Chuyên đề sinh quyển đại cương, các bài tập hướng dẫn học sinh ôn thi học sinh giỏi

Lớp vỏ địa lí đã có những thay đổi mạnh mẽ bở sự cómặt của Sinh quyển: Sinh quyển đã làm thay đổi thành phần hóa học của khí quyển, biến đổithành cấu tạo thạch quyển, tác động chính đến

PHẦN MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Sinh quyển “Quyển kỳ diệu” trong các quyển của Trái Đất, một thành phần nhạy cảm nhấttrong các thành phần của lớp vỏ địa lí Sự xuất hiện của Sinh quyển trong lớp vỏ địa lí tác độngnhiều đến các thành phần tự nhiên khác Trong chương trình phổ thông Sinh quyển đại cương làmột nội dung kiến thức quan trọng đặc biệt trong chương trình ôn thi học sinh giỏi các cấp Đây làmột nội dung có thời lượng không lớn nhưng lại có móc sích với các phần khác Để làm tốt đượccác câu hỏi phần này yêu cầu học sinh phải có tư duy tốt và biết cách tìm mối quan hệ của sinhquyển với các thành phần tự nhiên còn lại Bên cạnh đó thì sinh vật trên Trái Đất lại vô cùng đadạng và phức tạp tạo nên hệ sinh thái khổng lồ Xét về vai trò, Sinh quyển đóng vai trò vô cùngquan trong trong chu trình trao đổi vật chất và năng lượng trên Trái Đất Sự xuất hiện của Sinhquyển đã làm nên một hành tinh có sự sống duy nhất trong Hệ Mặt Trời

Xuất phát từ những lí do trên tôi nhận thấy cần phải đào sâu tìm tòi để đàm bảo nguồn kiếnthức đầy đủ và chính xác về phần sinh quyển đại cương để từ đó hướng dẫn cho học sinh các tựhọc, tự đọc và hiểu sâu nhất phần kiến thức này Từ đó, tôi chọn đề tài “Sinh quyển đại cương, cácbài tập hướng dẫn học sinh ôn thi học sinh giỏi”.Nội dung đề tài hướng đến cho giáo viên và họcsinh trong trường THTP Chuyên Lào Cai trong kỳ thi chọn học sinh giỏi cấp tỉnh và cấp Quốcgia

NỘI DUNG CHÍNH Chương I: Kiến thức cơ bản về Sinh quyển đại cương

I Khái niện, giới hạn, vai trò của sinh quyển

1 Khái niệm

Trong Hệ Mặt Trời Trái Đất là hành tinh duy nhất có sự sông, sự sống trong Trái Đất làmnên điều kỳ diệu của nó Điều kỳ diệu này có được bởi sự sống xuất hiện và diễn ra sôi động, kỳdiệu hơn khi sự sống đó lại luôn tác động qua lại với các thành phần tự nhiên khác Các thànhphần của sự sống gồm có động vật, động vật và vi sinh vật tạo nên lớp vỏ sinh vật của Trái Đất.Lớp vỏ đó gọi là sinh quyển.

Như vậy, sinh quyển chính là một quyển của Trái Đất, trong đó có toàn bộ sinh vật sinhsống (gồm có các loại: ĐỘng vật, thực vật, vi khẩn, nấm….) Các sinh vật có mặt từ bậc thấp đếnbậc cao

3 Vai trò

Sự sống trên Trái Đất đã hình thành cách đây hàng tỉ năm và trải qua quá trình tiến hóakhông ngừng để đạt tới trạng thái cân bằng ổn định Sinh vật có được trạng thái như ngày naychính là kết quả tất yếu của sự phát triển Lớp vỏ địa lí đã có những thay đổi mạnh mẽ bở sự cómặt của Sinh quyển: Sinh quyển đã làm thay đổi thành phần hóa học của khí quyển, biến đổithành cấu tạo thạch quyển, tác động chính đến sự hình thành thổ nhưỡng.

Sinh quyển giữ vai trò quan trọng trong vòng tuần hoàn Cacbon, Nito và Phốt pho…rấtquan trọng với sự sống Đây là vòng tuần hoàn vật chất và năng lượng Trong chu trình địa hóa –

vỏ phong hóa – đất thì sinh vật giữ vai trò chủ đạo

- Đối với khí quyển, sự có mặt của Sinh quyển đã làm thay đổi thành phần hóa học của nó.Các thành phân của khí quyển hiện nay có nguồn gốc từ sinh vật Ô xi tự do trong khí quyển làsản phẩm của quá trình quang hợp của cây xanh Nito là do quá trình phân hủy các hợp chất Nitobởi vi khuẩn Thông qua quá trình quang hợp của cây xanh, khí quyển đã có sự thay đổi Trướckhi có sự sống thành phần chính của khí quyển Nh3 đậm đặc

- Sinh vật đóng vai trò quyết định chính trong quá trình hình thành đất Nếu không có sựtồn tại của sinh vật sẽ không có sự hình thành đất Thực vật và động vật cung cấp các tàn tích hữu

cơ Vi sinh vật phân hủy các chất hữu cơ này và tổng hợp mùn cho đất, hình thành lớp phủ thổnhưỡng có mùn trên bề mặt đất

- Đối với thạch quyển: Sinh vật tham gia vào quá trình hình thành một số loài đá hữu cơ vàkhoáng sản như đá vôi, đá phấn, than bùn, than đá, dầu mỏ…

- Sinh quyển cũng tác động đến thủy quyển thông qua sự trao đổi vật chất và năng lượng.Sinh vật sống trong nước sẽ hấp thụ các nguyên tố và các hợp chất để đảm bảo cho sự sống từnước đồng thời thải rá các chất làm biến đổi thành phần của nước (thủy quyển)

1 Nhóm nhân tố vô sinh

1.1 Khí hậu

Khí hậu vừa có vai trò như điều kiện môi trường, vừa là nguồn sống, vừa tham gia điều

chỉnh, vừa là giới hạn đối với đời sống của các loài sinh vật

Khí hậu ảnh hưởng trực tiếp đến sự tồn tại, phát triển và phân bố của sinh vật thông quacác yếu tố: nhiệt độ, độ ẩm không khí, nước và ánh sáng Trong đó, nhiệt - ẩm là một trong nhữngthành phần quan trọng nhất cấu trúc nên môi trường toàn cầu, có ảnh hưởng rõ rệt đến sự tồn tại,phát triển và phân bố của sinh vật

a Nhiệt độ

Nhiệt độ là yếu của khí hậu có ảnh hưởng rất lớn đến đời sống sinh vật, tác động trực tiếphoặc gián tiếp đến sự sinh trưởng, phát triển và phân bố của sinh vật

Trong tất cả các loại sinh vật chúng chỉ sống được trong ngưỡng nhiệt độ từ 0 đến 400C

Ở các vùng có khí hậu nóng, nhiệt độ cao các loài sinh vật phải biến đổi để thích nghi vớimôi trường sống Ví dụ: Các loài bò sát hình thành lớp vảy để cách nhiệt, hay đối với thực vật tiêubiến lá hình thành gai đến giảm sự thoát hơi nước

Ở các vùng ôn đới, về mùa đông nhiệt độ giảm xuống thấp, cây thích nghi bằng cách rụng

lá để hạn chế diện tích tiếp xúc với không khí lạnh, hoặc hình thành vẩy để bảo vệ chồi non hoặc

có thể để lại hạt Một số loại vật như ve sống dưới đất để tránh lạnh…

Từ ảnh hưởng của nhiệt độ môi trường người ta chia động vật thành hai nhóm: Nhóm độngvật đẳng nhiệt và nhóm biến nhiệt Hai loại trên có sự khác nhau về kích thước do ảnh hưởngnhiệt độ của môi trường sống: Đối với động vật biến nhiệt ở phía nam như cá bò sát có kích thước

cơ thể lớn hơn ở phía bắc Ngược lại đối với các loại động vật đẳng nhiệt ở phía bắc như chim thú

lại có kích thước cơ thể lớn hơn ở phía nam Các loại động vật ở phía bắc có khí hậu lạnh thường

có bộ lông dày như chồn, cáo

Nhiệt độ còn là nhân tố quyết định đến sự phân bố của các loài sinh vật Có những loại sinhvật chỉ phân bố ở vùng lạnh như gấu bắc cực, có những loại chỉ phân bố ở vùng có khí hậu nóng

Đối với thực vật, tùy vào khả năng chịu nhiệt người ta chia ra thành các nhóm: nhóm loàicây chịu lạnh, nhóm loài cây chịu nóng và nhóm trung gian Các nhóm trên phân bố phù hợp vớicác đới khí hậu

Nhiệt độ cũng là nhân tố giới hạn sự phân bố của nhiều loài động vật Ví dụ như loài ruồiquả ở Địa Trung Hải chúng chỉ phát triển ở những nơi có nhiệt độ ngày đêm trên 13,50C Ngượclại với loài ruồi nhà thì phân bố hầu khắp thế giới Bên cạnh đó động vật cũng thích nghi với sựthay đổi môi trường bằng nhiều cách khác nhau vì thế nhiệt độ môi trường ảnh hưởng đến sự phân

bố cũng như cư trú của chúng

* Độ ẩm không khí: Ảnh hưởng đến sự sinh trưởng và phát triển của một số loài sinh vậttuy nhiên mỗi loài sinh vật lại thích nghi với một độ ẩm khác nhau Một số loài phát triển ở những

nơi có độ ẩm cao như ốc sên, giun đất, samu, pơmu một số loài sống được ở những nơi có độ ẩmthấp như sương rồng….

- Dựa vào độ ẩm không khí của môi trường sống người ta chia thực vật trên cạn thành 4nhóm đó là: cây ngập nước định kỳ, cây ưa ẩm, cây trung sinh và cây chịu hạn

+ Cây ngập nước định kỳ: phân bố trên đất bùn ở dọc bờ sông, ven biển, vùng cửa sôngchịu tác động của thủy triều hàng ngày, bị ngập nước hàng ngày mỗi khi triểu lên Ở những nơingập nước ngọt (ven sông, ven hồ đầm) gặp các loại cây gỗ như bụt mọc có rễ hô hấp , cây xanh

có nhiều rễ mọc từ thân, cành Ở các bãi lầy vùng cửa sông ven biển có nhiều cây bụi, cây gỗ mọcthành rừng ngập mặn Chúng có bộ rễn phát triển giúp đứng vững trên lớp bùn mền

+ Cây ưa ẩm: sống trên đất ẩm như bờ ruộng, bờ ao, bờ sông, bờ suối hay trong các rừng

ẩm Các loại cây này sống trong môi trường có độ ẩm không cao nhiều khi bao hòa hơi nước,không chịu được điều kiện khô hạn (lúa nước, rau bợ, thài lài, cói )

+ Cây chịu hạn: là những cây chịu được điều kiện khí hậu khô hạn kéo dài, như ở các vùnghoang mạc, thảo nguyên, xa van hay các đụn cát Cây chịu hạn được chia thành hai loại: cây mọngnước (thầu dầu, xương rồng, dứa…) thân cây chứa tới 90 đến 98% nước mặt lá thường có lớp sáphoặc lông rậm, một số cây lá tiêu giảm chỉ có vảy nhỏ hoặc lá tiêu biến Cây lá cứng thuộc các họphi lao hoặc thông phân bố ở những vùng có khí hậu khô theo mùa như sa van thảo, nguyên.Chúng có lá hẹp, lông trắng bạc có tác dụng cách nhiệt: nhiều loại có lá tiêu biến thành gai đểgiảm thoát hơi nước

+ Cây trung sinh: là những cây có tính chất trung gian giữa cây ưa ẩm và cây chịu hạn.Chúng phân bố rất rộng từ vùng ôn đới đến vùng nhiệt đới như các cây gỗ của rừng nhiệt đớithường xanh, cây lá rộng rừng ôn đới và hầu hết các cây nông nghiệp Các cây trung sinh chúng

có bộ rễ không phát triển mạnh, khả năng điều tiết nước không cao, cây rễ bị mất nước và khô héokhi khô hạn.

- Đối với động vật, dựa vào nhu cầu về nước người ta chia động vật trên cạn thành 3 nhóm:động vật ưa ẩm, động vật ưa khô và động vật trung sinh

+ Động vật ưa ẩm: là những loại động vật có nhu cầu về độ ẩm môi trường hay lượng nướctrong thức ăn cao như ếch nhái, các loại động vật trong đất Khi độ ẩm không khí quá thấp, độngvật thuộc nhóm này không sống được

+ Động vật ưa khô là những loại động vật chịu được độ ẩm thấp, thiếu nước lâu dài Thuộcnhóm này là những loài động vật ở hoang mạc, núi đá, đụn cát như sâu bọ cánh cứng, bò sát đất…

+ Nhóm động vật trung sinh là những loại động vật trung gian giữa hai nhóm trên, chúng

có nhu cầu vừa phải về độ ẩm và nước chúng có thể chịu đựng được sự luân phiên giữa mùa khô

và mùa mưa Thuộc nhóm này gồm phần lớn động vật ở vùng nhiệt đới và cận nhiệt đới gió mùa

- Nhìn chung, những nơi có điều kiện nước và ẩm thuận lợi như vùng xích đạo, nhiệt đớihay ôn đới ẩm thực vật phát triển phong phú Còn những nơi không thuận lợi về độ ẩm và nướcnhư xa mạc, hoang mạc thực vật phát triển kém

c Ánh sáng

- Ánh sáng quyết định đến quá trình quang hợp của thực vật Cây ưa sáng thường sống vàphát triển ở những vùng có đầy đủ ánh sáng Cây ưa bóng sống trong bóng râm hoặc dưới tán câykhác Ánh sáng tác động đến hình thái của thực vật

- Ánh sáng cũng tác động đến động vật dưới dạng thích nghi và hình thái của chúng như:Nhịp sinh học, sinh sản, hình thái động vật

1.2 Đất

- Đất vừa là giá thể, vừa là nguồn cung cấp nước và các chất cần thiết cho cây.

- Đất ở các vùng, các đới khí hậu khác nhau thì có những đặc điểm khác nhau về độ dày,kết cấu đất, lượng nước, các chất khoáng và độ chua của đất dẫn đến sự phân bố khác nhau củacác loài sinh vật trước hết là thực vật

+ Đất đỏ vàng ở vùng xích đạo và nhiệt đới ẩm thường có tâng dày, độ ẩm và tính chất vật

lý tốt nên có nhiều loại thực vật sinh trưởng và phát triển

+ Đất ở vùng núi đá vôi do cứng, thiếu chất dinh dưỡng nên rễ cây gỗ chỉ có thể len lỏi vàocác khe hở, vách đá; còn cây thân gỗ, rễ chỉ thu hẹp trọng một hốc đá nhỏ, cây sinh trưởng chậm

+ Vùng đất ngập nước hoặc đất đóng băng rễ cây thường nông và rộng

+ Đất ngập mặn ở các bãi triều ven biển nhiệt đới: có các loại cây ưa mặn như sú, vẹt,đước, bần, mắm, trang Do nước ngập định kỳ nên rễ cọc không phát triển mà chỉ có các rễ bênđâm ra từ thân và rễ hô hấp Vì thế, rừng ngập mặn chỉ phát triển và phân bố ở các bãi triều venbiển

- Đất còn là môi trường sống của nhiều loài vi sinh vật và động vật, nhiều loài động vật cònlấy đất làm nơi trú ẩn tránh các điều kiện tự nhiên bất lợi (khí hậu, kẻ thù)

- Mỗi một dãy núi lớn là ranh giới tự nhiên phân chia thành các khu hệ động thực vật riêngbiệt với nhiều loài đặc hữu độc đáo khác nhau.

2 Nhóm nhân tố hữu sinh

+ Thức ăn của động vật có thể là thực vật (động vật ăn thực vật) Nhiều loài động vật ănthực vật lại là thức ăn của động vật ăn thịt Do đó, quan hệ giữa thức ăn và động vật có thể là quan

hệ giữa động vật và thực vật về dinh dưỡng, quan hệ giữa vật ăn thịt và con mồi

Do đó, các loài động vật ăn thực vật và động vật ăn thịt phải sống cùng trong một môitrường sinh thái nhất định

+ Đồng thời, thực vật là nơi ở hoặc nơi sinh đẻ cho động vật Nhờ có thực vật mà động vậtmới có thể ẩn náu, trốn tránh kẻ thù hoặc rình bắt con mồi được dễ dàng Nhiều loài sinh vật nhưcôn trùng, cá, ếch nhái…dẻ trứng trên các cây thủy sinh nhờ đó trứng của chúng mới phát triểnđược an toàn

+ Ngược lại, động vật có thể giúp thực vật thụ phấn và phát tán được dễ dàng hơn Ví dụnhư côn trùng, sâu bọ, chim giúp cho sự thụ phấn của cây, chim và một số loài thú ăn quả (dơi,sóc ) giúp cho thực vật phát tán quả và hạt nhờ đó phát tán quả, hạt và mở rộng khu phân bố của

thực vật Bên cạnh đó nhiều loại động vật còn ăn sâu bọ gây hại cho thực vật (chim sâu, vànhkhuyên )

Do đó, thực vật có ảnh hưởng đến sự phát triển và phân bố của động vật; nơi nào thực vậtphong phú thì thực vật cũng phong phú và ngược lại

- Giữa các cá thể khác loài hoặc cùng loài sống trong một môi trường thường có mối quan

hệ cạnh tranh khi chúng có cùng nhu cầu về thức ăn, nơi ở và các điều kiện sống khác, những điềukiện sống đó không được thỏa mãn hoàn toàn Sự cạnh tranh khác loài đã ảnh hưởng đến sự biếnđộng về số lượng, sự phân bố địa lí và nơi cưz trú của sinh vật Ví dụ, sự cạnh tranh của chuộtcống và chuột đàn

2.2 Con người

- Con người có ảnh hưởng lớn đến sự phân bố của sinh vật Điều này thể hiện rõ nhất trongviệc làm thay đổi phạm vi phân bố nhiều loại cây trồng và vật nuôi Ví dụ: Con người đưa nhiềuloại cây trồng như cam, chanh…từ châu Á, Châu Âu sang châu Mĩ châu Phi Bên cạnh đó việctrồng rừng của các nước làm tăng diện tích rừng nói chung trên thế giới

- Song song với những tác động tích cực đó, con người đã và đang làm thu hẹp diện tíchrừng tự nhiên trên Trái Đất Trong vòng 300 năm trở lại đây diện tích rừng tự nhiên trên Trái Đất

đã giảm từ 72 triệu Km2 xuống còn 41 triệu Km2, làm mất nơi sinh sống và tuyệt chủng nhiều loàiđộng thực vật

Như vậy, chúng ta thấy rằng sinh quyển là một phần “nhạy cảm” nhất trong lớp vỏ địa lí.Sinh quyển luôn chịu tác động của các thành phần tự nhiên và còn người Ngày nay, dưới sự giatăng dân số và sự phát triển mạnh của các hoạt động sản xuất sinh vật đang đối mặt với nhữnghiểm họa cực lớn

III Sự phân bố sinh vật trên Trái Đất

Trong tự nhiên, trên cùng một diện tích có tính đồng nhất nhất định, các loài thực vậtthường sống chung với nhau Toàn bộ các loài thực vật khác nhau của cùng một vùng rộng lớnđược gọi chung là thảm thực vật.

Sự phân bố các thảm thực vật trên Trái Đất phụ thuộc vào khí hậu (chủ yếu là chế độ nhiệt,ẩm) chế độ nhiệt ẩm có sự thay đổi theo quy luật địa đới hoặc phi địa đới, do đó các thảm thực vậtcũng có sự phân bố theo hai quy luật trên

Ôn đới hải dương Rừng lá rộng và rừng

Cận nhiệt lục địa Hoang mạc và bán

hoang mạc

Nhiệt đới gió mùa Rừng nhiệt đới ẩm

(Nam Á,Đông NamÁ) châu Mĩ(Trung Mĩ,Nam Mĩ)châu ĐạiDương.

Mỗi đới tự nhiên bao gồm nhiều đới khí hậu Tương ứng với các kiểu khí hậu có các kiểuthảm thực vật chính

3.1 Thảm thực vật đài nguyên

Đới đài nguyên hay còn gọi là đới đồng rêu, phân bố ở vùng cực có khí hậu giá lạnh quanhnăm, băng tuyết gần như tồn tại vĩnh viễn ở mặt đất Phạm vi phân bố từ các vĩ tuyến từ 600 vềcực Thực vật không phát triển được nhiều, chủ yếu có rêu và địa y Động vật thì nghèo nàn, ít cónhững loài sống định cư, chim thú thường chỉ xuất hiện vào mùa hè Động vật đặc trưng của vùng

là tuần lộc, gấu trằng bắc cực, chuột lemmut, gỗng tuyết

Riêng Châu phi và châu Đại Dương không có thảm thực vật đài nguyên (vì không có bộphận lãnh thổ nào nằm ở vùng vĩ độ trên) Châu Nam Cực không có do châu lục này là băng

3.2 Thảm thực thuộc môi trường đới ôn hòa

Môi trường đới ôn hòa có nhiều thảm thực vật vì có diện tích lục địa lớn và nhiều kiểu khíhậu khác nhau: Phân bố ở các châu: A, Âu, Mĩ Đại Dương, Phi

- Rừng lá kim: Hay còn gọi là rừng taiga, phân bố ở phía nam vùng đài nguyên thuộc khí

hậu ôn đới lạnh nửa cầu Bắc Thực vật chủ yếu là cây lá kim: thông, vân sam, thuyết tùng Độngvật nghèo về số lượng loài nhưng đa dạng hơn so với đồng rêu