซีรีย์ Ti-Zn) เมื่อตัดสินใจใช้องค์ประกอบขนาดเล็กจำเป็นต้องคำนึงถึงไม่เพียง แต่การมีอยู่ขององค์ประกอบนี้ในรูปแบบมือถือเท่านั้น แต่ยังรวมถึงองค์ประกอบอื่น ๆ ที่มีสถานะออกซิเดชันเหมือนกันและสามารถแทนที่ได้ กันเป็นองค์ประกอบของเอนไซม์
metalloenzymes บางชนิดมีตำแหน่งตรงกลางระหว่างเอนไซม์จำเพาะและไม่จำเพาะ ไอออนของโลหะทำหน้าที่เป็นโคแฟกเตอร์ การเพิ่มความแข็งแรงของเอนไซม์ไบโอคอมเพล็กซ์จะเพิ่มความจำเพาะของการกระทำทางชีวภาพ ประสิทธิภาพของการทำงานของเอนไซม์ของไอออนโลหะของเอนไซม์นั้นได้รับอิทธิพลจากสถานะออกซิเดชันของมัน ตามความรุนแรงของอิทธิพล องค์ประกอบย่อยจะถูกจัดเรียงในแถวต่อไปนี้:
Ti 4+ ®Fe 3+ ®Cu 2+ ®Fe 2+ ®Mg 2+ ®Mn 2+ ไอออน Mn 3+ ต่างจากไอออน Mn 2+ ตรงที่จับกับโปรตีนอย่างแน่นหนา และส่วนใหญ่อยู่กับกลุ่มที่มีออกซิเจน Fe 3+ รวมกันก็เป็นส่วนหนึ่งของโปรตีนโลหะ
องค์ประกอบขนาดเล็กในรูปแบบเชิงซ้อนทำหน้าที่ในร่างกายเป็นปัจจัยที่กำหนดความไวสูงของเซลล์ต่อองค์ประกอบขนาดเล็กผ่านการมีส่วนร่วมในการสร้างการไล่ระดับความเข้มข้นสูง ค่าของรัศมีอะตอมและไอออนิก พลังงานไอออไนเซชัน หมายเลขโคออร์ดิเนชัน และแนวโน้มที่จะสร้างพันธะกับองค์ประกอบเดียวกันในโมเลกุลไบโอลิแกนด์จะกำหนดผลกระทบที่สังเกตได้ในระหว่างการแทนที่ไอออนร่วมกัน: สามารถเกิดขึ้นได้เมื่อเพิ่มขึ้น (การทำงานร่วมกัน) และด้วยการยับยั้งกิจกรรมทางชีวภาพ (การเป็นปรปักษ์กัน)องค์ประกอบที่ถูกแทนที่ ไอออนขององค์ประกอบ d ในสถานะออกซิเดชัน +2 (Mn, Fe, Co, Ni, Zn) มีลักษณะทางเคมีกายภาพที่คล้ายกันของอะตอม (โครงสร้างอิเล็กทรอนิกส์ของระดับภายนอก, รัศมีไอออนที่คล้ายกัน, ประเภทของการผสมข้ามวงโคจร, ค่าที่คล้ายกันของ ค่าคงตัวคงตัวกับไบโอลิแกนด์) ความคล้ายคลึงกันของลักษณะทางเคมีกายภาพของสารก่อเชิงซ้อนจะกำหนดความคล้ายคลึงกันของการกระทำทางชีวภาพและความสามารถในการเปลี่ยนแทนกันได้ องค์ประกอบการเปลี่ยนแปลงข้างต้นกระตุ้นกระบวนการสร้างเม็ดเลือดและปรับปรุงกระบวนการเผาผลาญ การทำงานร่วมกันขององค์ประกอบในกระบวนการสร้างเม็ดเลือดอาจเกี่ยวข้องกับการมีส่วนร่วมของไอออนขององค์ประกอบเหล่านี้ในขั้นตอนต่าง ๆ ของกระบวนการสังเคราะห์องค์ประกอบที่เกิดขึ้นของเลือดมนุษย์
s - องค์ประกอบของกลุ่ม I นั้นมีลักษณะเฉพาะเมื่อเปรียบเทียบกับองค์ประกอบอื่น ๆ ในช่วงเวลาโดยมีประจุนิวเคลียสของอะตอมเล็กน้อยศักยภาพในการแตกตัวเป็นไอออนต่ำของเวเลนซ์อิเล็กตรอนขนาดอะตอมขนาดใหญ่และการเพิ่มขึ้นของกลุ่มจากบนลงล่าง ทั้งหมดนี้กำหนดสถานะของไอออนในสารละลายที่เป็นน้ำในรูปของไอออนไฮเดรต ความคล้ายคลึงกันมากที่สุดระหว่างลิเธียมและโซเดียมจะเป็นตัวกำหนดความสามารถในการสับเปลี่ยนและการทำงานร่วมกันของพวกมัน คุณสมบัติในการทำลายล้างในสารละลายที่เป็นน้ำของโพแทสเซียม รูบิเดียม และซีเซียมไอออน ช่วยให้มั่นใจได้ว่าเมมเบรนจะซึมผ่านได้ดีขึ้น แลกเปลี่ยนได้ และทำงานร่วมกันได้ ความเข้มข้นของ K + ภายในเซลล์สูงกว่าภายนอก 35 เท่า และความเข้มข้นของ Na + ในของเหลวนอกเซลล์สูงกว่าภายในเซลล์ 15 เท่า ไอออนเหล่านี้เป็นปฏิปักษ์ในระบบชีวภาพ s - องค์ประกอบของกลุ่ม II พบในร่างกายในรูปแบบของสารประกอบที่เกิดจากกรดฟอสฟอริก, คาร์บอนิกและคาร์บอกซิลิก แคลเซียมซึ่งส่วนใหญ่อยู่ในเนื้อเยื่อกระดูก มีคุณสมบัติคล้ายคลึงกับสตรอนเซียมและแบเรียม ซึ่งสามารถแทนที่แคลเซียมในกระดูกได้ ในกรณีนี้จะสังเกตทั้งสองกรณีของการทำงานร่วมกันและการเป็นปรปักษ์กัน แคลเซียมไอออนยังเป็นศัตรูของโซเดียม โพแทสเซียม และแมกนีเซียมไอออนอีกด้วย ความคล้ายคลึงกันของลักษณะทางเคมีกายภาพของไอออน Be 2+ และ Mg 2+ เป็นตัวกำหนดความสามารถในการสับเปลี่ยนกันของพวกมันในสารประกอบที่มีพันธะ Mg–N และ Mg–O สิ่งนี้อาจอธิบายการยับยั้งเอนไซม์ที่มีแมกนีเซียมเมื่อเบริลเลียมเข้าสู่ร่างกาย เบริลเลียมเป็นศัตรูของแมกนีเซียม ดังนั้นคุณสมบัติทางเคมีกายภาพและผลกระทบทางชีวภาพขององค์ประกอบขนาดเล็กจึงถูกกำหนดโดยโครงสร้างของอะตอม องค์ประกอบทางชีวภาพส่วนใหญ่เป็นสมาชิกของช่วงที่สอง, สามและสี่ของระบบธาตุของ D.I. เมนเดเลเยฟ. สิ่งเหล่านี้เป็นอะตอมที่ค่อนข้างเบา โดยมีประจุค่อนข้างน้อยบนนิวเคลียสของอะตอม
2. 4. 2. บทบาทของสารประกอบทรานซิชันองค์ประกอบในการถ่ายโอนอิเล็กตรอนในระบบสิ่งมีชีวิต
ในสิ่งมีชีวิต กระบวนการต่างๆ มีลักษณะเป็นวัฏจักรและมีลักษณะคล้ายคลื่น กระบวนการทางเคมีที่เป็นรากฐานจะต้องสามารถย้อนกลับได้ การย้อนกลับของกระบวนการถูกกำหนดโดยปฏิสัมพันธ์ของปัจจัยทางอุณหพลศาสตร์และจลน์ศาสตร์ ปฏิกิริยาที่พลิกกลับได้ ได้แก่ ปฏิกิริยาที่มีค่าคงที่ตั้งแต่ 10 -3 ถึง 10 3 และมีค่าน้อยเท่ากับ DG 0 และ DE 0 ของกระบวนการ ภายใต้สภาวะเหล่านี้ ความเข้มข้นของสารตั้งต้นและผลิตภัณฑ์จากปฏิกิริยาสามารถมีความเข้มข้นที่เทียบเคียงได้ และโดยการเปลี่ยนแปลงในช่วงที่กำหนด จะทำให้กระบวนการสามารถพลิกกลับได้ จากมุมมองจลน์ควรมีค่าพลังงานกระตุ้นต่ำ ดังนั้นไอออนของโลหะ (เหล็ก, ทองแดง, แมงกานีส, โคบอลต์, โมลิบดีนัม, ไทเทเนียมและอื่น ๆ ) จึงเป็นพาหะของอิเล็กตรอนในระบบสิ่งมีชีวิตที่สะดวก การเติมและการบริจาคอิเล็กตรอนทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงเฉพาะการกำหนดค่าทางอิเล็กทรอนิกส์ของไอออนโลหะเท่านั้น โดยไม่เปลี่ยนแปลงโครงสร้างของส่วนประกอบอินทรีย์ของสารเชิงซ้อนอย่างมีนัยสำคัญ บทบาทพิเศษในระบบสิ่งมีชีวิตถูกกำหนดให้กับระบบรีดอกซ์สองระบบ: Fe 3+ /Fe 2+ และ Cu 2+ /Cu + ลิแกนด์ชีวภาพคงตัวในระดับที่มากขึ้นในรูปแบบออกซิไดซ์ในคู่แรก และส่วนใหญ่จะอยู่ในรูปแบบรีดิวซ์ในคู่ที่สอง ดังนั้นในระบบที่ประกอบด้วยเหล็ก ศักยภาพอย่างเป็นทางการจะต่ำกว่าเสมอ และในระบบที่ประกอบด้วยทองแดง ก็มักจะสูงกว่า ระบบรีดอกซ์ที่ประกอบด้วยทองแดงและเหล็กครอบคลุมศักยภาพที่หลากหลาย ซึ่งช่วยให้พวกมันสามารถโต้ตอบกับซับสเตรตจำนวนมาก พร้อมด้วยปานกลาง การเปลี่ยนแปลงใน DG 0 และ DE 0 ซึ่งตรงตามเงื่อนไขของการพลิกกลับได้ ขั้นตอนสำคัญในการเผาผลาญคือการดึงไฮโดรเจนออกจากสารอาหาร จากนั้นอะตอมของไฮโดรเจนจะเปลี่ยนเป็นสถานะไอออนิก และอิเล็กตรอนที่แยกออกจากพวกมันจะเข้าสู่ห่วงโซ่การหายใจ ในสายโซ่นี้ การย้ายจากสารประกอบหนึ่งไปอีกสารประกอบหนึ่ง พวกมันจะสูญเสียพลังงานไปสู่การก่อตัวของหนึ่งในแหล่งพลังงานหลัก นั่นคือกรดอะดีโนซีน ไตรฟอสฟอริก (ATP) และในที่สุดพวกมันก็ไปถึงโมเลกุลออกซิเจนและรวมตัวกับมันจนกลายเป็นน้ำ โมเลกุล สะพานที่อิเล็กตรอนแกว่งไปมานั้นเป็นสารประกอบเชิงซ้อนของเหล็กที่มีแกนพอร์ไฟรินซึ่งมีองค์ประกอบคล้ายกับฮีโมโกลบิน
เอนไซม์ที่มีธาตุเหล็กกลุ่มใหญ่ซึ่งกระตุ้นกระบวนการถ่ายโอนอิเล็กตรอนในไมโตคอนเดรียเรียกว่า ไซโตโครม(ts.kh.) โดยรวมแล้วรู้จักไซโตโครมประมาณ 50 ตัว ไซโตโครมเป็นธาตุเหล็กพอร์ไฟรินซึ่งไอออนเหล็กทั้งหกวงถูกครอบครองโดยอะตอมของผู้บริจาคซึ่งเป็นไบโอลิแกนด์ ความแตกต่างระหว่างไซโตโครมอยู่ที่องค์ประกอบของโซ่ด้านข้างของวงแหวนพอร์ไฟรินเท่านั้น ความแปรผันในโครงสร้างของไบโอลิแกนด์เกิดจากความแตกต่างในขนาดของศักยภาพที่เป็นทางการ เซลล์ทั้งหมดประกอบด้วยโปรตีนอย่างน้อยสามชนิดที่มีโครงสร้างคล้ายกัน เรียกว่า ไซโตโครม a, b, c ในไซโตโครม c การเชื่อมต่อกับสารตกค้างฮิสทิดีนของสายโซ่โพลีเปปไทด์เกิดขึ้นผ่านแกนพอร์ไฟริน ตำแหน่งประสานงานอิสระในไอออนเหล็กถูกครอบครองโดยสารตกค้างเมไทโอนีนของสายโซ่โพลีเปปไทด์:
กลไกหนึ่งของการทำงานของไซโตโครมซึ่งประกอบขึ้นเป็นลิงค์หนึ่งในห่วงโซ่การขนส่งอิเล็กตรอนคือการถ่ายโอนอิเล็กตรอนจากสารตั้งต้นหนึ่งไปยังอีกสารตั้งต้น
จากมุมมองทางเคมี ไซโตโครมเป็นสารประกอบที่แสดงความเป็นคู่ของรีดอกซ์ภายใต้สภาวะที่ผันกลับได้
การถ่ายโอนอิเล็กตรอนโดยไซโตโครม c จะมาพร้อมกับการเปลี่ยนแปลงสถานะออกซิเดชันของเหล็ก:
ค. เอ็กซ์ Fe 3+ + e « c.xFe 2+
ไอออนออกซิเจนทำปฏิกิริยากับไฮโดรเจนไอออนในสิ่งแวดล้อมและเกิดเป็นน้ำหรือไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ เปอร์ออกไซด์จะถูกสลายอย่างรวดเร็วโดยเอนไซม์พิเศษตัวเร่งปฏิกิริยาลงในน้ำและออกซิเจนตามรูปแบบต่อไปนี้:
2H 2 O 2 ®2H 2 O + O 2
เอนไซม์เปอร์ออกซิเดสเร่งปฏิกิริยาออกซิเดชันของสารอินทรีย์ด้วยไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ตามรูปแบบต่อไปนี้:
เอนไซม์เหล่านี้มีฮีมอยู่ในโครงสร้าง โดยมีธาตุเหล็กอยู่ตรงกลางซึ่งมีสถานะออกซิเดชัน +3 (ส่วนที่ 2 7.7)
ในห่วงโซ่การขนส่งอิเล็กตรอน ไซโตโครม c ถ่ายโอนอิเล็กตรอนไปยังไซโตโครมที่เรียกว่าไซโตโครมออกซิเดส ประกอบด้วยไอออนทองแดง Cytochrome เป็นตัวพาอิเล็กตรอนหนึ่งตัว การมีไซโตโครมทองแดงตัวใดตัวหนึ่งพร้อมกับเหล็กจะทำให้มันกลายเป็นพาหะสองอิเล็กตรอน ซึ่งช่วยให้คุณควบคุมอัตราของกระบวนการได้
ทองแดงเป็นส่วนหนึ่งของเอนไซม์สำคัญ - ซูเปอร์ออกไซด์ดิสมิวเตส (SOD) ซึ่งใช้ซูเปอร์ออกไซด์ไอออน O2- ที่เป็นพิษในร่างกายผ่านปฏิกิริยา
[SOD Cu 2+ ] + ® O 2 - [SOD Cu + ] + O 2
[SOD Cu + ] + O 2 - + 2H + ® [SODCu 2+ ] + H 2 O 2
ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์สลายตัวในร่างกายภายใต้การกระทำของตัวเร่งปฏิกิริยา
ปัจจุบันรู้จักเอนไซม์ที่มีทองแดงประมาณ 25 ตัว พวกมันก่อตัวเป็นกลุ่มของออกซิเจนและไฮดรอกซีเลส องค์ประกอบและกลไกการออกฤทธิ์อธิบายไว้ในงาน (2 หัวข้อ 7.9)
สารประกอบเชิงซ้อนของทรานสิชันเอลิเมนต์เป็นแหล่งที่มาขององค์ประกอบขนาดเล็กในรูปแบบออกฤทธิ์ทางชีวภาพที่มีการซึมผ่านของเมมเบรนสูงและมีฤทธิ์ของเอนไซม์ มีส่วนร่วมในการปกป้องร่างกายจาก "ความเครียดจากปฏิกิริยาออกซิเดชั่น" เนื่องจากมีส่วนร่วมในการใช้ผลิตภัณฑ์เมตาบอลิซึมที่กำหนดกระบวนการออกซิเดชันที่ไม่สามารถควบคุมได้ (เปอร์ออกไซด์ อนุมูลอิสระ และสายพันธุ์ที่ออกฤทธิ์ด้วยออกซิเจนอื่นๆ) รวมถึงในการเกิดออกซิเดชันของสารตั้งต้น กลไกการเกิดปฏิกิริยาอนุมูลอิสระของสารตั้งต้นออกซิเดชัน (RH) กับไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์โดยมีส่วนร่วมของธาตุเหล็ก (FeL) เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาสามารถแสดงได้ด้วยโครงร่างปฏิกิริยา
RH + . โอ้ ® อาร์ . + ชม 2 โอ; ร. + FeL ® R + + FeL
พื้นผิว
R + + โอ้ - ® ROH
สารตั้งต้นออกซิไดซ์
การเกิดขึ้นของปฏิกิริยารุนแรงต่อไปจะนำไปสู่การก่อตัวของผลิตภัณฑ์ที่มีระดับไฮดรอกซิเลชันสูงขึ้น อนุมูลอื่น ๆ ทำหน้าที่คล้ายกัน: HO 2 , โอ 2 . - โอ 2 - .
2. 5. ลักษณะทั่วไปขององค์ประกอบ p-block
องค์ประกอบที่ระดับย่อย p ของระดับเวเลนซ์ภายนอกเสร็จสมบูรณ์เรียกว่า p-องค์ประกอบ- โครงสร้างอิเล็กทรอนิกส์ของระดับเวเลนซ์ ns 2 p 1-6 วาเลนซ์อิเล็กตรอนคือระดับย่อย s- และ p
ตารางที่ 8. ตำแหน่งขององค์ประกอบ p ในตารางธาตุ
| ระยะเวลา | กลุ่ม | |||||
| IIIA | ไอวีเอ | วีเอ | ทาง | ปกเกล้าเจ้าอยู่หัว | ปกเกล้าเจ้าอยู่หัว | |
| (ค) | (ญ) | (โอ) | (ฉ) | เน | ||
| (ป) | (ส) | (ซีแอล) | อาร์ | |||
| กา | ค | |||||
| ใน | ส | สบ | เต | (ฉัน) | Xe | |
| ตล | ป.ล | บี | ปอ | ที่ | ร | |
| หน้า 1 | หน้า 2 | หน้า 3 | หน้า 4 | หน้า 5 | ร 6 | |
| () - องค์ประกอบสำคัญ – องค์ประกอบทางชีวภาพ |
ในช่วงเวลาจากซ้ายไปขวาประจุของนิวเคลียสจะเพิ่มขึ้นซึ่งอิทธิพลจะมีเหนือการเพิ่มขึ้นของแรงผลักกันระหว่างอิเล็กตรอน ดังนั้นศักยภาพในการแตกตัวเป็นไอออน ความสัมพันธ์ของอิเล็กตรอน และผลที่ตามมาคือ ความจุของตัวรับและคุณสมบัติที่ไม่ใช่โลหะจึงเพิ่มขึ้นในช่วงเวลาหนึ่ง องค์ประกอบทั้งหมดที่วางอยู่บน Br – ที่แนวทแยงขึ้นไปนั้นไม่ใช่โลหะ และก่อตัวเป็นสารประกอบโควาเลนต์และแอนไอออนเท่านั้น ธาตุ p อื่นๆ ทั้งหมด (ยกเว้นอินเดียม แทลเลียม โพโลเนียม บิสมัท ซึ่งมีคุณสมบัติเป็นโลหะ) เป็นธาตุแอมโฟเทอริกและก่อตัวเป็นทั้งแคตไอออนและแอนไอออน ซึ่งทั้งสององค์ประกอบถูกไฮโดรไลซ์อย่างสูง p-องค์ประกอบที่ไม่ใช่โลหะส่วนใหญ่เป็นสารชีวภาพ (ยกเว้นก๊าซมีตระกูล เทลลูเรียม และแอสทาทีน) ในบรรดาองค์ประกอบ p - โลหะ - มีเพียงอลูมิเนียมเท่านั้นที่จัดเป็นสารชีวภาพ ความแตกต่างในคุณสมบัติขององค์ประกอบข้างเคียงทั้งภายใน และตามช่วงเวลา: พวกมันแสดงออกมาอย่างชัดเจนมากกว่าองค์ประกอบ s องค์ประกอบ p ของช่วงที่สอง - ไนโตรเจน, ออกซิเจน, ฟลูออรีนมีความสามารถเด่นชัดในการมีส่วนร่วมในการสร้างพันธะไฮโดรเจน องค์ประกอบของช่วงที่สามและช่วงต่อๆ ไปจะสูญเสียความสามารถนี้ ความคล้ายคลึงกันนั้นอยู่ในโครงสร้างของเปลือกอิเล็กตรอนชั้นนอกเท่านั้นและสภาวะความจุที่เกิดขึ้นเนื่องจากอิเล็กตรอนที่ไม่มีการจับคู่ในอะตอมที่ไม่ได้รับการกระตุ้น โบรอน คาร์บอน และโดยเฉพาะอย่างยิ่งไนโตรเจนแตกต่างจากองค์ประกอบอื่นๆ ในกลุ่มอย่างมาก (การมีอยู่ของระดับย่อย d- และ f)
ธาตุ p ทั้งหมดและโดยเฉพาะธาตุ p ของคาบที่ 2 และ 3 (C, N, P, O, S, Si, Cl) ก่อให้เกิดสารประกอบจำนวนมากต่อกันและมีองค์ประกอบ s-, d- และ f สารประกอบส่วนใหญ่ที่รู้จักบนโลกเป็นสารประกอบขององค์ประกอบ p องค์ประกอบ p หลักทั้งห้า (แมคโครไบโอเจนิก) ของชีวิต ได้แก่ O, P, C, N และ S เป็นวัสดุก่อสร้างหลักที่ใช้ประกอบโมเลกุลของโปรตีน ไขมัน คาร์โบไฮเดรต และกรดนิวคลีอิก ในบรรดาสารประกอบที่มีน้ำหนักโมเลกุลต่ำขององค์ประกอบ p ที่สำคัญที่สุดคือออกโซแอนไอออน: CO 3 2-, HCO 3 -, C 2 O 4 2-, CH3COO -, PO 4 3-, HPO 4 2-, H 2 PO 4 -, SO 4 2- และเฮไลด์ไอออน องค์ประกอบ p มีเวเลนซ์อิเล็กตรอนหลายตัวและมีพลังงานต่างกัน ดังนั้นสารประกอบจึงมีระดับออกซิเดชันต่างกัน ตัวอย่างเช่น คาร์บอนมีสถานะออกซิเดชันต่างๆ ตั้งแต่ –4 ถึง +4 ไนโตรเจน – ตั้งแต่ -3 ถึง +5, คลอรีน – ตั้งแต่ -1 ถึง +7
ในระหว่างปฏิกิริยา องค์ประกอบ p สามารถบริจาคและรับอิเล็กตรอน โดยทำหน้าที่เป็นตัวรีดิวซ์หรือตัวออกซิไดซ์ตามลำดับ ขึ้นอยู่กับคุณสมบัติขององค์ประกอบที่องค์ประกอบนั้นทำปฏิกิริยากัน สิ่งนี้ทำให้เกิดสารประกอบหลากหลายชนิดที่เกิดขึ้นจากพวกมัน การเปลี่ยนแปลงร่วมกันของอะตอมขององค์ประกอบ p ของสถานะออกซิเดชันที่แตกต่างกัน รวมถึงเนื่องจากกระบวนการรีดอกซ์เมตาบอลิซึม (เช่น ออกซิเดชันของกลุ่มแอลกอฮอล์ไปเป็นกลุ่มอัลดีไฮด์ จากนั้นจึงกลายเป็นกลุ่มคาร์บอกซิล เป็นต้น) ทำให้เกิดความมั่งคั่ง การเปลี่ยนแปลงทางเคมี
สารประกอบคาร์บอนจะแสดงคุณสมบัติออกซิไดซ์ได้ หากผลของปฏิกิริยาทำให้อะตอมของคาร์บอนเพิ่มจำนวนพันธะของมันกับอะตอมที่มีธาตุที่มีอิเล็กโทรเนกาติตีน้อยกว่า (โลหะ ไฮโดรเจน) เพราะโดยการดึงดูดอิเล็กตรอนที่มีพันธะร่วมกัน อะตอมของคาร์บอนจะลดสถานะออกซิเดชันลง
CH 3 ® -CH 2 OH ® -CH = O ® -COOH ® CO 2
การกระจายตัวของอิเล็กตรอนระหว่างตัวออกซิไดซ์และตัวรีดิวซ์ในสารประกอบอินทรีย์สามารถเกิดขึ้นพร้อมกับการเปลี่ยนแปลงความหนาแน่นของอิเล็กตรอนทั้งหมดของพันธะเคมีไปยังอะตอมที่ทำหน้าที่เป็นตัวออกซิไดซ์เท่านั้น ในกรณีที่มีโพลาไรซ์สูง การเชื่อมต่อนี้อาจขาดได้
ฟอสเฟตในสิ่งมีชีวิตทำหน้าที่เป็นส่วนประกอบโครงสร้างของโครงกระดูก เยื่อหุ้มเซลล์ และกรดนิวคลีอิก เนื้อเยื่อกระดูกส่วนใหญ่สร้างจากไฮดรอกซีอะพาไทต์ Ca 5 (PO 4) 3 OH พื้นฐานของเยื่อหุ้มเซลล์คือฟอสโฟลิพิด กรดนิวคลีอิกประกอบด้วยโซ่ไรโบสหรือดีออกซีไรโบสฟอสเฟต นอกจากนี้โพลีฟอสเฟตยังเป็นแหล่งพลังงานหลักอีกด้วย
ในร่างกายมนุษย์ จำเป็นต้องสังเคราะห์ NO โดยใช้เอนไซม์ NO synthase จากอาร์จินีนของกรดอะมิโน อายุการใช้งานของ NO ในเซลล์ของร่างกายอยู่ในลำดับวินาที แต่การทำงานปกติจะไม่สามารถทำได้หากไม่มี NO สารประกอบนี้ให้: ผ่อนคลายกล้ามเนื้อเรียบของกล้ามเนื้อหลอดเลือด, ควบคุมการทำงานของหัวใจ, การทำงานของระบบภูมิคุ้มกันอย่างมีประสิทธิภาพ, การส่งกระแสประสาท เชื่อกันว่า NO มีบทบาทสำคัญในการเรียนรู้และความจำ
ปฏิกิริยารีดอกซ์ที่องค์ประกอบ p มีส่วนร่วมทำให้เกิดพิษต่อร่างกาย พิษของไนโตรเจนออกไซด์สัมพันธ์กับความสามารถในการรีดอกซ์สูง ไนเตรตที่เข้าสู่อาหารจะลดลงเหลือไนไตรต์ในร่างกาย
NO 3 - + 2H + + 2e ® NO 2 + H 2 O
ไนไตรต์มีคุณสมบัติเป็นพิษสูง พวกเขาเปลี่ยนฮีโมโกลบินเป็นเมธฮีโมโกลบินซึ่งเป็นผลิตภัณฑ์จากการไฮโดรไลซิสและออกซิเดชันของเฮโมโกลบิน
ส่งผลให้ฮีโมโกลบินสูญเสียความสามารถในการขนส่งออกซิเจนไปยังเซลล์ของร่างกาย ภาวะขาดออกซิเจนเกิดขึ้นในร่างกาย นอกจากนี้ไนไตรต์ซึ่งเป็นเกลือของกรดอ่อนจะทำปฏิกิริยากับกรดไฮโดรคลอริกในกระเพาะอาหารทำให้เกิดกรดไนตรัสซึ่งเมื่อเกิดกับเอมีนทุติยภูมิจะก่อให้เกิดไนโตรซามีนที่เป็นสารก่อมะเร็ง:
ผลกระทบทางชีวภาพของสารประกอบอินทรีย์โมเลกุลสูง (กรดอะมิโน, โพลีเปปไทด์, โปรตีน, ไขมัน, คาร์โบไฮเดรตและกรดนิวคลีอิก) ถูกกำหนดโดยอะตอม (N, P, S, O) หรือกลุ่มอะตอมที่เกิดขึ้น (กลุ่มฟังก์ชัน) ซึ่งพวกมัน ทำหน้าที่เป็นศูนย์กลางที่ออกฤทธิ์ทางเคมี คู่อิเล็กตรอนของผู้บริจาคสามารถสร้างพันธะประสานงานกับไอออนของโลหะและโมเลกุลอินทรีย์ได้ ด้วยเหตุนี้ องค์ประกอบ p จึงเกิดสารประกอบคีเลตโพลีเดนเทต (กรดอะมิโน โพลีเปปไทด์ โปรตีน คาร์โบไฮเดรต และกรดนิวคลีอิก) มีลักษณะเฉพาะด้วยปฏิกิริยาการก่อตัวที่ซับซ้อน คุณสมบัติแอมโฟเทอริก และปฏิกิริยาไฮโดรไลซิสประจุลบ คุณสมบัติเหล่านี้จะกำหนดการมีส่วนร่วมในกระบวนการทางชีวเคมีขั้นพื้นฐานและในการรับประกันสถานะของไอโซไฮดราย พวกมันสร้างระบบบัฟเฟอร์โปรตีน ฟอสเฟต และไฮโดรเจนคาร์บอเนต มีส่วนร่วมในการขนส่งสารอาหาร ผลิตภัณฑ์เมตาบอลิซึม และกระบวนการอื่นๆ
3. 1. บทบาทของแหล่งที่อยู่อาศัย เคมีของมลภาวะในบรรยากาศ บทบาทของแพทย์ในการปกป้องสิ่งแวดล้อมและสุขภาพของมนุษย์
A.P. Vinogradov แสดงให้เห็นว่าพื้นผิวโลกมีความหลากหลายในองค์ประกอบทางเคมี พืชและสัตว์รวมทั้งมนุษย์ที่อยู่ในโซนต่างๆ ใช้สารอาหารที่มีองค์ประกอบทางเคมีต่างกัน และตอบสนองต่อสิ่งนี้ด้วยปฏิกิริยาทางสรีรวิทยาและองค์ประกอบทางเคมีบางอย่างของร่างกาย ผลกระทบที่เกิดจากองค์ประกอบขนาดเล็กขึ้นอยู่กับการบริโภคเข้าสู่ร่างกาย ความเข้มข้นของโลหะชีวภาพในร่างกายในระหว่างการทำงานปกติจะคงอยู่ในระดับที่กำหนดไว้อย่างเคร่งครัด (ปริมาณทางชีวภาพ) ด้วยความช่วยเหลือของโปรตีนและฮอร์โมนที่เหมาะสม ปริมาณโลหะชีวภาพในร่างกายจะถูกเติมเต็มอย่างเป็นระบบ มีอยู่ในอาหารที่เรากินในปริมาณที่เพียงพอ องค์ประกอบทางเคมีของพืชและสัตว์ที่ใช้เป็นอาหารส่งผลต่อร่างกาย
การผลิตทางอุตสาหกรรมอย่างเข้มข้นทำให้เกิดมลภาวะต่อสิ่งแวดล้อมทางธรรมชาติด้วยสารที่ "เป็นอันตราย" รวมถึงสารประกอบของธาตุทรานซิชัน โดยธรรมชาติแล้ว มีการกระจายองค์ประกอบอย่างเข้มข้นในจังหวัดชีวธรณีเคมี เส้นทางหลัก (มากถึง 80%) ของการเข้าสู่ร่างกายคืออาหารของเรา เมื่อคำนึงถึงมลภาวะต่อสิ่งแวดล้อมโดยมนุษย์จึงจำเป็นต้องใช้มาตรการที่รุนแรงเพื่อฟื้นฟูสิ่งแวดล้อมและผู้คนที่อาศัยอยู่ในนั้น ปัญหานี้ในหลายประเทศในยุโรปนำหน้าปัญหาการเติบโตทางเศรษฐกิจและเป็นหนึ่งในลำดับความสำคัญ ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา การปล่อยมลพิษต่างๆ เพิ่มขึ้น การคาดการณ์การพัฒนาอุตสาหกรรมช่วยให้เราสรุปได้ว่าปริมาณการปล่อยก๊าซเรือนกระจกและมลภาวะต่อสิ่งแวดล้อมจะเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง
โซนจริงที่เรียกว่าวงจรขององค์ประกอบเกิดขึ้นอันเป็นผลมาจากกิจกรรมชีวิต ระบบนิเวศหรือตามที่นักวิชาการ V.N. เรียกมันว่า ซูคาเชฟ ไบโอจีโอซีโนส- มนุษย์เป็นส่วนสำคัญของระบบนิเวศบนโลกของเรา ในกิจกรรมชีวิตของเขา บุคคลสามารถขัดขวางวงจรทางชีวภาพตามธรรมชาติได้ อุตสาหกรรมจำนวนมากก่อให้เกิดมลพิษต่อสิ่งแวดล้อม ตามคำสอนของ V.I. Vernadsky เรียกว่าเปลือกโลกของเราซึ่งเปลี่ยนแปลงไปตามกิจกรรมทางเศรษฐกิจของมนุษย์ นูสเฟียร์- ครอบคลุมชีวมณฑลทั้งหมดและเกินขีดจำกัด (สตราโตสเฟียร์ เหมืองลึก บ่อน้ำ ฯลฯ) บทบาทหลักใน noosphere นั้นเล่นโดยการโยกย้ายองค์ประกอบทางเทคโนโลยี - การสร้างเทคโนโลยี การวิจัยเกี่ยวกับธรณีเคมีของชั้นบรรยากาศเป็นพื้นฐานทางทฤษฎีสำหรับการใช้ทรัพยากรธรรมชาติอย่างมีเหตุผลและการต่อสู้กับมลภาวะต่อสิ่งแวดล้อม มลภาวะต่อสิ่งแวดล้อมที่เป็นก๊าซ ของเหลว และของแข็ง ก่อให้เกิดละอองลอยที่เป็นพิษ (หมอก ควัน) ในชั้นพื้นดินของบรรยากาศ เมื่อบรรยากาศปนเปื้อนด้วยซัลเฟอร์ไดออกไซด์ มีความชื้นสูงและไม่มีอุณหภูมิ ทำให้เกิดหมอกควันพิษ ความเสียหายหลักต่อสิ่งแวดล้อมเกิดจากผลิตภัณฑ์ออกซิเดชัน SO 2, SO 3 และกรด H 2 SO 3 และ H 2 SO 4 ผลจากการปล่อยก๊าซซัลเฟอร์ออกไซด์และไนโตรเจน ทำให้เกิดฝน "กรด" ในเขตอุตสาหกรรม น้ำฝนที่มีไอออนไฮโดรเจนความเข้มข้นสูงสามารถชะล้างไอออนโลหะที่เป็นพิษได้:
ZnO(t) + 2H + = Zn 2+ (p) + H 2 O
เมื่อเครื่องยนต์สันดาปภายในทำงาน ไนโตรเจนออกไซด์จะถูกปล่อยออกมา ซึ่งผลิตภัณฑ์ที่ถูกเปลี่ยนสภาพคือโอโซน:
N 2 + O 2 « 2NO (ในกระบอกสูบเครื่องยนต์)
สิ่งที่สังคมกังวลอย่างมากคือปัญหาสิ่งแวดล้อม สาระสำคัญทางเคมีคือการปกป้องชีวมณฑลจากคาร์บอนออกไซด์และมีเทนที่มากเกินไป ทำให้เกิด "ผลกระทบเรือนกระจก" ซัลเฟอร์และไนโตรเจนออกไซด์ นำไปสู่ "ฝนกรด"; อนุพันธ์ของฮาโลเจน (คลอรีน, ฟลูออรีน) ของไฮโดรคาร์บอนที่ละเมิด "เกราะป้องกันโอโซนของโลก"; สารก่อมะเร็ง (โพลีอะโรมาติกไฮโดรคาร์บอนและผลิตภัณฑ์จากการเผาไหม้ที่ไม่สมบูรณ์) และผลิตภัณฑ์อื่น ๆ ปัจจุบันไม่เพียงแต่ปัญหาการปกป้องสิ่งแวดล้อมเท่านั้น แต่ยังรวมถึงการปกป้องสภาพแวดล้อมภายในด้วย จำนวนสารที่เข้าสู่สิ่งมีชีวิตที่เป็นสิ่งแปลกปลอมสิ่งมีชีวิตต่างดาวและเรียก ซีโนไบโอติก- ตามที่องค์การอนามัยโลกระบุว่ามีประมาณ 4 ล้านคนเข้าสู่ร่างกายด้วยอาหาร น้ำ และอากาศ รวมทั้งในรูปของยา (รูปแบบยา)
นี่เป็นเพราะวัฒนธรรมที่ต่ำของผู้ผลิตและผู้บริโภคสารเคมีที่ไม่มีความรู้ด้านเคมีระดับมืออาชีพ แท้จริงแล้ว การเพิกเฉยต่อคุณสมบัติของสารและการไม่สามารถคาดการณ์ผลที่ตามมาของการใช้สารเหล่านี้มากเกินไปเท่านั้นที่อาจทำให้เกิดการสูญเสียธรรมชาติอย่างไม่สามารถแก้ไขได้ ซึ่งมนุษย์เป็นองค์ประกอบสำคัญ แท้จริงแล้วจนถึงทุกวันนี้ ผู้ผลิตบางรายและแม้แต่บุคลากรทางการแพทย์ก็เปรียบได้กับโรงสีของ Bulgakov ที่ต้องการฟื้นตัวจากโรคมาลาเรียทันทีด้วยควินินในปริมาณที่น่าทึ่ง (ช็อต) แต่ไม่มีเวลา - เขาเสียชีวิต บทบาทขององค์ประกอบทางเคมีต่างๆ ต่อมลภาวะต่อสิ่งแวดล้อมและการเกิดโรครวมทั้งการประกอบอาชีพยังมีการศึกษาไม่เพียงพอ มีความจำเป็นต้องวิเคราะห์การเข้ามาของสารต่าง ๆ สู่สิ่งแวดล้อมอันเป็นผลมาจากกิจกรรมของมนุษย์ วิธีที่สารเข้าสู่ร่างกายมนุษย์ พืช ปฏิสัมพันธ์กับสิ่งมีชีวิตในระดับต่าง ๆ และพัฒนาระบบมาตรการที่มีประสิทธิผลโดยมุ่งเป้าไปที่ทั้งการป้องกัน มลภาวะต่อสิ่งแวดล้อมเพิ่มเติมและสร้างวิธีการทางชีวภาพที่จำเป็นในการปกป้องสภาพแวดล้อมภายในของร่างกาย บุคลากรทางการแพทย์จะต้องมีส่วนร่วมในการพัฒนาและดำเนินการตามมาตรการทางเทคนิค การป้องกัน สุขอนามัย สุขอนามัย และการรักษา
3.2 จังหวัดชีวเคมี โรคประจำถิ่น
โซนที่สัตว์และพืชมีลักษณะเฉพาะด้วยองค์ประกอบทางเคมีบางอย่างเรียกว่า จังหวัดชีวธรณีเคมีจังหวัดทางชีวธรณีเคมีเป็นแท็กซ่าลำดับที่สามของชีวมณฑล - ดินแดนที่มีขนาดต่าง ๆ ภายในภูมิภาคย่อยของชีวมณฑลที่มีปฏิกิริยาลักษณะเฉพาะของสิ่งมีชีวิตอย่างต่อเนื่อง (เช่น โรคประจำถิ่น) จังหวัดทางชีวธรณีเคมีมีสองประเภท - ทางธรรมชาติและทางเทคโนโลยีซึ่งเป็นผลมาจากการพัฒนาแหล่งสะสมแร่ การปล่อยก๊าซเรือนกระจกจากอุตสาหกรรมโลหะและเคมี และการใช้ปุ๋ยในการเกษตร จำเป็นต้องให้ความสนใจกับบทบาทของจุลินทรีย์ในการสร้างลักษณะทางธรณีวิทยาเคมีของสิ่งแวดล้อม การขาดธาตุและธาตุที่มากเกินไปสามารถนำไปสู่การก่อตัวของจังหวัดชีวชีวเคมี ซึ่งเกิดจากการขาดธาตุ (ไอโอดีน ฟลูออรีน แคลเซียม ทองแดง ฯลฯ) และส่วนเกิน (โบรอน โมลิบดีนัม ฟลูออรีน ทองแดง ฯลฯ) ปัญหาการขาดโบรมีนภายในภูมิภาคภาคพื้นทวีป พื้นที่ภูเขา และโบรมีนส่วนเกินในพื้นที่ชายฝั่งและภูเขาไฟ เป็นเรื่องที่น่าสนใจและสำคัญ ในภูมิภาคเหล่านี้ วิวัฒนาการของระบบประสาทส่วนกลางดำเนินไปในเชิงคุณภาพแตกต่างออกไป จังหวัดทางชีวธรณีเคมีบนหินที่อุดมด้วยนิกเกิลถูกค้นพบในเทือกเขาอูราลตอนใต้ มีลักษณะเป็นโรคหญ้าและแกะในรูปแบบที่น่าเกลียดซึ่งสัมพันธ์กับปริมาณนิกเกิลในสิ่งแวดล้อมสูง
ความสัมพันธ์ของจังหวัดชีวธรณีเคมีกับสถานะทางนิเวศวิทยาทำให้สามารถระบุดินแดนต่อไปนี้: ก) กับสถานการณ์ทางนิเวศวิทยาที่ค่อนข้างน่าพอใจ - (โซนของความเป็นอยู่ที่ดี); b) ที่สามารถย้อนกลับได้ จำกัด และในกรณีส่วนใหญ่การละเมิดสิ่งแวดล้อมที่ถอดออกได้ - (เขตความเสี่ยงด้านสิ่งแวดล้อม)- c) มีข้อเสียในระดับสูงพอสมควรที่สังเกตได้เป็นเวลานานในดินแดนขนาดใหญ่ซึ่งการกำจัดซึ่งต้องใช้ต้นทุนและเวลาจำนวนมาก - (เขตวิกฤตทางนิเวศวิทยา- d) มีความทุกข์ทรมานต่อสิ่งแวดล้อมในระดับที่สูงมาก ความเสียหายต่อสิ่งแวดล้อมที่ไม่สามารถย้อนกลับได้ในทางปฏิบัติและมีการแปลเป็นภาษาท้องถิ่นที่ชัดเจน -( เขตภัยพิบัติสิ่งแวดล้อม).
ขึ้นอยู่กับปัจจัยผลกระทบระดับระยะเวลาของการกระทำและพื้นที่การกระจายจังหวัดชีวธรณีเคมีทางธรรมชาติที่ใช้เทคโนโลยีธรรมชาติต่อไปนี้ถูกระบุเป็นโซนความเสี่ยงและวิกฤต:
1. โพลีเมทัลลิก (Pb, Cd, Hjg, Cu, Zn) ที่มีความสัมพันธ์ที่โดดเด่น ได้แก่ Cu–Zn, Cu–Ni, Pb–Zn รวมถึง:
· อุดมด้วยทองแดง (Urals ใต้, Bashkortostan, Norilsk, Mednogorsk);
· เสริมด้วยนิกเกิล (Norilsk, Monchegorsk, นิกเกิล, Polyarny, Tuva, Urals ใต้)
· อุดมด้วยตะกั่ว (อัลไต, คอเคซัส, ทรานไบคาเลีย);
· อุดมด้วยฟลูออรีน (Kirovsk, Krasnoyarsk, Bratsk);
· มียูเรเนียมและนิวไคลด์กัมมันตรังสีสูงในสิ่งแวดล้อม (Transbaikalia, Altai, Southern Urals)
2. จังหวัดชีวธรณีเคมีที่มีการขาดองค์ประกอบจุลภาค (Se, I, Cu, Zn ฯลฯ )
เคมีสิ่งแวดล้อมเป็นศาสตร์แห่งกระบวนการทางเคมีที่กำหนดสถานะและคุณสมบัติของสิ่งแวดล้อม ได้แก่ บรรยากาศ ไฮโดรสเฟียร์ และดิน
สาขาวิชาเคมีที่อุทิศให้กับการศึกษาพื้นฐานทางเคมีของปรากฏการณ์และปัญหาสิ่งแวดล้อม ตลอดจนกระบวนการก่อตัวของคุณสมบัติทางเคมีและองค์ประกอบของวัตถุสิ่งแวดล้อม
เคมีสิ่งแวดล้อมศึกษาทั้งกระบวนการทางเคมีธรรมชาติที่เกิดขึ้นในสิ่งแวดล้อมและกระบวนการมลพิษที่เกิดจากมนุษย์
มลภาวะต่อสิ่งแวดล้อมจากการกระทำของมนุษย์มีผลกระทบอย่างมากต่อสุขภาพของพืชและสัตว์ การผลิตพืชพรรณประจำปีบนผืนดินของโลกก่อนที่มนุษย์จะรบกวนนั้นมีจำนวนวัตถุแห้งเกือบ 172x109 ตัน ผลจากผลกระทบดังกล่าวทำให้การผลิตตามธรรมชาติลดลงอย่างน้อย 25% ในสิ่งพิมพ์ของ V.V. Ermakova (1999), Yu.M. Zakharova (2003), I.M. Donnik (1997), MS. Panin (2003) และคณะอื่นๆ แสดงให้เห็นถึงความก้าวร้าวที่เพิ่มขึ้นของผลกระทบจากการกระทำของมนุษย์ต่อสิ่งแวดล้อม (EI) ที่เกิดขึ้นในดินแดนของประเทศที่พัฒนาแล้ว
วีเอ Kovda ให้ข้อมูลเกี่ยวกับความสัมพันธ์ระหว่างวัฏจักรชีวธรณีเคมีธรรมชาติและการมีส่วนร่วมของมนุษย์ต่อกระบวนการทางธรรมชาติ นับตั้งแต่นั้นเป็นต้นมา กระแสทางเทคโนโลยีก็เพิ่มขึ้น จากข้อมูลของเขากระแสชีวธรณีเคมีและเทคโนโลยีของชีวมณฑลประเมินโดยค่าต่อไปนี้:
ตามที่องค์การอนามัยโลก (WHO) ระบุว่า มีสารประกอบทางเคมีที่รู้จักมากกว่า 6 ล้านชนิด มีการใช้มากถึง 500,000 ชนิด โดยในจำนวนนี้ 40,000 ชนิดมีคุณสมบัติที่เป็นอันตรายต่อมนุษย์ และ 12,000 ชนิดเป็นพิษ ภายในปี 2552 การบริโภคแร่และวัตถุดิบอินทรีย์เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วและสูงถึง 40-50,000 ตันต่อประชากรโลก ส่งผลให้ปริมาณขยะอุตสาหกรรม เกษตรกรรม และครัวเรือนเพิ่มมากขึ้น ในศตวรรษที่ 21 มลพิษจากการกระทำของมนุษย์ได้นำมนุษยชาติไปสู่หายนะด้านสิ่งแวดล้อม ดังนั้นการวิเคราะห์สถานะทางนิเวศวิทยาของชีวมณฑลรัสเซียและการค้นหาวิธีการฟื้นฟูระบบนิเวศในอาณาเขตของตนจึงมีความเกี่ยวข้องมาก
ปัจจุบัน องค์กรในเหมืองแร่ โลหะ เคมี งานไม้ พลังงาน วัสดุก่อสร้าง และอุตสาหกรรมอื่น ๆ ของสหพันธรัฐรัสเซีย ก่อให้เกิดขยะประมาณ 7 พันล้านตันต่อปี มีการใช้งานเพียง 2 พันล้านตัน หรือคิดเป็น 28% ของปริมาณทั้งหมด ในเรื่องนี้ มีขยะมูลฝอยประมาณ 80 พันล้านตันเท่านั้นที่สะสมอยู่ในสถานที่ทิ้งขยะและโรงเก็บกากตะกอนของประเทศ มีการจัดสรรพื้นที่ที่เหมาะสมสำหรับการเกษตรประมาณ 10,000 เฮกตาร์เพื่อนำไปฝังกลบเพื่อเก็บไว้ทุกปี ของเสียปริมาณมากที่สุดเกิดขึ้นระหว่างการสกัดและเพิ่มคุณค่าของวัตถุดิบ ดังนั้นในปี พ.ศ. 2548 ปริมาณของภาระดิน หินที่เกี่ยวข้อง และของเสียจากการเสริมสมรรถนะในอุตสาหกรรมต่างๆ อยู่ที่ 3,100 และ 1,200 ล้านลูกบาศก์เมตร ตามลำดับ ของเสียจำนวนมากถูกสร้างขึ้นในกระบวนการเก็บเกี่ยวและแปรรูปวัตถุดิบไม้ ที่ไซต์ตัดไม้ ของเสียคิดเป็นมากถึง 46.5% ของปริมาณไม้ที่กำจัดทั้งหมด ในประเทศของเรา มีขยะไม้เกิดขึ้นมากกว่า 200 ล้านลูกบาศก์เมตรต่อปี มีของเสียน้อยลงเล็กน้อยในสถานประกอบการโลหะวิทยาเหล็ก: ในปี 2547 ผลผลิตของตะกรันของเหลวที่ลุกเป็นไฟมีจำนวน 79.7 ล้านตันซึ่งรวมถึงเตาถลุงเหล็ก 52.2 ล้านตันการผลิตเหล็ก 22.3 ล้านตันและโลหะผสมเหล็ก 4.2 ล้านตัน ในโลกนี้ มีการถลุงโลหะที่ไม่ใช่เหล็กน้อยกว่าโลหะที่ไม่ใช่เหล็กประมาณ 15 เท่าต่อปี
อย่างไรก็ตามในการผลิตโลหะที่ไม่ใช่เหล็กในกระบวนการเสริมสมรรถนะแร่นั้นจะมีกากแร่ที่บดแล้วจาก 30 ถึง 100 ตันต่อความเข้มข้น 1 ตันและเมื่อทำการถลุงแร่ต่อโลหะ 1 ตัน - จากตะกรัน 1 ถึง 8 ตัน ตะกอนและของเสียอื่นๆ
ทุกปี สารเคมี อาหาร ปุ๋ยแร่ และอุตสาหกรรมอื่นๆ ก่อให้เกิดขยะที่มียิปซั่มมากกว่า 22 ล้านตัน และกากตะกอนน้ำเสีย (แห้ง) ประมาณ 120-140 ล้านตัน ซึ่งประมาณ 90% ได้มาจากการทำให้น้ำเสียอุตสาหกรรมเป็นกลาง กองขยะมากกว่า 70% ใน Kuzbass จัดอยู่ในประเภทการเผาไหม้ ที่ระยะทางหลายกิโลเมตร ความเข้มข้นของ SO2, CO และ CO2 ในอากาศจะเพิ่มขึ้นอย่างมาก ความเข้มข้นของโลหะหนักในดินและน้ำผิวดินเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วและในพื้นที่เหมืองยูเรเนียม - นิวไคลด์กัมมันตภาพรังสี การทำเหมืองแบบเปิดทำให้เกิดการรบกวนภูมิทัศน์ซึ่งเทียบเคียงได้กับผลที่ตามมาของภัยพิบัติทางธรรมชาติที่สำคัญ ดังนั้นในพื้นที่ทำงานของฉันใน Kuzbass จึงมีการสร้างโซ่ความล้มเหลวลึก (สูงถึง 30 ม.) จำนวนมากซึ่งทอดยาวกว่า 50 กม. โดยมีพื้นที่รวมสูงสุด 300 km2 และปริมาณความล้มเหลวมากกว่า มากกว่า 50 ล้าน ลบ.ม.
ปัจจุบันพื้นที่ขนาดใหญ่ถูกครอบครองโดยขยะมูลฝอยจากโรงไฟฟ้าพลังความร้อน: เถ้า, ตะกรัน, ซึ่งมีองค์ประกอบคล้ายกับขยะโลหะ ผลผลิตประจำปีของพวกเขาสูงถึง 70 ล้านตัน ระดับการใช้งานอยู่ภายใน 1-2% ตามที่กระทรวงทรัพยากรธรรมชาติแห่งสหพันธรัฐรัสเซียระบุว่าพื้นที่รวมของขยะจากอุตสาหกรรมต่าง ๆ ที่ถูกครอบครองโดยทั่วไปเกิน 2,000 ตารางกิโลเมตร
โลกมีการผลิตน้ำมันดิบมากกว่า 4 หมื่นล้านตันต่อปี โดยในจำนวนนี้น้ำมันและผลิตภัณฑ์ปิโตรเลียมประมาณ 50 ล้านตันสูญหายไปในระหว่างการผลิต การขนส่ง และการแปรรูป น้ำมันถือเป็นมลพิษที่แพร่หลายที่สุดและอันตรายที่สุดในไฮโดรสเฟียร์ เนื่องจากมีการผลิตน้ำมันประมาณหนึ่งในสามบนไหล่ทวีป มวลรวมของผลิตภัณฑ์ปิโตรเลียมที่เข้าสู่ทะเลและมหาสมุทรต่อปีอยู่ที่ประมาณ 5-10 ล้านตัน
จากข้อมูลของ NPO Energostal ระดับการทำให้ก๊าซเสียบริสุทธิ์จากฝุ่นโลหะวิทยาที่เป็นเหล็กเกิน 80% และระดับการใช้ประโยชน์ของผลิตภัณฑ์นำกลับมาใช้ใหม่ที่เป็นของแข็งอยู่ที่เพียง 66% เท่านั้น
ในขณะเดียวกัน อัตราการใช้ฝุ่นและตะกรันที่มีธาตุเหล็กอยู่ที่ 72% ในขณะที่ฝุ่นประเภทอื่นอยู่ที่ 46% องค์กรเกือบทั้งหมดของโรงไฟฟ้าทั้งโลหะและพลังความร้อนไม่สามารถแก้ไขปัญหาการทำความสะอาดก๊าซที่มีกำมะถันซึ่งมีเปอร์เซ็นต์ต่ำในปริมาณมาก การปล่อยก๊าซเหล่านี้มีจำนวน 25 ล้านตัน การปล่อยก๊าซที่ประกอบด้วยกำมะถันสู่ชั้นบรรยากาศเฉพาะจากการว่าจ้างโรงบำบัดก๊าซที่หน่วยผลิตไฟฟ้า 53 หน่วยในประเทศในช่วงปี 2548 ถึง 2553 ลดลงจาก 1.6 เป็น 0.9 ล้านตัน ปัญหาการวางตัวเป็นกลางของสารละลายกัลวานิกได้รับการแก้ไขได้ไม่ดี คำถามที่ช้ากว่านั้นคือการกำจัดของเสียที่เกิดขึ้นระหว่างการทำให้เป็นกลางและการประมวลผลของสารละลายกัดกร่อนที่ใช้แล้ว สารละลายในการผลิตสารเคมี และน้ำเสีย ในเมืองของรัสเซีย น้ำเสียมากถึง 90% ถูกปล่อยลงสู่แม่น้ำและอ่างเก็บน้ำในรูปแบบที่ไม่ผ่านการบำบัด ปัจจุบันมีการพัฒนาเทคโนโลยีที่ทำให้สามารถเปลี่ยนสารพิษให้เป็นสารพิษต่ำและแม้แต่สารออกฤทธิ์ทางชีวภาพ ซึ่งสามารถนำไปใช้ในการเกษตรและอุตสาหกรรมอื่นๆ ได้
เมืองสมัยใหม่ปล่อยสารประกอบประมาณ 1,000 ชนิดออกสู่ชั้นบรรยากาศและสภาพแวดล้อมทางน้ำ การขนส่งทางรถยนต์ถือเป็นสถานที่ชั้นนำแห่งหนึ่งในด้านมลพิษทางอากาศในเมือง ในหลายเมือง ควันไอเสียคิดเป็น 30% และในบางเมือง - 50% ในมอสโก ประมาณ 96% ของ CO2, 33% ของ NO2 และ 64% ของไฮโดรคาร์บอนเข้าสู่ชั้นบรรยากาศโดยการขนส่งทางรถยนต์
ขึ้นอยู่กับปัจจัยที่ส่งผลกระทบระดับระยะเวลาของการกระทำและพื้นที่การกระจายจังหวัดทางชีวธรณีเคมีทางธรรมชาติของเทือกเขาอูราลถูกจัดประเภทเป็นดินแดนที่มีระดับความทุกข์ทรมานด้านสิ่งแวดล้อมมากที่สุด ในช่วงหลายปีที่ผ่านมา เทือกเขาอูราลครองตำแหน่งผู้นำในด้านปริมาณการปล่อยสารอันตรายออกสู่ชั้นบรรยากาศ ตามที่เอเอ Malygina เทือกเขาอูราลครองอันดับหนึ่งในรัสเซียในด้านมลพิษทางอากาศและน้ำ และอันดับสองสำหรับมลพิษในดิน
เทือกเขาอูราลเป็นหนึ่งในผู้ผลิตโลหะเหล็กรายใหญ่ที่สุดของประเทศ มีสถานประกอบการด้านโลหะวิทยา 28 แห่ง เพื่อจัดหาวัตถุดิบ จึงมีบริษัทเหมืองแร่และแปรรูปมากกว่า 10 แห่งที่ดำเนินงานในภูมิภาคนี้ ในปี 2546 บริษัทด้านโลหะวิทยาในภูมิภาคสะสมตะกรันเตาถลุงเหล็กประมาณ 180 ล้านตัน ตะกรันการผลิตเหล็ก 40 ล้านตัน และตะกรันการผลิตเฟอร์โรโครมมากกว่า 20 ล้านตัน ตลอดจนฝุ่นและตะกอนจำนวนมาก มีการสร้างความเป็นไปได้ในการรีไซเคิลขยะเป็นวัสดุก่อสร้างต่างๆ เพื่อสนองความต้องการของเศรษฐกิจของประเทศ
หินต่างๆ มากกว่า 2.5 พันล้านลูกบาศก์เมตร ตะกรันและขี้เถ้าจากโรงไฟฟ้าพลังความร้อน 250 ล้านตันถูกสะสมอยู่ในที่ทิ้งขยะของภูมิภาค จากปริมาตรรวมของภาระส่วนเกิน มีเพียง 3% เท่านั้นที่ได้รับการประมวลผล ที่สถานประกอบการด้านโลหะวิทยาจาก 14 ล้านตันของตะกรันที่สร้างขึ้นต่อปีมีการใช้เพียง 40-42% ซึ่ง 75% เป็นตะกรันเตาถลุงเหล็ก 4% เป็นการผลิตเหล็ก 3% เป็นโลหะผสมเหล็กและ 17% เป็นตะกรันโลหะวิทยาที่ไม่ใช่เหล็ก และเถ้าโรงไฟฟ้าพลังความร้อนมีเพียงประมาณ 1% เท่านั้น
การหยุดชะงักของสภาวะสมดุลขององค์ประกอบระดับจุลภาคและระดับมหภาคในร่างกายถูกกำหนดโดยมลภาวะทางธรรมชาติและที่มนุษย์สร้างขึ้นในชีวมณฑล ซึ่งนำไปสู่การก่อตัวขององค์ประกอบย่อยที่มนุษย์สร้างขึ้นในพื้นที่กว้าง ๆ รอบ ๆ คอมเพล็กซ์อาณาเขตและอุตสาหกรรม สุขภาพไม่เพียงแต่ผู้คนที่เกี่ยวข้องโดยตรงในกระบวนการผลิตเท่านั้นที่ได้รับผลกระทบ แต่ยังรวมถึงผู้ที่อาศัยอยู่ในบริเวณใกล้เคียงกับสถานประกอบการด้วย ตามกฎแล้วพวกเขามีภาพทางคลินิกที่เด่นชัดน้อยกว่าและสามารถอยู่ในรูปแบบแฝงของเงื่อนไขทางพยาธิวิทยาบางอย่างได้ แสดงให้เห็นว่าใกล้กับสถานประกอบการอุตสาหกรรมที่ตั้งอยู่ในเมืองในเขตที่อยู่อาศัย ความเข้มข้นของตะกั่วเกินค่าพื้นหลัง 14-50 เท่า สังกะสี 30-40 เท่า โครเมียม 11-46 เท่า และนิกเกิล 8-63 เท่า .
การวิเคราะห์สถานการณ์ทางนิเวศวิทยาและเคมีและสถานะสุขภาพของประชากรในเทือกเขาอูราลทำให้สามารถระบุได้ว่าในแง่ของระดับมลพิษนั้นอยู่ใน "โซนของเหตุฉุกเฉินด้านสิ่งแวดล้อม" อายุขัยน้อยกว่า 4-6 ปีเมื่อเทียบกับตัวชี้วัดที่คล้ายกันในรัสเซีย
ผู้อยู่อาศัยที่อาศัยอยู่เป็นเวลานานในสภาวะมลพิษทางธรรมชาติและที่มนุษย์สร้างขึ้นต้องเผชิญกับองค์ประกอบทางเคมีที่มีความเข้มข้นผิดปกติซึ่งมีผลกระทบต่อร่างกายอย่างเห็นได้ชัด หนึ่งในอาการคือการเปลี่ยนแปลงองค์ประกอบของเลือดสาเหตุซึ่งเป็นการละเมิดการจัดหาธาตุเหล็กและองค์ประกอบขนาดเล็ก (Cu, Co) ไปยังร่างกายซึ่งเกี่ยวข้องกับทั้งปริมาณอาหารต่ำและปริมาณสูงของ สารประกอบในอาหารที่ป้องกันการดูดซึมธาตุเหล็กในทางเดินอาหาร
เมื่อตรวจสอบพารามิเตอร์ทางชีววิทยาและเคมีในฟาร์ม 56 แห่งในภูมิภาคต่าง ๆ ของเทือกเขาอูราล จะมีการระบุดินแดนที่แตกต่างกัน 5 แบบตามเงื่อนไข โดยมีลักษณะทางสิ่งแวดล้อมที่แตกต่างกัน:
- * ดินแดนที่ถูกปนเปื้อนจากการปล่อยก๊าซเรือนกระจกจากสถานประกอบการอุตสาหกรรมขนาดใหญ่
- * ดินแดนที่ปนเปื้อนเนื่องจากกิจกรรมขององค์กรที่มีนิวไคลด์กัมมันตรังสีที่มีอายุยืนยาว - สตรอนเซียม-90 และซีเซียม-137 (ร่องรอยกัมมันตภาพรังสีอูราลตะวันออก - EURT)
- * ดินแดนที่ประสบแรงกดดันจากผู้ประกอบการอุตสาหกรรมและในเวลาเดียวกันก็ตั้งอยู่ในเขต EURT
- * จังหวัดธรณีเคมีที่มีปริมาณโลหะหนักตามธรรมชาติ (Zn, Cu, Ni) สูงในดิน น้ำ รวมถึงความเข้มข้นของเรดอน-222 ที่ผิดปกติในอากาศพื้นดินและน้ำ
- * ดินแดนที่ค่อนข้างเอื้ออำนวยในแง่สิ่งแวดล้อม ปลอดจากสถานประกอบการอุตสาหกรรม
ลักษณะทางนิเวศวิทยาของเคมีขององค์ประกอบ
จุลธาตุและเอนไซม์ ความรู้เบื้องต้นเกี่ยวกับโลหะเอนไซม์ เอนไซม์จำเพาะและไม่จำเพาะ บทบาทของไอออนของโลหะในเอนไซม์ ความคล้ายคลึงกันในแนวนอนในการกระทำทางชีวภาพขององค์ประกอบ d
ความโน้มเอียงของไอออนองค์ประกอบ d ต่อการไฮโดรไลซิสและการเกิดพอลิเมอไรเซชัน
ในสภาพแวดล้อมที่เป็นกรด ไอออนของธาตุ d จะอยู่ในรูปของไอออนไฮเดรต [M(H 2 O) m ] n+ ด้วยค่า pH ที่เพิ่มขึ้น ไอออนไฮเดรตขององค์ประกอบ d จำนวนมากเนื่องจากมีประจุขนาดใหญ่และขนาดไอออนเล็ก จึงส่งผลต่อโมเลกุลของน้ำในเชิงโพลาไรซ์สูง ความสามารถในการรับไอออนไฮดรอกไซด์ ได้รับการไฮโดรไลซิสประจุบวก และสร้างพันธะโควาเลนต์ที่แข็งแกร่งกับ OH - . กระบวนการสิ้นสุดด้วยการก่อตัวของเกลือเบส [M(OH) m ] (mn)+ หรือไฮดรอกไซด์ที่ไม่ละลายน้ำ M(OH) n หรือสารประกอบเชิงซ้อนไฮดรอกโซ [M(OH) m ] (n-m)- กระบวนการปฏิกิริยาไฮโดรไลติกสามารถเกิดขึ้นได้กับการก่อตัวของสารเชิงซ้อนหลายนิวเคลียร์อันเป็นผลมาจากปฏิกิริยาพอลิเมอไรเซชัน
2. 4. บทบาททางชีวภาพขององค์ประกอบ d (องค์ประกอบการเปลี่ยนผ่าน)
องค์ประกอบซึ่งมีเนื้อหาไม่เกิน 10 -3% เป็นส่วนหนึ่งของเอนไซม์ ฮอร์โมน วิตามิน และสารประกอบสำคัญอื่นๆ สำหรับการเผาผลาญโปรตีน คาร์โบไฮเดรต และไขมัน จำเป็นต้องมีสิ่งต่อไปนี้: Fe, Co, Mn, Zn, Mo, V, B, W; สิ่งต่อไปนี้เกี่ยวข้องกับการสังเคราะห์โปรตีน: Mg, Mn, Fe, Co, Cu, Ni, Cr; ในการสร้างเม็ดเลือด - Co, Ti, Cu, Mn, Ni, Zn; ในลมหายใจ - Mg, Fe, Cu, Zn, Mn และ Co ด้วยเหตุนี้ ธาตุขนาดเล็กจึงถูกนำมาใช้อย่างกว้างขวางในทางการแพทย์ เป็นปุ๋ยขนาดเล็กสำหรับพืชไร่ และเป็นปุ๋ยในการเลี้ยงปศุสัตว์ สัตว์ปีก และปลา ธาตุขนาดเล็กเป็นส่วนหนึ่งของสารควบคุมทางชีวภาพจำนวนมากของระบบสิ่งมีชีวิตซึ่งมีพื้นฐานมาจากไบโอคอมเพล็กซ์ เอนไซม์เป็นโปรตีนชนิดพิเศษที่ทำหน้าที่เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาในระบบชีวภาพ เอนไซม์เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาที่มีเอกลักษณ์เฉพาะตัวด้วยประสิทธิภาพที่ไม่มีใครเทียบได้และความสามารถในการเลือกสรรสูง ตัวอย่างของประสิทธิภาพของปฏิกิริยาการสลายตัวของไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ 2H 2 O 2 ® 2H 2 O + O 2 เมื่อมีเอนไซม์แสดงไว้ในตารางที่ 6
ตารางที่ 6. พลังงานกระตุ้น (E o) และอัตราสัมพัทธ์ของปฏิกิริยาการสลายตัวของ H 2 O 2 ในกรณีที่ไม่มีและมีตัวเร่งปฏิกิริยาต่างๆ
ปัจจุบัน รู้จักเอนไซม์มากกว่า 2,000 ชนิด ซึ่งหลายเอนไซม์กระตุ้นปฏิกิริยาเดียว กิจกรรมของเอนไซม์กลุ่มใหญ่จะปรากฏต่อหน้าสารประกอบที่ไม่ใช่โปรตีนบางชนิดที่เรียกว่าโคแฟกเตอร์เท่านั้น ไอออนของโลหะหรือสารประกอบอินทรีย์ทำหน้าที่เป็นปัจจัยร่วม ประมาณหนึ่งในสามของเอนไซม์ถูกกระตุ้นโดยโลหะทรานซิชัน
ไอออนของโลหะในเอนไซม์ทำหน้าที่หลายอย่าง: พวกมันเป็นกลุ่มอิเล็กโทรฟิลิกของศูนย์กลางแอคทีฟของเอนไซม์และอำนวยความสะดวกในการทำปฏิกิริยากับบริเวณที่มีประจุลบของโมเลกุลของสารตั้งต้น พวกมันก่อให้เกิดโครงสร้างโครงสร้างเอนไซม์ที่เร่งปฏิกิริยา (ในการก่อตัวของขดลวด โครงสร้างของ RNA สังกะสีและแมงกานีสมีส่วนร่วม) และมีส่วนร่วมในการขนส่งอิเล็กตรอน (คอมเพล็กซ์การถ่ายโอนอิเล็กตรอน) ความสามารถของไอออนโลหะในการทำหน้าที่ในตำแหน่งออกฤทธิ์ของเอนไซม์ที่เกี่ยวข้องนั้นขึ้นอยู่กับความสามารถของไอออนของโลหะในการสร้างสารเชิงซ้อน รูปทรงและความเสถียรของสารเชิงซ้อนที่เกิดขึ้น สิ่งนี้ทำให้มั่นใจได้ถึงการเลือกที่เพิ่มขึ้นของเอนไซม์ที่มีต่อซับสเตรต การกระตุ้นพันธะในเอนไซม์หรือซับสเตรตผ่านการประสานงาน และการเปลี่ยนแปลงรูปร่างของซับสเตรตตามข้อกำหนดปลอดเชื้อของบริเวณที่ทำงาน
ไบโอคอมเพล็กซ์มีความคงตัวแตกต่างกันไป บางส่วนมีความแข็งแกร่งมากจนอยู่ในร่างกายตลอดเวลาและทำหน้าที่เฉพาะ ในกรณีที่ความเชื่อมโยงระหว่างโคแฟกเตอร์กับโปรตีนของเอนไซม์มีความเข้มข้นจนแยกออกจากกันได้ยาก เรียกว่า “กลุ่มเทียม” พบพันธะดังกล่าวในเอนไซม์ที่ประกอบด้วยสารประกอบฮีมเชิงซ้อนของเหล็กที่มีอนุพันธ์ของพอร์ฟิน บทบาทของโลหะในคอมเพล็กซ์ดังกล่าวมีความเฉพาะเจาะจงสูง: การแทนที่ด้วยองค์ประกอบที่คล้ายกันในคุณสมบัติจะนำไปสู่การสูญเสียกิจกรรมทางสรีรวิทยาอย่างมีนัยสำคัญหรือทั้งหมด เอนไซม์เหล่านี้ได้แก่ ไปจนถึงเอนไซม์จำเพาะ
ตัวอย่างของสารประกอบดังกล่าว ได้แก่ คลอโรฟิลล์ โพลีฟีนิลออกซิเดส วิตามินบี 12 เฮโมโกลบิน และเอนไซม์โลหะบางชนิด (เอนไซม์จำเพาะ) มีเอ็นไซม์เพียงไม่กี่ตัวที่มีส่วนร่วมในปฏิกิริยาเฉพาะหรือปฏิกิริยาเดียวเท่านั้น
คุณสมบัติการเร่งปฏิกิริยาของเอนไซม์ส่วนใหญ่จะถูกกำหนดโดยศูนย์กลางที่ใช้งานซึ่งเกิดจากองค์ประกอบขนาดเล็กต่างๆ เอนไซม์ถูกสังเคราะห์ขึ้นตลอดระยะเวลาการทำงาน ไอออนของโลหะทำหน้าที่เป็นตัวกระตุ้นและสามารถถูกแทนที่ด้วยไอออนของโลหะอื่นโดยไม่สูญเสียกิจกรรมทางสรีรวิทยาของเอนไซม์ สิ่งเหล่านี้จัดอยู่ในประเภท เอนไซม์ที่ไม่จำเพาะ
ด้านล่างนี้คือเอนไซม์ที่ไอออนของโลหะต่างกันทำหน้าที่คล้ายกัน
ตารางที่ 7. เอนไซม์ที่ไอออนของโลหะต่างกันทำหน้าที่คล้ายกัน
ธาตุติดตามหนึ่งสามารถกระตุ้นเอนไซม์ที่แตกต่างกัน และเอนไซม์หนึ่งสามารถกระตุ้นโดยธาตุติดตามที่แตกต่างกัน เอนไซม์ที่มีองค์ประกอบขนาดเล็กในสถานะออกซิเดชันเดียวกัน +2 มีความคล้ายคลึงกันมากที่สุดในการทำงานทางชีวภาพ ดังที่เห็นได้ว่าองค์ประกอบย่อยขององค์ประกอบการเปลี่ยนแปลงในการกระทำทางชีวภาพนั้นมีลักษณะที่คล้ายคลึงกันในแนวนอนมากกว่าความคล้ายคลึงกันในแนวตั้งในระบบคาบของ D.I. Mendeleev (ในซีรีย์ Ti-Zn) เมื่อตัดสินใจใช้องค์ประกอบขนาดเล็กเป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่งที่จะต้องคำนึงถึงไม่เพียง แต่การมีอยู่ขององค์ประกอบในรูปแบบมือถือเท่านั้น แต่ยังรวมถึงองค์ประกอบอื่น ๆ ที่มีสถานะออกซิเดชันเหมือนกันและสามารถ เข้ามาแทนที่กันในองค์ประกอบของเอนไซม์
metalloenzymes บางชนิดมีตำแหน่งตรงกลางระหว่างเอนไซม์จำเพาะและไม่จำเพาะ ไอออนของโลหะทำหน้าที่เป็นโคแฟกเตอร์ การเพิ่มความแข็งแรงของเอนไซม์ไบโอคอมเพล็กซ์จะเพิ่มความจำเพาะของการกระทำทางชีวภาพ ประสิทธิภาพของการทำงานของเอนไซม์ของไอออนโลหะของเอนไซม์นั้นได้รับอิทธิพลจากสถานะออกซิเดชันของมัน ตามความรุนแรงของอิทธิพล องค์ประกอบย่อยจะถูกจัดเรียงในแถวต่อไปนี้:
Ti 4+ ®Fe 3+ ®Cu 2+ ®Fe 2+ ®Mg 2+ ®Mn 2+ ไอออน Mn 3+ ต่างจากไอออน Mn 2+ ตรงที่จับกับโปรตีนอย่างแน่นหนา และส่วนใหญ่อยู่กับกลุ่มที่มีออกซิเจน Fe 3+ รวมกันก็เป็นส่วนหนึ่งของโปรตีนโลหะ
องค์ประกอบขนาดเล็กในรูปแบบเชิงซ้อนทำหน้าที่ในร่างกายเป็นปัจจัยที่กำหนดความไวสูงของเซลล์ต่อองค์ประกอบขนาดเล็กผ่านการมีส่วนร่วมในการสร้างการไล่ระดับความเข้มข้นสูง ค่าของรัศมีอะตอมและไอออนิก พลังงานไอออไนเซชัน หมายเลขโคออร์ดิเนชัน และแนวโน้มที่จะสร้างพันธะกับองค์ประกอบเดียวกันในโมเลกุลไบโอลิแกนด์จะกำหนดผลกระทบที่สังเกตได้ในระหว่างการแทนที่ไอออนร่วมกัน: สามารถเกิดขึ้นได้เมื่อเพิ่มขึ้น (การทำงานร่วมกัน) และด้วยการยับยั้งกิจกรรมทางชีวภาพ (การเป็นปรปักษ์กัน)องค์ประกอบที่ถูกแทนที่ ไอออนขององค์ประกอบ d ในสถานะออกซิเดชัน +2 (Mn, Fe, Co, Ni, Zn) มีลักษณะทางเคมีกายภาพที่คล้ายกันของอะตอม (โครงสร้างอิเล็กทรอนิกส์ของระดับภายนอก, รัศมีไอออนที่คล้ายกัน, ประเภทของการผสมข้ามวงโคจร, ค่าที่คล้ายกันของ ค่าคงตัวคงตัวกับไบโอลิแกนด์) ความคล้ายคลึงกันของลักษณะทางเคมีกายภาพของสารก่อเชิงซ้อนจะกำหนดความคล้ายคลึงกันของการกระทำทางชีวภาพและความสามารถในการเปลี่ยนแทนกันได้ องค์ประกอบการเปลี่ยนแปลงข้างต้นกระตุ้นกระบวนการสร้างเม็ดเลือดและปรับปรุงกระบวนการเผาผลาญ การทำงานร่วมกันขององค์ประกอบในกระบวนการสร้างเม็ดเลือดอาจเกี่ยวข้องกับการมีส่วนร่วมของไอออนขององค์ประกอบเหล่านี้ในขั้นตอนต่าง ๆ ของกระบวนการสังเคราะห์องค์ประกอบที่เกิดขึ้นของเลือดมนุษย์
s - องค์ประกอบของกลุ่ม I นั้นมีลักษณะเฉพาะเมื่อเปรียบเทียบกับองค์ประกอบอื่น ๆ ในช่วงเวลาโดยมีประจุนิวเคลียสของอะตอมเล็กน้อยศักยภาพในการแตกตัวเป็นไอออนต่ำของเวเลนซ์อิเล็กตรอนขนาดอะตอมขนาดใหญ่และการเพิ่มขึ้นของกลุ่มจากบนลงล่าง ทั้งหมดนี้กำหนดสถานะของไอออนในสารละลายที่เป็นน้ำในรูปของไอออนไฮเดรต ความคล้ายคลึงกันมากที่สุดระหว่างลิเธียมและโซเดียมจะกำหนดความสามารถในการใช้แทนกันและการทำงานร่วมกันของการกระทำของพวกมัน คุณสมบัติการทำลายล้างของโพแทสเซียม รูบิเดียม และซีเซียมไอออนในสารละลายที่เป็นน้ำ ช่วยให้มั่นใจได้ว่าเมมเบรนจะซึมผ่านได้ดีขึ้น แลกเปลี่ยนได้ และทำงานร่วมกันได้ ความเข้มข้นของ K + ภายในเซลล์สูงกว่าภายนอก 35 เท่า และความเข้มข้นของ Na + ในของเหลวนอกเซลล์สูงกว่าภายในเซลล์ 15 เท่า ไอออนเหล่านี้เป็นปฏิปักษ์ในระบบชีวภาพ s - องค์ประกอบ Group II พบในร่างกายในรูปแบบของสารประกอบที่เกิดจากกรดฟอสฟอริก, คาร์บอนิกและคาร์บอกซิลิก แคลเซียมซึ่งส่วนใหญ่อยู่ในเนื้อเยื่อกระดูก มีคุณสมบัติคล้ายคลึงกับสตรอนเซียมและแบเรียม ซึ่งสามารถแทนที่แคลเซียมในกระดูกได้ ในกรณีนี้จะสังเกตทั้งสองกรณีของการทำงานร่วมกันและการเป็นปรปักษ์กัน แคลเซียมไอออนยังเป็นศัตรูของโซเดียม โพแทสเซียม และแมกนีเซียมไอออนอีกด้วย ความคล้ายคลึงกันของลักษณะทางเคมีกายภาพของไอออน Be 2+ และ Mg 2+ เป็นตัวกำหนดความสามารถในการสับเปลี่ยนกันของพวกมันในสารประกอบที่มีพันธะ Mg–N และ Mg–O สิ่งนี้อาจอธิบายการยับยั้งเอนไซม์ที่มีแมกนีเซียมเมื่อเบริลเลียมเข้าสู่ร่างกาย เบริลเลียมเป็นศัตรูของแมกนีเซียม ดังนั้นคุณสมบัติทางเคมีกายภาพและผลกระทบทางชีวภาพขององค์ประกอบขนาดเล็กจึงถูกกำหนดโดยโครงสร้างของอะตอม องค์ประกอบทางชีวภาพส่วนใหญ่เป็นสมาชิกของช่วงที่สอง, สามและสี่ของระบบธาตุของ D.I. เมนเดเลวา. สิ่งเหล่านี้เป็นอะตอมที่ค่อนข้างเบา โดยมีประจุค่อนข้างน้อยบนนิวเคลียสของอะตอม
2. 4. 2. บทบาทของสารประกอบทรานซิชันองค์ประกอบในการถ่ายโอนอิเล็กตรอนในระบบสิ่งมีชีวิต
ในสิ่งมีชีวิต กระบวนการต่างๆ มีลักษณะเป็นวัฏจักรและมีลักษณะคล้ายคลื่น กระบวนการทางเคมีที่เป็นรากฐานจะต้องสามารถย้อนกลับได้ การย้อนกลับของกระบวนการถูกกำหนดโดยปฏิสัมพันธ์ของปัจจัยทางอุณหพลศาสตร์และจลน์ศาสตร์ ปฏิกิริยาที่พลิกกลับได้ ได้แก่ ปฏิกิริยาที่มีค่าคงที่ตั้งแต่ 10 -3 ถึง 10 3 และมีค่าน้อยเท่ากับ DG 0 และ DE 0 ของกระบวนการ ภายใต้สภาวะเหล่านี้ ความเข้มข้นของสารตั้งต้นและผลิตภัณฑ์จากปฏิกิริยาสามารถมีความเข้มข้นที่เทียบเคียงได้ และโดยการเปลี่ยนแปลงในช่วงที่กำหนด จะทำให้กระบวนการสามารถพลิกกลับได้ จากมุมมองจลน์ควรมีค่าพลังงานกระตุ้นต่ำ ด้วยเหตุนี้ไอออนของโลหะ (เหล็ก ทองแดง แมงกานีส โคบอลต์ โมลิบดีนัม ไทเทเนียม และอื่นๆ) จึงเป็นพาหะที่สะดวกของอิเล็กตรอนในระบบสิ่งมีชีวิต การเติมและการบริจาคอิเล็กตรอนทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงเฉพาะการกำหนดค่าทางอิเล็กทรอนิกส์ของไอออนโลหะเท่านั้น โดยไม่เปลี่ยนแปลงโครงสร้างของส่วนประกอบอินทรีย์ของสารเชิงซ้อนอย่างมีนัยสำคัญ บทบาทพิเศษในระบบสิ่งมีชีวิตถูกกำหนดให้กับระบบรีดอกซ์สองระบบ: Fe 3+ /Fe 2+ และ Cu 2+ /Cu + ลิแกนด์ชีวภาพคงตัวในระดับที่มากขึ้นในรูปแบบออกซิไดซ์ในคู่แรก และส่วนใหญ่จะอยู่ในรูปแบบรีดิวซ์ในคู่ที่สอง ด้วยเหตุผลนี้ ในระบบที่ประกอบด้วยเหล็ก ศักยภาพเชิงรูปแบบจึงต่ำกว่าเสมอ และในระบบที่มีทองแดง ศักยภาพเชิงรูปแบบมักจะสูงกว่า พร้อมด้วยการเปลี่ยนแปลงปานกลางใน DG 0 และ DE 0 ซึ่งตรงตามเงื่อนไขของการพลิกกลับได้ ขั้นตอนสำคัญในการเผาผลาญคือการดึงไฮโดรเจนออกจากสารอาหาร จากนั้นอะตอมของไฮโดรเจนจะเปลี่ยนเป็นสถานะไอออนิก และอิเล็กตรอนที่แยกออกจากพวกมันจะเข้าสู่ห่วงโซ่การหายใจ ในสายโซ่นี้ การเคลื่อนที่จากสารประกอบหนึ่งไปอีกสารประกอบหนึ่ง พวกมันจะสูญเสียพลังงานเพื่อสร้างแหล่งพลังงานพื้นฐานอย่างหนึ่ง นั่นคือกรดอะดีโนซีน ไตรฟอสฟอริก (ATP) และในที่สุดพวกมันก็เข้าถึงโมเลกุลออกซิเจนและรวมตัวกับมันจนกลายเป็นโมเลกุลของน้ำ สะพานที่อิเล็กตรอนแกว่งไปมานั้นเป็นสารประกอบเชิงซ้อนของเหล็กที่มีแกนพอร์ไฟรินซึ่งมีองค์ประกอบคล้ายกับฮีโมโกลบิน
เอนไซม์ที่มีธาตุเหล็กกลุ่มใหญ่ซึ่งกระตุ้นกระบวนการถ่ายโอนอิเล็กตรอนในไมโตคอนเดรียมักเรียกว่า ไซโตโครม(ts.kh.) โดยรวมแล้วรู้จักไซโตโครมประมาณ 50 ตัว ไซโตโครมเป็นธาตุเหล็กพอร์ไฟรินซึ่งไอออนเหล็กทั้งหกวงถูกครอบครองโดยอะตอมของผู้บริจาคซึ่งก็คือไบโอลิแกนด์ ความแตกต่างระหว่างไซโตโครมอยู่ที่องค์ประกอบของโซ่ด้านข้างของวงแหวนพอร์ไฟรินเท่านั้น ความแปรผันในโครงสร้างของไบโอลิแกนด์เกิดจากความแตกต่างในขนาดของศักยภาพที่เป็นทางการ เซลล์ทั้งหมดประกอบด้วยโปรตีนอย่างน้อยสามชนิดที่มีโครงสร้างคล้ายกัน เรียกว่า ไซโตโครม a, b, c ในไซโตโครม c การเชื่อมต่อกับสารตกค้างฮิสทิดีนของสายโซ่โพลีเปปไทด์เกิดขึ้นผ่านแกนพอร์ไฟริน ตำแหน่งประสานงานอิสระในไอออนเหล็กถูกครอบครองโดยสารตกค้างเมไทโอนีนของสายโซ่โพลีเปปไทด์:
กลไกหนึ่งของการทำงานของไซโตโครมซึ่งประกอบขึ้นเป็นลิงค์หนึ่งในห่วงโซ่การขนส่งอิเล็กตรอนคือการถ่ายโอนอิเล็กตรอนจากสารตั้งต้นหนึ่งไปยังอีกสารตั้งต้น
จากมุมมองทางเคมี ไซโตโครมเป็นสารประกอบที่แสดงความเป็นคู่ของรีดอกซ์ภายใต้สภาวะที่ผันกลับได้
การถ่ายโอนอิเล็กตรอนโดยไซโตโครม c จะมาพร้อมกับการเปลี่ยนแปลงสถานะออกซิเดชันของเหล็ก:
ค. เอ็กซ์ Fe 3+ + e « c.xFe 2+
ไอออนออกซิเจนทำปฏิกิริยากับไฮโดรเจนไอออนในสิ่งแวดล้อมและเกิดเป็นน้ำหรือไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ เปอร์ออกไซด์จะถูกสลายอย่างรวดเร็วโดยเอนไซม์พิเศษตัวเร่งปฏิกิริยาลงในน้ำและออกซิเจนตามรูปแบบต่อไปนี้:
2H 2 O 2 ®2H 2 O + O 2
เอนไซม์เปอร์ออกซิเดสเร่งปฏิกิริยาออกซิเดชันของสารอินทรีย์ด้วยไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ตามรูปแบบต่อไปนี้:
เอนไซม์เหล่านี้มีฮีมอยู่ในโครงสร้าง โดยมีธาตุเหล็กอยู่ตรงกลางซึ่งมีสถานะออกซิเดชัน +3 (ส่วนที่ 2 7.7)
ในห่วงโซ่การขนส่งอิเล็กตรอน ไซโตโครม c ถ่ายโอนอิเล็กตรอนไปยังไซโตโครมที่เรียกว่าไซโตโครมออกซิเดส ประกอบด้วยไอออนทองแดง Cytochrome เป็นตัวพาอิเล็กตรอนหนึ่งตัว การมีอยู่ของทองแดงในไซโตโครมตัวใดตัวหนึ่งพร้อมกับเหล็กจะทำให้มันกลายเป็นพาหะสองอิเล็กตรอน ซึ่งทำให้สามารถควบคุมอัตราของกระบวนการได้
ทองแดงเป็นส่วนหนึ่งของเอนไซม์สำคัญ - ซูเปอร์ออกไซด์ดิสมิวเตส (SOD) ซึ่งใช้ซูเปอร์ออกไซด์ไอออน O2- ที่เป็นพิษในร่างกายผ่านปฏิกิริยา
[SOD Cu 2+ ] + ® O 2 - [SOD Cu + ] + O 2
[SOD Cu + ] + O 2 - + 2H + ® [SODCu 2+ ] + H 2 O 2
ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์สลายตัวในร่างกายภายใต้การกระทำของตัวเร่งปฏิกิริยา
ปัจจุบันรู้จักเอนไซม์ที่มีทองแดงประมาณ 25 ชนิด Οhuᴎประกอบด้วยกลุ่มของออกซิเจนและไฮดรอกซีเลส องค์ประกอบและกลไกการออกฤทธิ์อธิบายไว้ในงาน (2 หัวข้อ 7.9)
สารประกอบเชิงซ้อนของทรานสิชันเอลิเมนต์เป็นแหล่งที่มาขององค์ประกอบขนาดเล็กในรูปแบบออกฤทธิ์ทางชีวภาพที่มีการซึมผ่านของเมมเบรนสูงและมีฤทธิ์ของเอนไซม์ Οhuᴎ มีส่วนร่วมในการปกป้องร่างกายจาก “ความเครียดจากปฏิกิริยาออกซิเดชั่น” เนื่องจากมีส่วนร่วมในการใช้ผลิตภัณฑ์เมตาบอลิซึมที่กำหนดกระบวนการออกซิเดชันที่ไม่สามารถควบคุมได้ (เปอร์ออกไซด์ อนุมูลอิสระ และสายพันธุ์ที่ออกฤทธิ์ด้วยออกซิเจนอื่นๆ) รวมถึงในการเกิดออกซิเดชันของสารตั้งต้น กลไกการเกิดปฏิกิริยาอนุมูลอิสระของสารตั้งต้นออกซิเดชัน (RH) กับไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์โดยมีส่วนร่วมของธาตุเหล็ก (FeL) เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาสามารถแสดงได้ด้วยโครงร่างปฏิกิริยา
RH + . โอ้ ® อาร์ . + ชม 2 โอ; ร. + FeL ® R + + FeL
พื้นผิว
R + + โอ้ - ® ROH
สารตั้งต้นออกซิไดซ์
การเกิดขึ้นของปฏิกิริยารุนแรงต่อไปจะนำไปสู่การก่อตัวของผลิตภัณฑ์ที่มีระดับไฮดรอกซิเลชันสูงขึ้น อนุมูลอื่น ๆ ทำหน้าที่คล้ายกัน: HO 2 , โอ 2 . - โอ 2 - .
2. 5. ลักษณะทั่วไปขององค์ประกอบ p-block
องค์ประกอบที่ระดับย่อย p ของระดับเวเลนซ์ภายนอกเสร็จสมบูรณ์เรียกว่า p-องค์ประกอบ- โครงสร้างอิเล็กทรอนิกส์ของระดับเวเลนซ์ ns 2 p 1-6 วาเลนซ์อิเล็กตรอนคือระดับย่อย s- และ p
ตารางที่ 8. ตำแหน่งขององค์ประกอบ p ในตารางธาตุ
| ระยะเวลา | กลุ่ม | |||||
| IIIA | ไอวีเอ | วีเอ | ทาง | ปกเกล้าเจ้าอยู่หัว | ปกเกล้าเจ้าอยู่หัว | |
| (ค) | (ญ) | (โอ) | (ฉ) | เน | ||
| (ป) | (ส) | (ซีแอล) | อาร์ | |||
| กา | ค | |||||
| ใน | ส | สบ | เต | (ฉัน) | Xe | |
| ตล | ป.ล | บี | ปอ | ที่ | ร | |
| หน้า 1 | หน้า 2 | หน้า 3 | หน้า 4 | หน้า 5 | ร 6 | |
| () - องค์ประกอบสำคัญ – องค์ประกอบทางชีวภาพ |
ในช่วงเวลาจากซ้ายไปขวาประจุของนิวเคลียสจะเพิ่มขึ้นซึ่งอิทธิพลจะมีเหนือการเพิ่มขึ้นของแรงผลักกันระหว่างอิเล็กตรอน ด้วยเหตุนี้ ศักยภาพในการแตกตัวเป็นไอออน ความสัมพันธ์ของอิเล็กตรอน และด้วยเหตุนี้ ความจุตัวรับและคุณสมบัติที่ไม่ใช่โลหะจึงเพิ่มขึ้นในช่วงเวลาหนึ่ง องค์ประกอบทั้งหมดที่วางอยู่บน Br – ที่แนวทแยงขึ้นไปนั้นไม่ใช่โลหะ และก่อตัวเป็นสารประกอบโควาเลนต์และแอนไอออนเท่านั้น ธาตุ p อื่นๆ ทั้งหมด (ยกเว้นอินเดียม แทลเลียม โพโลเนียม บิสมัท ซึ่งมีคุณสมบัติเป็นโลหะ) เป็นธาตุแอมโฟเทอริกและก่อตัวเป็นทั้งแคตไอออนและแอนไอออน ซึ่งทั้งสององค์ประกอบถูกไฮโดรไลซ์อย่างสูง p-องค์ประกอบที่ไม่ใช่โลหะส่วนใหญ่เป็นสารชีวภาพ (ยกเว้นก๊าซมีตระกูล เทลลูเรียม และแอสทาทีน) ในบรรดาองค์ประกอบ p - โลหะ - มีเพียงอลูมิเนียมเท่านั้นที่จัดเป็นสารชีวภาพ ความแตกต่างในคุณสมบัติขององค์ประกอบข้างเคียงทั้งภายใน และตามช่วงเวลา: พวกมันแสดงออกมาอย่างชัดเจนมากกว่าองค์ประกอบ s องค์ประกอบ p ของช่วงที่สอง - ไนโตรเจน, ออกซิเจน, ฟลูออรีนมีความสามารถเด่นชัดในการมีส่วนร่วมในการสร้างพันธะไฮโดรเจน องค์ประกอบของช่วงที่สามและช่วงต่อๆ ไปจะสูญเสียความสามารถนี้ ความคล้ายคลึงกันนั้นอยู่ในโครงสร้างของเปลือกอิเล็กตรอนชั้นนอกเท่านั้นและสภาวะความจุที่เกิดขึ้นเนื่องจากอิเล็กตรอนที่ไม่มีการจับคู่ในอะตอมที่ไม่ได้รับการกระตุ้น โบรอน คาร์บอน และโดยเฉพาะอย่างยิ่งไนโตรเจนแตกต่างจากองค์ประกอบอื่นๆ ในกลุ่มอย่างมาก (การมีอยู่ของระดับย่อย d- และ f)
ธาตุ p ทั้งหมดและโดยเฉพาะธาตุ p ของคาบที่ 2 และ 3 (C, N, P, O, S, Si, Cl) ก่อให้เกิดสารประกอบจำนวนมากต่อกันและมีองค์ประกอบ s-, d- และ f สารประกอบส่วนใหญ่ที่รู้จักบนโลกเป็นสารประกอบขององค์ประกอบ p องค์ประกอบ p หลักทั้งห้า (แมคโครไบโอเจนิก) ของชีวิต ได้แก่ O, P, C, N และ S เป็นวัสดุก่อสร้างหลักที่ใช้ประกอบโมเลกุลของโปรตีน ไขมัน คาร์โบไฮเดรต และกรดนิวคลีอิก ในบรรดาสารประกอบที่มีน้ำหนักโมเลกุลต่ำขององค์ประกอบ p ที่สำคัญที่สุดคือออกโซแอนไอออน: CO 3 2-, HCO 3 -, C 2 O 4 2-, CH3COO -, PO 4 3-, HPO 4 2-, H 2 PO 4 -, SO 4 2- และเฮไลด์ไอออน องค์ประกอบ p มีเวเลนซ์อิเล็กตรอนหลายตัวและมีพลังงานต่างกัน ดังนั้นสารประกอบจึงมีระดับออกซิเดชันต่างกัน ตัวอย่างเช่น คาร์บอนมีสถานะออกซิเดชันต่างๆ ตั้งแต่ –4 ถึง +4 ไนโตรเจน – ตั้งแต่ -3 ถึง +5, คลอรีน – ตั้งแต่ -1 ถึง +7
ในระหว่างปฏิกิริยา องค์ประกอบ p สามารถบริจาคและรับอิเล็กตรอน โดยทำหน้าที่เป็นตัวรีดิวซ์หรือตัวออกซิไดซ์ตามลำดับ ขึ้นอยู่กับคุณสมบัติขององค์ประกอบที่องค์ประกอบนั้นทำปฏิกิริยากัน สิ่งนี้ทำให้เกิดสารประกอบหลากหลายชนิดที่เกิดขึ้นจากพวกมัน การเปลี่ยนแปลงซึ่งกันและกันของอะตอมขององค์ประกอบ p ของสถานะออกซิเดชันต่าง ๆ รวมถึงเนื่องจากกระบวนการรีดอกซ์เมตาบอลิซึม (ตัวอย่างเช่นการออกซิเดชันของกลุ่มแอลกอฮอล์ไปเป็นกลุ่มอัลดีไฮด์จากนั้นจึงกลายเป็นกลุ่มคาร์บอกซิลและอื่น ๆ ) ทำให้เกิดความมั่งคั่ง การเปลี่ยนแปลงทางเคมี
สารประกอบคาร์บอนจะแสดงคุณสมบัติออกซิไดซ์ได้ หากผลของปฏิกิริยาทำให้อะตอมของคาร์บอนเพิ่มจำนวนพันธะของมันกับอะตอมที่มีธาตุที่มีอิเล็กโทรเนกาติตีน้อยกว่า (โลหะ ไฮโดรเจน) เพราะโดยการดึงดูดอิเล็กตรอนที่มีพันธะร่วมกัน อะตอมของคาร์บอนจะลดสถานะออกซิเดชันลง
CH 3 ® -CH 2 OH ® -CH = O ® -COOH ® CO 2
การกระจายตัวของอิเล็กตรอนระหว่างตัวออกซิไดซ์และตัวรีดิวซ์ในสารประกอบอินทรีย์สามารถเกิดขึ้นพร้อมกับการเปลี่ยนแปลงความหนาแน่นของอิเล็กตรอนทั้งหมดของพันธะเคมีไปยังอะตอมที่ทำหน้าที่เป็นตัวออกซิไดซ์เท่านั้น ในกรณีที่มีโพลาไรซ์สูง การเชื่อมต่อนี้อาจขาดได้
ฟอสเฟตในสิ่งมีชีวิตทำหน้าที่เป็นส่วนประกอบโครงสร้างของโครงกระดูกของเยื่อหุ้มเซลล์และกรดนิวคลีอิก เนื้อเยื่อกระดูกส่วนใหญ่สร้างจากไฮดรอกซีอะพาไทต์ Ca 5 (PO 4) 3 OH พื้นฐานของเยื่อหุ้มเซลล์คือฟอสโฟลิพิด กรดนิวคลีอิกประกอบด้วยโซ่ไรโบสหรือดีออกซีไรโบสฟอสเฟต นอกจากนี้โพลีฟอสเฟตยังเป็นแหล่งพลังงานหลักอีกด้วย
ในร่างกายมนุษย์ จำเป็นต้องสังเคราะห์ NO โดยใช้เอนไซม์ NO synthase จากอาร์จินีนของกรดอะมิโน อายุการใช้งานของ NO ในเซลล์ของร่างกายอยู่ในลำดับวินาที แต่การทำงานปกติจะไม่สามารถทำได้หากไม่มี NO สารประกอบนี้ช่วยให้มั่นใจได้ว่า: การผ่อนคลายกล้ามเนื้อเรียบของกล้ามเนื้อหลอดเลือด, การควบคุมการทำงานของหัวใจ, การทำงานของระบบภูมิคุ้มกันอย่างมีประสิทธิภาพ, การส่งกระแสประสาท เชื่อกันว่า NO มีบทบาทสำคัญในการเรียนรู้และความจำ
ปฏิกิริยารีดอกซ์ที่องค์ประกอบ p มีส่วนร่วมทำให้เกิดพิษต่อร่างกาย พิษของไนโตรเจนออกไซด์สัมพันธ์กับความสามารถในการรีดอกซ์สูง ไนเตรตที่เข้าสู่อาหารจะลดลงเหลือไนไตรต์ในร่างกาย
NO 3 - + 2H + + 2e ® NO 2 + H 2 O
ไนไตรต์มีคุณสมบัติเป็นพิษสูง Οhuᴎ แปลงฮีโมโกลบินเป็นเมธฮีโมโกลบิน ซึ่งเป็นผลิตภัณฑ์จากการไฮโดรไลซิสและออกซิเดชันของฮีโมโกลบิน
ส่งผลให้ฮีโมโกลบินสูญเสียความสามารถในการขนส่งออกซิเจนไปยังเซลล์ของร่างกาย ภาวะขาดออกซิเจนเกิดขึ้นในร่างกาย ในเวลาเดียวกันไนไตรต์ซึ่งเป็นเกลือของกรดอ่อนทำปฏิกิริยากับกรดไฮโดรคลอริกในกระเพาะอาหารทำให้เกิดกรดไนตรัสซึ่งเมื่อเกิดกับเอมีนทุติยภูมิจะก่อให้เกิดไนโตรซามีนที่เป็นสารก่อมะเร็ง:
ผลกระทบทางชีวภาพของสารประกอบอินทรีย์โมเลกุลสูง (กรดอะมิโน, โพลีเปปไทด์, โปรตีน, ไขมัน, คาร์โบไฮเดรตและกรดนิวคลีอิก) ถูกกำหนดโดยอะตอม (N, P, S, O) หรือกลุ่มอะตอมที่เกิดขึ้น (กลุ่มฟังก์ชัน) ซึ่งพวกมัน ทำหน้าที่เป็นศูนย์กลางทางเคมี ผู้บริจาคคู่อิเล็กตรอนที่สามารถสร้างพันธะประสานงานกับไอออนของโลหะและโมเลกุลอินทรีย์ได้ ด้วยเหตุนี้ องค์ประกอบ p จึงเกิดสารประกอบคีเลตโพลีเดนเทต (กรดอะมิโน โพลีเปปไทด์ โปรตีน คาร์โบไฮเดรต และกรดนิวคลีอิก) สมควรที่จะกล่าวว่าพวกมันมีลักษณะเฉพาะด้วยปฏิกิริยาการก่อตัวที่ซับซ้อน คุณสมบัติแอมโฟเทอริก และปฏิกิริยาไฮโดรไลซิสประจุลบ คุณสมบัติเหล่านี้จะกำหนดการมีส่วนร่วมในกระบวนการทางชีวเคมีขั้นพื้นฐานและในการรับประกันสถานะของไอโซไฮดราย Οhuᴎ สร้างระบบโปรตีน ฟอสเฟต ระบบบัฟเฟอร์ไฮโดรเจนคาร์บอเนต มีส่วนร่วมในการขนส่งสารอาหาร ผลิตภัณฑ์เมตาบอลิซึม และกระบวนการอื่นๆ
3. 1. บทบาทของแหล่งที่อยู่อาศัย เคมีของมลภาวะในบรรยากาศ บทบาทของแพทย์ในการปกป้องสิ่งแวดล้อมและสุขภาพของมนุษย์
A.P. Vinogradov แสดงให้เห็นว่าพื้นผิวโลกมีความหลากหลายในองค์ประกอบทางเคมี พืชและสัตว์รวมทั้งมนุษย์ที่อยู่ในโซนต่างๆ ใช้สารอาหารที่มีองค์ประกอบทางเคมีต่างกัน และตอบสนองต่อสิ่งนี้ด้วยปฏิกิริยาทางสรีรวิทยาและองค์ประกอบทางเคมีบางอย่างของร่างกาย ผลกระทบที่เกิดจากองค์ประกอบขนาดเล็กขึ้นอยู่กับการบริโภคเข้าสู่ร่างกาย ความเข้มข้นของโลหะชีวภาพในร่างกายในระหว่างการทำงานปกติจะคงอยู่ในระดับที่กำหนดไว้อย่างเคร่งครัด (ปริมาณทางชีวภาพ) ด้วยความช่วยเหลือของโปรตีนและฮอร์โมนที่เหมาะสม ปริมาณโลหะชีวภาพในร่างกายจะถูกเติมเต็มอย่างเป็นระบบ Οhuᴎ มีอยู่ในอาหารที่บริโภคในปริมาณที่เพียงพอ องค์ประกอบทางเคมีของพืชและสัตว์ที่ใช้เป็นอาหารส่งผลต่อร่างกาย
การผลิตทางอุตสาหกรรมอย่างเข้มข้นทำให้เกิดมลภาวะต่อสิ่งแวดล้อมทางธรรมชาติด้วยสารที่ "เป็นอันตราย" รวมถึงสารประกอบของธาตุทรานซิชัน โดยธรรมชาติแล้ว มีการกระจายองค์ประกอบอย่างเข้มข้นในจังหวัดชีวธรณีเคมี เส้นทางหลัก (มากถึง 80%) ของการเข้าสู่ร่างกายคืออาหารของเรา เมื่อคำนึงถึงมลภาวะต่อสิ่งแวดล้อมโดยมนุษย์ จำเป็นอย่างยิ่งที่จะต้องดำเนินมาตรการที่รุนแรงเพื่อฟื้นฟูสิ่งแวดล้อมและผู้คนที่อาศัยอยู่ในนั้น ปัญหานี้ในหลายประเทศในยุโรปนำหน้าปัญหาการเติบโตทางเศรษฐกิจและเป็นหนึ่งในลำดับความสำคัญ ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา การปล่อยมลพิษต่างๆ เพิ่มขึ้น การคาดการณ์การพัฒนาอุตสาหกรรมช่วยให้เราสรุปได้ว่าปริมาณการปล่อยก๊าซเรือนกระจกและมลภาวะต่อสิ่งแวดล้อมจะเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง
โซนจริงที่เรียกว่าวงจรขององค์ประกอบเกิดขึ้นอันเป็นผลมาจากกิจกรรมชีวิต ระบบนิเวศหรือตามที่นักวิชาการ V.N. เรียกมันว่า ซูคาเชฟ ไบโอจีโอซีโนส- มนุษย์เป็นส่วนสำคัญของระบบนิเวศบนโลกของเรา ในกิจกรรมชีวิตของเขา บุคคลสามารถขัดขวางวงจรทางชีวภาพตามธรรมชาติได้ อุตสาหกรรมจำนวนมากก่อให้เกิดมลพิษต่อสิ่งแวดล้อม ตามคำสอนของ V.I. Vernadsky เรียกว่าเปลือกโลกของเราซึ่งเปลี่ยนแปลงไปตามกิจกรรมทางเศรษฐกิจของมนุษย์ นูสเฟียร์- ครอบคลุมชีวมณฑลทั้งหมดและเกินขีดจำกัด (สตราโตสเฟียร์ เหมืองลึก บ่อน้ำ ฯลฯ) บทบาทหลักใน noosphere นั้นเล่นโดยการโยกย้ายองค์ประกอบทางเทคโนโลยี - การสร้างเทคโนโลยี การวิจัยเกี่ยวกับธรณีเคมีของชั้นบรรยากาศเป็นพื้นฐานทางทฤษฎีสำหรับการใช้ทรัพยากรธรรมชาติอย่างมีเหตุผลและการต่อสู้กับมลภาวะต่อสิ่งแวดล้อม มลภาวะต่อสิ่งแวดล้อมที่เป็นก๊าซ ของเหลว และของแข็ง ก่อให้เกิดละอองลอยที่เป็นพิษ (หมอก ควัน) ในชั้นพื้นดินของบรรยากาศ เมื่อบรรยากาศปนเปื้อนด้วยซัลเฟอร์ไดออกไซด์ ความชื้นสูง และไม่มีอุณหภูมิ ควันพิษก็จะเกิดขึ้น ความเสียหายหลักต่อสิ่งแวดล้อมเกิดจากผลิตภัณฑ์ออกซิเดชัน SO 2, SO 3 และกรด H 2 SO 3 และ H 2 SO 4 ผลจากการปล่อยก๊าซซัลเฟอร์ออกไซด์และไนโตรเจน ทำให้เกิดฝน "กรด" ในเขตอุตสาหกรรม น้ำฝนที่มีไอออนไฮโดรเจนความเข้มข้นสูงสามารถชะล้างไอออนโลหะที่เป็นพิษได้:
ZnO(t) + 2H + = Zn 2+ (p) + H 2 O
เมื่อเครื่องยนต์สันดาปภายในทำงาน ไนโตรเจนออกไซด์จะถูกปล่อยออกมา ซึ่งผลิตภัณฑ์ที่ถูกเปลี่ยนสภาพคือโอโซน:
N 2 + O 2 « 2NO (ในกระบอกสูบเครื่องยนต์)
สิ่งที่สังคมกังวลอย่างมากคือปัญหาสิ่งแวดล้อม สาระสำคัญทางเคมีคือการปกป้องชีวมณฑลจากคาร์บอนออกไซด์และมีเทนที่มากเกินไป ซึ่งสร้าง "ผลกระทบเรือนกระจก" ซัลเฟอร์และไนโตรเจนออกไซด์ที่นำไปสู่ "ฝนกรด"; อนุพันธ์ของฮาโลเจน (คลอรีน, ฟลูออรีน) ของไฮโดรคาร์บอนที่ละเมิด "เกราะป้องกันโอโซนของโลก"; สารก่อมะเร็ง (โพลีอะโรมาติกไฮโดรคาร์บอนและผลิตภัณฑ์จากการเผาไหม้ที่ไม่สมบูรณ์) และผลิตภัณฑ์อื่น ๆ ปัจจุบันไม่เพียงแต่ปัญหาการปกป้องสิ่งแวดล้อมเท่านั้น แต่ยังรวมถึงการปกป้องสภาพแวดล้อมภายในด้วย จำนวนสารที่เข้าสู่สิ่งมีชีวิตที่เป็นสิ่งแปลกปลอมสิ่งมีชีวิตต่างดาวและเรียก ซีโนไบโอติก- ตามที่องค์การอนามัยโลกระบุว่ามีประมาณ 4 ล้านคนเข้าสู่ร่างกายด้วยอาหาร น้ำ และอากาศ รวมทั้งในรูปของยา (รูปแบบยา)
นี่เป็นเพราะวัฒนธรรมที่ต่ำของผู้ผลิตและผู้บริโภคสารเคมีที่ไม่มีความรู้ด้านเคมีระดับมืออาชีพ แท้จริงแล้ว การเพิกเฉยต่อคุณสมบัติของสารและการไม่สามารถคาดการณ์ผลที่ตามมาของการใช้สารเหล่านี้มากเกินไปเท่านั้นที่อาจทำให้เกิดการสูญเสียธรรมชาติอย่างไม่สามารถแก้ไขได้ ซึ่งมนุษย์เป็นองค์ประกอบสำคัญ แท้จริงแล้วจนถึงทุกวันนี้ ผู้ผลิตบางรายและแม้แต่บุคลากรทางการแพทย์ก็เปรียบได้กับโรงสีของ Bulgakov ที่ต้องการฟื้นตัวจากโรคมาลาเรียทันทีด้วยควินินในปริมาณที่น่าทึ่ง (ช็อต) แต่ไม่มีเวลา - เขาเสียชีวิต บทบาทขององค์ประกอบทางเคมีต่างๆ ต่อมลภาวะต่อสิ่งแวดล้อมและการเกิดโรครวมทั้งการประกอบอาชีพยังมีการศึกษาไม่เพียงพอ มีความจำเป็นต้องวิเคราะห์การเข้ามาของสารต่าง ๆ สู่สิ่งแวดล้อมอันเป็นผลมาจากกิจกรรมของมนุษย์ วิธีที่สารเข้าสู่ร่างกายมนุษย์ พืช ปฏิสัมพันธ์กับสิ่งมีชีวิตในระดับต่าง ๆ และพัฒนาระบบมาตรการที่มีประสิทธิผลโดยมุ่งเป้าไปที่ทั้งการป้องกัน มลภาวะต่อสิ่งแวดล้อมเพิ่มเติมและสร้างวิธีการทางชีวภาพที่จำเป็นในการปกป้องสภาพแวดล้อมภายในของร่างกาย บุคลากรทางการแพทย์จะต้องมีส่วนร่วมในการพัฒนาและดำเนินการตามมาตรการทางเทคนิค การป้องกัน สุขอนามัย สุขอนามัย และการรักษา
3.2 จังหวัดชีวเคมี โรคประจำถิ่น
โซนที่สัตว์และพืชมีลักษณะเฉพาะด้วยองค์ประกอบทางเคมีบางอย่างเรียกว่า จังหวัดชีวธรณีเคมีจังหวัดทางชีวธรณีเคมีเป็นแท็กซ่าลำดับที่สามของชีวมณฑล - ดินแดนที่มีขนาดต่าง ๆ ภายในภูมิภาคย่อยของชีวมณฑลที่มีปฏิกิริยาลักษณะเฉพาะของสิ่งมีชีวิตอย่างต่อเนื่อง (เช่น โรคประจำถิ่น) จังหวัดทางชีวธรณีเคมีมีสองประเภท - ทางธรรมชาติและทางเทคโนโลยีซึ่งเป็นผลมาจากการพัฒนาแหล่งสะสมแร่ การปล่อยก๊าซเรือนกระจกจากอุตสาหกรรมโลหะและเคมี และการใช้ปุ๋ยในการเกษตร จำเป็นต้องให้ความสนใจกับบทบาทของจุลินทรีย์ในการสร้างลักษณะทางธรณีวิทยาเคมีของสิ่งแวดล้อม การขาดธาตุและธาตุที่มากเกินไปสามารถนำไปสู่การก่อตัวของจังหวัดชีวชีวเคมี ซึ่งเกิดจากการขาดธาตุ (ไอโอดีน ฟลูออรีน แคลเซียม ทองแดง ฯลฯ) และส่วนเกิน (โบรอน โมลิบดีนัม ฟลูออรีน ทองแดง ฯลฯ) ปัญหาการขาดโบรมีนภายในภูมิภาคภาคพื้นทวีป พื้นที่ภูเขา และโบรมีนส่วนเกินในพื้นที่ชายฝั่งและภูเขาไฟ เป็นเรื่องที่น่าสนใจและสำคัญ ในภูมิภาคเหล่านี้ วิวัฒนาการของระบบประสาทส่วนกลางดำเนินไปในเชิงคุณภาพแตกต่างออกไป ในเทือกเขาอูราลตอนใต้ มีการค้นพบจังหวัดชีวธรณีเคมีบนหินที่อุดมด้วยนิกเกิล เป็นเรื่องที่ควรค่าแก่การบอกว่ามีลักษณะของโรคหญ้าและแกะในรูปแบบที่น่าเกลียดซึ่งเกี่ยวข้องกับปริมาณนิกเกิลที่เพิ่มขึ้นในสิ่งแวดล้อม
ความสัมพันธ์ของจังหวัดชีวธรณีเคมีกับสถานะทางนิเวศวิทยาทำให้สามารถระบุดินแดนต่อไปนี้: ก) กับสถานการณ์ทางนิเวศวิทยาที่ค่อนข้างน่าพอใจ - (โซนของความเป็นอยู่ที่ดี); b) ที่สามารถย้อนกลับได้ จำกัด และในกรณีส่วนใหญ่การละเมิดสิ่งแวดล้อมที่ถอดออกได้ - (เขตความเสี่ยงด้านสิ่งแวดล้อม)- c) มีข้อเสียในระดับสูงพอสมควรที่สังเกตได้เป็นเวลานานในดินแดนขนาดใหญ่ซึ่งการกำจัดซึ่งต้องใช้ต้นทุนและเวลาจำนวนมาก - (เขตวิกฤตทางนิเวศวิทยา- d) มีความทุกข์ทรมานต่อสิ่งแวดล้อมในระดับที่สูงมาก ความเสียหายต่อสิ่งแวดล้อมที่ไม่สามารถย้อนกลับได้ในทางปฏิบัติและมีการแปลเป็นภาษาท้องถิ่นที่ชัดเจน -( เขตภัยพิบัติสิ่งแวดล้อม).
ขึ้นอยู่กับปัจจัยผลกระทบระดับระยะเวลาของการกระทำและพื้นที่การกระจายจังหวัดชีวธรณีเคมีทางธรรมชาติที่ใช้เทคโนโลยีธรรมชาติต่อไปนี้ถูกระบุเป็นโซนความเสี่ยงและวิกฤต:
1. โพลีเมทัลลิก (Pb, Cd, Hjg, Cu, Zn) ที่มีความสัมพันธ์ที่โดดเด่น ได้แก่ Cu–Zn, Cu–Ni, Pb–Zn รวมถึง:
· อุดมด้วยทองแดง (Urals ใต้, Bashkortostan, Norilsk, Mednogorsk);
· เสริมด้วยนิกเกิล (Norilsk, Monchegorsk, นิกเกิล, Polyarny, Tuva, Urals ใต้)
· อุดมด้วยตะกั่ว (อัลไต, คอเคซัส, ทรานไบคาเลีย);
· อุดมด้วยฟลูออรีน (Kirovsk, Krasnoyarsk, Bratsk);
· มียูเรเนียมและนิวไคลด์กัมมันตรังสีสูงในสิ่งแวดล้อม (Transbaikalia, Altai, Southern Urals)
2. จังหวัดชีวธรณีเคมีที่มีการขาดองค์ประกอบจุลภาค (Se, I, Cu, Zn ฯลฯ )