Вода необходимое условие для жизни на земле: Вода — источник жизни на Земле

Цель 6 — Принимая вызов: обеспечить доступ к безопасным источникам чистой воды во всём мире

Цель 6

Обеспечение наличия и рациональное использование водных ресурсов и санитарии для всех

Надёжный доступ к безопасным источникам чистой, пригодной к употреблению в пищу воды является непременным условием для развития и процветания любого сообщества. В то время как в развитых странах обеспечение бесперебойного водоснабжения и поддержание адекватных санитарных условий зачастую считаются само собой разумеющимися, многие жители планеты до сих пор практически каждый день лишены этого основополагающего права. Рабочая группа открытого состава Организации Объединённых Наций сформулировала шестую цель в области устойчивого развития следующим образом: «Обеспечение наличия и рациональное использование водных ресурсов и санитарии для всех». Несмотря на то, что в такой формулировке для её достижения потребуется приложить колоссальные усилия, она представляется вполне выполнимой в течение двух ближайших десятилетий. Мы полагаем, что эта цель может быть достигнута, если придерживаться четырёх принципов: 1) защита источников питьевой воды от попадания в неё сточных вод; 2) доступ к питьевой воде и её обработка, необходимая для удаления химических и биологических загрязняющих веществ; 3) защита и восстановление экосистем, включающих источники пресной воды; и 4) гарантия доступа к воде и право на пользование водой.

   1. Защита источников питьевой воды от попадания в неё сточных вод

Исторически сложилось так, что наиболее значительным фактором, способствующим увеличению продолжительности жизни человека, стало использование источников питьевой воды, в которые не попадали сточные воды. Строительство сооружений для отвода сточных вод способствовало тому, что сообщества людей – и соответственно их экономики – стали бурно развиваться, так как они избавились от тягостных последствий, связанных с распространением передающихся через воду болезней. 

При том что модернизация в этой области бесспорно способствовала бы уменьшению случаев заболеваний и снижению детской смертности, сегодня ошеломляющее количество людей, составляющее миллиард человек, все ещё живут в неприемлемых санитарных условиях. В развивающихся странах существует множество примеров успешных проектов по строительству инфраструктуры, предназначенной для отвода сточных вод, реализованных при условии наличия необходимых средств и техники. Эти проекты свидетельствуют о том, что задача по предотвращению попадания сточных вод в источники питьевой воды выполнима даже в тех регионах, где подобного рода сооружения традиционно отсутствовали. Несмотря на то, что в процессе повсеместного обеспечения адекватных санитарных условий всё ещё имеются множество преград, строительство сооружений по отводу сточных вод совершенно необходимо для достижения шестой цели в области устойчивого развития. 

   2. Доступ к питьевой воде и её обработка

При наличии системы водоснабжения в домах, а также в том случае, когда источник воды находится неподалёку от жилья, нет необходимости возить её из других мест, часто находящихся на большом расстоянии. Чем доступнее источники воды, тем больше времени остаётся для продуктивной работы, образования, предпринимательской деятельности или семьи. Это особенно актуально для женщин и детей, которые тратят значительное количество времени в походе за водой, когда в домах отсутствует водопровод. Безусловно, питьевая вода подлежит предварительной обработке, но эту задачу можно выполнить при помощи соответствующего оборудования для фильтрации и дезинфекции. Для очистки небольших систем, обеспечивающих снабжение питьевой водой, особенно востребованы используемые на местах прочные надёжные устройства, которые легко найти и которые не требуют дорогостоящего технического обслуживания. В совокупности с первым принципом, изложенным выше, применение этих устройств создаст многоступенчатую преграду болезнетворным микроорганизмам и обеспечит ещё большую защиту потребителей.

   3. Защита и восстановление экосистем, включающих источники пресной воды

Необходимо также помнить о взаимосвязи между состоянием экосистемы и здоровьем человека. Большинство источников пресной воды в мире уже находятся в удручающем состоянии из-за несбалансированного использования, загрязняющих веществ, изменения климата, загрязнения биогенными веществами (эвтрофикации или зарастания водоёма) и других видов человеческой деятельности. В результате бесхозяйственности и безответственного использования человеком источников пресной воды, её качество значительно понизилось, а количество не соответствует нуждам потребителей. Охрана наших пресных водоёмов, таких как озёра, реки, болота и грунтовые воды, а также защита экосистем, частью которых они являются, крайне необходимы для предотвращения попадания загрязняющих веществ и болезнетворных микроорганизмов в источники, снабжающие питьевой водой потребителей. В нормально функционирующей экосистеме, включающей пресный водоём, имеются природные механизмы, которые способствуют очистке используемой для питья воды естественным путём (например, прибрежные буферы, которые поглощают ливневые стоки). Как и в первых двух случаях, описанных выше, для предотвращения зарастания пресных водоёмов также необходимо обеспечить отвод сточных вод, так как эвтрофикация является одной из основных причин нарушения нормального функционирования экосистем. Баланс между ответственным подходом к использованию природного капитала и обеспечением бесперебойного функционирования экосистем, с одной стороны, а также дальнейшим развитием и повышением производительности, с другой, является ключом к обеспечению устойчивых водных ресурсов на будущее.  

   4. Гарантия доступа к воде и право на пользование водой

Водные ресурсы абсолютно необходимы для экономического развития. При этом очень важно, чтобы правительства и организации по планированию учитывали потребности самых разных водопользователей, включая сообщества людей, сельскохозяйственные и промышленные предприятия, горнодобывающую промышленность, а также нужды самой природы. Любые изменения в области развития и в землепользовании влекут за собой определённые последствия. Например, расчистка земель влияет на изменение интенсивности речных потоков и увеличивает риск наводнений. Аналогичным образом вырубка лесов способствует уменьшению эвапотранспирации и, соответственно, снижению количества атмосферных осадков, что в особенности отражается на сельскохозяйственных угодьях, расположенных ниже по течению. По мере того как потребности в использовании водных ресурсов в сельском хозяйстве и промышленности возрастают, нам необходимо прибегать к практике составления договоров о справедливом распределении воды, чтобы обеспечить равные права и доступ к водным ресурсам всем водопользователям, не забывая и саму природу. Подобные соглашения потребуют проведения переговоров на местном, региональном и международном уровнях, с участием представителей всех заинтересованных сторон, включая жителей населённых пунктов, руководителей промышленных предприятий и учёных. Несмотря на то, что подобного рода переговоры могут оказаться делом нелёгким, их проведение вполне возможно, и даже необходимо для обеспечения адекватного доступа к водным ресурсам всем водопользователям.

РЕАЛИЗАЦИЯ ПОВЕСТКИ ДНЯ ОРГАНИЗАЦИИ ОБЪЕДИНЁННЫХ НАЦИЙ В ОБЛАСТИ РАЗВИТИЯ НА ПЕРИОД ПОСЛЕ 2015 ГОДА

В процессе выполнения задач, входящих в шестую цель в области устойчивого развития, уже наблюдается значительный прогресс. По мере того как растёт благополучие различных стран, они успешно внедряют программы по модернизации систем для отвода сточных вод и очищению питьевой воды. Тем не менее тревожные статистические данные относительно количества людей, которые всё ещё живут в антисанитарных условиях и не имеют доступа к безопасным источникам питьевой воды, доказывают, что этот вопрос остаётся одним из самых насущных гуманитарных вызовов.

Для того чтобы успешно проводить реформу в области системы водоснабжения, необходимо грамотное руководство на всех уровнях – в домашних хозяйствах, в муниципальных образованиях и в национальных правительствах. Решения по реализации программ, направленных на обеспечение адекватных санитарных условий и бесперебойное снабжение водопользователей питьевой водой, могут быть самыми разными, в зависимости от имеющихся в наличии ресурсов, размера населённых пунктов, а также масштаба необходимых для запланированного благоустройства работ. Мы выступаем как за подходы, разработанные на уровне руководящих органов, так и за решения, которые инициируются снизу. Даже если правительственные проекты по улучшению качества воды и обеспечению доступа к ней могут потребовать дополнительного налогообложения, довольно часто на их реализацию выделяется больше ресурсов, и, как правило, они выполняются в рамках законодательства, поддерживающего устойчивое развитие. Направленные на улучшение условий инициативы снизу также приветствуются, так как жители стараются защитить водные ресурсы и земли, которыми они же сами и распоряжаются, подходя к этому вопросу со всей ответственностью.

Образование является наиболее распространённым предварительным условием в деле улучшения качества воды. Первый необходимый шаг в процессе повышения уровня информированности и внедрения изменений в жизни людей в развивающихся странах состоит в том, чтобы разъяснить женщинам и детям в каждом доме все преимущества соблюдения санитарных норм и правил личной гигиены. Конечно, улучшение качества воды в деревнях, посёлках и городах требует инженерных сооружений, но не менее важно, чтобы местные жители понимали, что качество и количество воды напрямую зависят от того, насколько ответственно они подходят к управлению земельными ресурсами. В развитых странах, где существуют более усовершенствованные системы по очистке воды, усилия должны быть направлены на то, чтобы информировать население о необходимости поддержания устойчивого водопользования и способствовать разработке политики, включающей реформу в области водоснабжения. 

Использование воды человеком во всём мире неразрывно связано с общественным строем и функционированием различных экосистем. Эта взаимосвязь обеспечивается за счёт глобальной экономики, торговли, мирового движения капитала, а также благодаря круговороту воды в природе и климатическим системам. Именно поэтому управление водными ресурсами на местном или региональном уровне не может происходить в изоляции. Вместо того чтобы просто оказывать финансовую помощь развивающимся странам, развитые страны должны способствовать обучению кадров навыкам, необходимым для работы по улучшению качества воды и санитарных условий. Развитые страны могут содействовать в проведении исследований и в разработке инновационных технологий для очистки воды, учитывая необходимость устойчивого подхода к управлению водными ресурсами. В срочном порядке необходимо использовать время и задействовать ресурсы для разработки и внедрения недорогого, надёжного и прочного оборудования, пригодного к использованию на местах.

Реформы в области водоснабжения и водопользования должны гарантировать поддержание качества воды за счет ответственного и благоразумного управления земельными ресурсами и распределения воды между различными водопользователями. Обеспечение равных прав на использование водных ресурсов людьми, промышленными предприятиями, сельским хозяйством и самой природой – процесс сложный, требующий надлежащего управления и политики, которая учитывала бы интересы пользователей в верховьях рек и тех, кто находится ниже по течению. Ситуация усложняется ещё и тем, что реки протекают через административные, региональные и государственные границы. Интегрированные рынки прав на доступ к водным ресурсам предоставляют возможность использовать воду как предмет купли-продажи. Однако, в этом случае не учитываются нужды самой природы, охрана которой должна предусматриваться в законодательстве и в соответствующей политике в области водопользования.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Вода поддерживает жизнь, но без чистых безопасных источников питьевой воды невозможно было бы говорить о цивилизации. Выполнение шестой цели в области устойчивого развития обеспечит беспрецедентное улучшение качества и продолжительности жизни в самых бедных странах мира. Объявив доступ к чистой питьевой воде основным правом человека, мы все принимаем ответственность за программы по образованию населения, развитие необходимой инфраструктуры и помощь в успешном достижении шестой цели в области устойчивого развития. 

Ученые смогли объяснить, как зарождалась жизнь на Земле

Исследователи сумели лучше понять, как именно на нашей планете зародилась жизнь 4 млрд лет назад. Оказалось, что из смеси химических веществ, заполнявших водоемы молодой Земли, случайным образом формировались аминокислоты, из них — белковые соединения, а затем — более сложные нуклеиновые кислоты.

Жизнь появилась на нашей планете спустя примерно полмиллиарда лет после возникновения Земли, то есть около 4 млрд лет назад: именно тогда зародился первый общий предок всех живых существ. Он представлял собой одну-единственную клетку, генетический код которой включал в себя несколько сотен генов. У этой клетки было все необходимое для жизни и дальнейшего развития: механизмы, отвечающие за синтез белков, воспроизводство наследственной информации и выработку рибонуклеиновой кислоты (РНК), которая также ответственна за кодирование генетических данных.

Ученые понимали, что первый общий предок всех живых существ зародился из так называемого первичного бульона — аминокислот, возникших из соединений воды с химическими элементами, которыми были наполнены водоемы молодой Земли.

Возможность формирования аминокислот из смеси химических элементов была доказана в результате эксперимента Миллера — Юри, о котором «Газета.Ru» рассказывала несколько лет назад. В ходе опыта Стэнли Миллер смоделировал в пробирках атмосферные условия Земли около 4 млрд лет назад, заполнив их смесью газов — метана, аммиака, углерода и монооксида углерода, — добавив туда воды и пропуская через пробирки электрический ток, который должен был производить эффект разрядов молний.

В результате взаимодействия химических веществ Миллер получил в пробирках пять аминокислот — основных строительных блоков всех белков.

Спустя полвека, в 2008 году, исследователи провели повторный анализ содержимого пробирок, которые Миллер сохранил в неприкосновенности, и выяснили, что на самом деле смесь продуктов содержала вовсе не 5 аминокислот, а 22, просто автор эксперимента не смог идентифицировать их несколько десятилетий назад.

После этого перед учеными встал вопрос о том, какие из трех основных молекул, содержащихся во всех живых организмах (ДНК, РНК или белки), стали следующей ступенью формирования жизни. Сложность этого вопроса заключается в том, что процесс образования каждой из трех молекул зависит от двух других и не может быть осуществлен в ее отсутствие.

Таким образом, ученые должны были либо признать возможность формирования сразу двух классов молекул в результате случайной удачной комбинации аминокислот, либо согласиться с тем, что структура их сложных взаимосвязей образовалась спонтанно, уже после возникновения всех трех классов.

01 сентября 13:10

Проблема была разрешена в 1980-х годах, когда Томас Чек и Сидней Олтмен открыли способность РНК существовать полностью автономно, выступая ускорителем химических реакций и синтезируя новые, аналогичные себе РНК. Это открытие привело к появлению «гипотезы мира РНК», впервые высказанной микробиологом Карлом Везе в 1968 году и окончательно сформулированной биохимиком, лауреатом Нобелевской премии по химии Уолтером Гилбертом в 1986 году. Суть этой теории заключается в том, что основой жизни признаются молекулы рибонуклеиновой кислоты, которые в процессе самовоспроизведения могли накапливать мутации. Эти мутации в конечном итоге привели к способности рибонуклеиновой кислоты создавать белки. Белковые соединения являются более эффективным катализатором, чем РНК, и именно поэтому создавшие их мутации закрепились в процессе естественного отбора.

Одновременно с этим сформировались и «хранилища» генетической информации — ДНК. Рибонуклеиновые кислоты сохранились как посредник между ДНК и белками, выполняя множество различных функций:

они хранят информацию о последовательности аминокислот в белках, переносят аминокислоты в места синтеза пептидных связей, принимают участие в регулировании степени активности тех или иных генов.

На данный момент у ученых нет однозначных доказательств того, что подобный синтез РНК в результате случайных соединений аминокислот возможен, хотя определенные подтверждения этой теории есть: так, в 1975 году ученые Манфред Сампер и Рудигер Льюс продемонстрировали, что при определенных условиях РНК может спонтанно возникнуть в смеси, содержащей только нуклеотиды и репликазу, а в 2009 году исследователи из Университета Манчестера доказали, что уридин и цитидин — составляющие части рибонуклеиновой кислоты — могли синтезироваться в условиях ранней Земли. Тем не менее некоторые исследователи продолжают критиковать «гипотезу мира РНК» из-за чрезвычайно низкой вероятности спонтанного возникновения рибонуклеиновой кислоты, обладающей каталитическими свойствами.

Ученые Ричард Вульфенден и Чарльз Картер из Университета Северной Каролины предложили свою версию формирования жизни из первичного «строительного материала». Они полагают, что аминокислоты, сформировавшиеся из набора существовавших на Земле химических элементов, стали базой для образования не рибонуклеиновых кислот, а других, более простых веществ — белковых ферментов, которые сделали возможным появление РНК. Исследователи опубликовали результаты своей работы в журнале PNAS.

Ричард Вульфенден проанализировал физические свойства 20 аминокислот и пришел к выводу, что аминокислоты могли самостоятельно обеспечивать процесс формирования структуры полноценного белка. Эти белки, в свою очередь, являлись ферментами — молекулами, ускоряющими химические реакции в организме. Чарльз Картер продолжил работу своего коллеги, показав на примере фермента под названием аминоацил-тРНК-синтетаза то огромное значение, которое ферменты могли играть для дальнейшего развития основ жизни: эти

белковые молекулы способны распознавать транспортные рибонуклеиновые кислоты, обеспечивать их соответствие участкам генетического кода и тем самым организовывать верную передачу генетической информации последующим поколениям.

По мнению авторов исследования, им удалось найти то самое «недостающее звено», которое было промежуточным этапом между образованием аминокислот из первичных химических элементов и складыванием из них сложных рибонуклеиновых кислот. Процесс образования белковых молекул достаточно прост по сравнению с образованием РНК, а его реалистичность была доказана Вульфенденом на примере изучения 20 аминокислот.

Выводы ученых дают ответ и еще на один вопрос, в течение долгого времени волновавший исследователей, а именно: когда произошло «разделение труда» между белками и нуклеиновыми кислотами, к которым относятся ДНК и РНК. Если теория Вульфендена и Картера верна, то можно смело утверждать: белки и нуклеиновые кислоты «поделили» между собой основные функции на заре возникновения жизни, а именно около 4 млрд лет назад.

Условия жизни на Земле. Солнечный свет и тепло. Значение воды



Задание 15

Отметь правильное высказывание. Объясни свой ответ.

— Солнечный свет и тепло – необходимые условия для жизни на Земле.

Источники энергии такие как нефть и каменный уголь, относятся к не возобновляемым природным ресурсам и со временем закончатся на Земле, а выработка электричества без них невозможна. Солнце — пока единственный неисчерпаемый запас света и тепла. Солнечный свет приносит на Землю небольшую порцию ультрафиолета, без которого в нашем организме не будет вырабатываться витамин Д, что пагубно скажется на здоровье человека, без тепла и света не будут развиваться растения, и тогда не станет основного компонента воздуха – Кислорода, которым мы дышим. Без растений не будет и животных.

Жизнь на Земле невозможна без солнечного света и тепла.

Задание 16

Отметь явления, которые связаны с уменьшением тепла в окружающей среде.

Спячка животных, листопад, замерзание водоемов, осадки в виде снега.

Задание 17

Рассмотри рисунки. Объясни, от чего зависит окраска листьев у этих растений. В каких условиях они развивались.

Ответ:

Интенсивность окраски листьев зависит от многих факторов, в данном случае рассмотрим такой фактор как солнечный свет.

Растение слева получало достаточно солнечного цвета, листья имеют насыщенную зеленую окраску, потому что пигмент зеленого цвета – хлорофилл, образуется только на свету. Растение справа получало недостаточно солнечного света, поэтому окраска листьев светлая, ненасыщенная.

С.9

Домашнее задание

Сравни различные вещества, результаты запиши в таблицу.

Задание 18

Отметь правильные высказывания.

— Вода прозрачна и бесцветна.

— Вода может быть жидкой и твердой, газообразной.

Задание 19

Заполни таблицу (поставь «+» или «-»).

Задание 20

Выскажите предположение: какое значение для жизни человека, животных и растений имеет свойство воды растворять другие вещества.

Ответ:

Вода, растворяя минеральные вещества, дает возможность растениям получать из почвы питательные вещества. Вода основной компонент живой клетки, кровь представляет собой водный раствор кровяных телец. Вода, которую мы или животные пьем, также представляет собой раствор минеральных веществ. Без воды, жидкостей не было бы.

Мы бы не смогли выпить сладкого чая, или посолить суп, если бы сахар или соль в воде не растворялись.

С.10

Задание 21

Реши задачу.

Из неплотно закрытого крана за 10 минут вытекает 1литр воды. Сколько воды напрасно вытечет из крана за 1 час? За сутки?

Ответ:

Если за 10 минут вытекает 1 литр, то за час вытечет 6 литров. За сутки, за 24 часа, вытечет – 144 литра.

Задание 22

Объясни следующие высказывания.

— Вода – «сама жизнь, ты самое большое богатство на свете» (А. Сент-Экзюпери).

Что может быть воды полезней?

Без воды – грязь

Без воды – болезни. (В.В. Маяковский).

Ответ:

Все живое на Земле без воды жить не может, потому что вода — основная составляющая всех живых организмов.

Основа любого живого существа – это образование под названием «Клетка», которая на 90% состоит из воды. Без воды невозможен обмен веществ ни в организме, ни в природе. Отсутствие воды приводит к гибели организма. Если не мыть рук, есть грязные овощи и фрукты, можно заболеть разными опасными болезнями.

Способность воды растворять различные грязевые отложения, дает возможность стирать вещи и не носить грязной одежды. Вода обеспечивает человеку гигиеническую чистоту тела и дома.

*** Задание 23

Подчеркни только те слова, которые обозначают свойства водяного пара.

Белый, газообразный, непрозрачный, летучий. (Свойства водяного пара указаны для большого объема пара)

Задание 24

Установи зависимость между качеством воды и условиями протекания реки по той или иной местности. (соедини линиями соответствующие утверждения).

С.11

Задание 25

Рассмотри рисунок-схему. Сравни длину разных рек России. Отметь самую длинную реку России. Какая из этих рек самая короткая?

— Волга – 3531 км.

— Обь с её притоком Иртышом – 5410 км.

— Енисей – 4102 км.

— Амур – 4440 км.

— Лена – 4400 км.

Ответ:

— самая короткая река России – Волга -3531км.,

— самая длинная река России – Обь с её притоком Иртышом – 5410 км.

Задание 26

Подчеркни названия растений и животных, для которых вода – среда обитания.

Щука, камыш, крокодил, ряска, дельфин.

Задание-наблюдение

Проверь, какого цвета станут растворы в стаканах, если для их получения использовать:

1. Кристаллик марганцовки (марганцовокислового калия)

2. Несколько капель зеленки (бриллиантовой зелени)

3. Морковный сок

4. Несколько капель синих чернил

5. Кристаллики пищевой соли

Сделай иллюстрацию к опыту.

Задание 27

Подготовьте план рассказа на тему «Значение воды в жизни человека».

Ответ:

1. Что такое вода.

2. Свойства воды.

3. Зачем человеку вода.

4. Зачем беречь воду.

С.12

Задание 28

Дополни схему.

Задание

Используя рисунок, подготовь рассказ на тему «Как человек использует ветер (движение воздуха)».

Ответ:

Ветер – это направленное движение воздушных масс в атмосфере. Человек научился использовать силу ветра, и даже можно сказать приручил ветер. Силой ветра вращаются крылья мельницы, паруса надуваемые ветром несут корабль по волнам, воздушный шар, поднимаясь в небо, летит в ту сторону, куда ветер дует. Но такой ветер неуправляемый, и это для человека неудобно, а иногда и опасно. Поэтому человек придумал управляемый ветер: поток воздуха, направляемый вентилятором. Лопасти вентилятора вращаясь, создают воздушный поток, ветер, направление и силу которого, можно изменить.

Домашнее задание

Опусти в стакан с водой кусочек глины. Понаблюдай: появились ли в воде пузырьки? Откуда они взялись? Что это такое? Зарисуй наблюдаемое явление.

При опускании кусочка глины в стакан с водой, он осядет на дно под собственной тяжестью, через некоторое время из кусочка глины будут выделяться пузырьки – это воздух. Данный опыт демонстрирует наличие воздуха в твердых веществах.

Конспект занятия в средней группе «Солнце, воздух и вода

МДОАУ «Детский сад присмотра и оздоровления №110»

Конспект занятия в средней группе

«Солнце, воздух и вода – необходимые условия для жизни на земле»

Опытно – экспериментальная деятельность

с воздухом и водой

Подготовила: Помазанова М.В.

воспитатель 1 кв. кат.

г. Оренбург, 2017 Г.

Цель: Закрепить знания о том, что солнце, воздух и вода необходимые условия всех живых существ на земле.

Задачи:

• с помощью опытов закрепить знания детей о воздухе и воде,

• познакомить со свойствами воздуха и воды,

• показать, где, в каком виде существует вода в окружающей среде,

• дать элементарные знания о круговороте воды в природе,

• воспитывать интерес к окружающей жизни, к опытно-экспериментальной деятельности,

• воспитывать желание беречь природу,

• развивать мышление, внимание, любознательность.

Предварительная работа:

• беседы о воде, воздухе, солнце,

• наблюдения за явлениями неживой природы,

• дидактические игры,

• опытническая деятельность,

• чтение экологических сказок.

Материал и оборудование:

• глобус,

• картина с изображением весеннего леса,

• воздушные шарики,

• баночки с водой, молоком,

• баночки разной формы,

• пробирка,

• картофельная пробка,

• зажим,

• свеча,

• фарфоровое блюдце,

• белые халаты на каждого ребенка,

• резиновая перчатка,

• предметные картинки,

• капелька и тучка из картона.

Воспитатель: Наш дом родной, наш общий дом –

Земля, где мы с тобой живем!

Чудес нам всех не перечесть,

Одно у них названье есть:

Леса, и горы, и моря –

Все называется Земля!

А если в космос ты взлетишь,

То из окна ракеты

Увидишь шар наш голубой.

Любимую планету!

Воспитатель: (показывает глобус) Вот такой наша планета Земля выглядит из космоса. Это модель нашей Земли, только уменьшенная во много раз.

— Кто знает, как называется эта модель? (Глобус)

— Посмотрите на глобус и скажите, что обозначено голубым цветом? (М оря, океаны, реки)

— Для чего нужна вода? (ответы детей)

Весь наш земной шар окружен оболочкой из воздуха. А зачем на земле нужен воздух? (чтобы жить и дышать)

Давайте представим, что мы в весеннем лесу.

— Какой воздух в лесу? (чистый, свежий, легкий)

— Давайте выясним, какие свойства имеет воздух? (Ответы детей)

— Мы можем увидеть воздух? (Ответы детей)

Воспитатель: Воздух невидим, не имеет определенной формы, не имеет запаха. Но мы можем увидеть воздух!

(воспитатель предлагает надуть шарики. Воспитатель и дети делают вывод, что в шариках есть воздух)

Воспитатель: Если положить на чаши весов надутый и не надутый шарики, то чаша с надутыми шариками перевесит. Вывод: воздух имеет вес.

Воспитатель: Ребята, а почему в лесу воздух чище и дышится легче? (ответы детей)

Правильно! В лесу много деревьев, нет проезжающих машин, заводов. Чистый воздух нам дают растения, листочки. Мы дышим кислородом, кислород нам дают листочки деревьев и растения. Воздух надо беречь!

Воспитатель: Сейчас я вам продемонстрирую опыт «Пламя загрязняет воздух».

Зажигается свеча. Подержать над пламенем свечи (на расстоянии 1-2 см) фарфоровую чашку. Через некоторое время можно увидеть, что чашка почернела – покрылась слоем копоти.

Воспитатель: Вывод: пламя загрязняет воздух.

Мы говорили о воде, о воздухе. А что еще необходимо, для жизни на земле? (ответы детей)

Воспитатель: Правильно, Солнце. Солнце – источник тепла и света. Без него не смогут жить и растения, и животные, и люди.

Психогимнастика: «Солнышко, появись…»

Воспитатель: Значит без солнца, воздуха и воды нет жизни на земле. Вода очень необходима всем.

— Что умеет делать вода? (Течь, плескаться, брызгаться, литься, журчать и т. д)

Воспитатель: Вода таит в себе много неизвестного. Ученые проводят в лаборатории много опытов с водой. А вы хотите стать маленькими учеными?

Предлагаю с помощью опытов выяснить, какой бывает вода в нашей лаборатории «Капелька»

Воспитатель напоминает правила поведения в лаборатории. Предлагает надеть белые халаты. Дети удобно рассаживаются за столами.

Опыт №1 «У воды нет запаха»

Дети нюхают воду. Чем она пахнет? (совсем не пахнет).

Дети делают вывод: Вода не имеет запаха.

Опыт №2 «У воды нет вкуса»

Предложить детям попробовать воду. Есть ли у нее вкус? Объяснить, что когда человек хочет пить, то с удовольствием пьет воду и, чтобы выразить свое удовольствие, говорит: «Какая вкусная вода!», хотя на самом деле ее вкуса не чувствует.

Вывод: вода не имеет вкуса.

Опыт №3 «Вода прозрачная»

Перед детьми стоят две баночки: одна с водой, другая – с молоком. Воспитатель предлагает поставить баночку с водой на картинку, затем баночку с молоком поставить на картинку. В каком случае будет картинка видна?

Вывод: вода прозрачная, а молоко имеет белый цвет.

Опыт №4 «Вода не имеет формы»

Предложить детям налить воду в стеклянную посуду разной формы. Что происходит? Вода принимает форму того предмета, в котором находится.

Вывод: вода не имеет формы.

Воспитатель: — Ребята, где на земле встречается вода? (ответы детей)

— А на небе, где встречается вода? (ответы детей)

Давайте поиграем!

Игра «Ходят капельки по кругу»

Воспитатель: Я буду мама – Тучка, а вы мои детки капельки. Капелькам пора отправляться в путь. Полетели капельки на землю. Попрыгали, поиграли, поплавали. Скучно им стало поодиночке прыгать. Собрались они вместе и потекли маленькими веселыми ручейками (капельки соединяются, взявшись за руки). Встретились ручейки и стали большой речкой (ручейки соединяются в одну цепочку). Плывут капельки в большой реке путешествуют. Текла-текла река и попала в большой океан (дети перестраиваются в хоровод и двигаются по кругу). Плавали-плавали капельки в океане, а потом вспомнили, что мама Тучка ждет их дома. А тут как раз солнышко пригрело, стали капельки легкими, потянулись вверх. Испарились они под лучами солнца и вернулись к маме Тучке.

Дети садятся на свои места.

Опыт № 5 «Вода жидкая, может течь»

Переложить детям перелить воду из одного стаканчика в другой. Льется вода? Почему? Потому что она жидкая. Если бы она не была жидкой, она не смогла бы течь в реках, ручейках, не текла бы из крана.

Вывод: вода находится в жидком состоянии.

Воспитатель: Ребята, в каком еще состоянии может находиться вода? (ответы детей)

Правильно, в твердом состоянии. Лед – это вода в твердом состоянии.

Вы когда-нибудь наблюдали, как кипит вода в чайнике? Из носика выходит пар. Пар – это тоже вода. Сейчас я вам с помощью опыта покажу переход воды в парообразное состояние.

Опыт № 6 «Переход воды из жидкого состояния в парообразное»

Налить полпробирки воды с неразвернутыми краями и закрыть картофельной пробкой. Нагревать пробирку над пламенем спиртовки. Сначала в пробирке появляются пузырьки. Их становится все больше. Вода закипает. Пара становится все больше, ему стало тесно. Он вытолкнул пробку и вырвался наружу.

Вывод: вода превратилась в пар.

Воспитатель: — В каких же трех состояниях бывает вода? (ответы детей)

Чтение экологической сказки «Спор»

Воспитатель: Вы прослушали сказку.

— Так что же необходимо для всего живого на земле? (солнце, воздух, вода)

Подводится итог занятия.

Вода и биосфера. Вода и жизнь на Земле

Вода и биосфера

Внешняя оболочка Земли занята биосферой. И вполне правильно, когда биосферу называют еще «областью жизни» или «живым покровом» Земли. Это огромное пространство, включающее атмосферу, гидросферу и литосферу, населяют различные виды живых организмов. Верхняя граница биосферы охватывает нижние слои стратосферы до высоты озонового экрана (в среднем до 20 км), в котором задерживается большая часть ультрафиолетовой радиации, губительно действующей на живые организмы. Нижняя граница биосферы определяется на глубине 3–3,5 км ниже поверхности земной коры. Наиболее благоприятные условия для жизни и развития организмов имеются на поверхности суши, в прилегающих к ней слоях атмосферы и в приповерхностных слоях морей и океанов.

Основоположником учения о биосфере является выдающийся русский ученый, академик В. И. Вернадский, который оценил жизнь в общепланетарном масштабе как качественно новое геологическое явление. Центральное место в биосфере занимает «живое вещество», которое, по В. И. Вернадскому, представляет собой совокупность всех живых организмов (животных, растений, микроорганизмов), численно выраженное в их элементарном химическом составе, в весе и энергии. Хотя в количественном отношении живое вещество (по сравнению с неорганическим) занимает незначительное место, оно играет важнейшую роль в формировании биосферы. «На земной поверхности, — писал В. И. Вернадский, — нет химической силы, более постоянно действующей, а потому и более могущественной по своим конечным последствиям, чем живые организмы, взятые в целом».

Подсчитано, что на Земле обитает около 3 млн. видов живых организмов, из которых 300 тыс. приходятся на долю растений. Однако растения создают 97–98 % всей биомассы суши, остальная часть (1–3 %) животные и микроорганизмы.

Водная среда играла важнейшую роль в возникновении жизни на Земле. В. И. Вернадский писал: «Вода стоит особняком в истории нашей планеты. Нет природного тела, которое могло бы сравниться по влиянию на ход основных, самых грандиозных геологических процессов. Не только земная поверхность, но и глубокие — в масштабе биосферы — части планеты определяются, в самых существенных своих проявлениях, ее существованием и ее свойствами».

Вода является постоянным спутником и необходимым условием воспроизводства живого органического мира. Как известно, в основе образования и накопления первичного живого органического вещества лежит фотосинтез. Под действием солнечной энергии углекислый газ и вода в листьях растений распадаются на кислород, выделяющийся в атмосферу, и углерод, идущий на образование живого органического вещества растений — углеводороды. Только живое вещество, усваивая солнечную энергию, способно строить новые ткани, способно само себя воспроизводить. По подсчетам биологов, живое вещество ежегодна воспроизводит примерно 10 % своей общей массы.

Живые организмы производят огромную работу по перераспределению вещества земной коры и созданию новых химических соединений. Живые организмы вовлекают в процесс круговорота кислорода, углерода и азота также большие массы минеральных веществ и различных других химических элементов, превращая их в биогенное вещество. Живые организмы способны усваивать и концентрировать из среды обитания практически все элементы периодической системы.

Гидросфера (водная оболочка) — это совокупность океанов, морей, озер, рек, ледяных образований, подземных и атмосферных вод. Общая площадь океанов и морей в 2,5 раза превышает территорию суши. Океанические воды покрывают почти три четверти поверхности земного шара слоем толщиной около 4 тыс. м.

Занимая промежуточное положение между атмосферой и литосферой, гидросфера постоянно находится с ними в тесной взаимосвязи. Одним из ее проявлений является влагооборот. Последний играет важную роль в создании условий жизни во всей биосфере.

Таблица 1. Объем гидросферы [М. И. Львович, 1974]

Части гидросферы Объем воды, тыс. км³ От общего объема, % Мировой океан 1 370 323 93,96 Подземные воды 60 000 4,12 Зоны активного водообмена 4 000 0,27 Ледники 24 000 1,65 Озера 280* 0,019 Почвенная влага 85** 0,006 Пары атмосферы 14 0,001 Речные воды 1,2 0,0001 Итого: 1 454 193 100 * В том числе около 5 тыс. км³ воды в водохранилищах. ** В том числе около 2 тыс. км³ оросительных вод.

По данным табл. 1, на поверхности Земли содержится почти 1,5 млрд. м³ воды, из этого количества 93,96 % сосредоточено в океанах и морях, немногим больше 4 % представляют воды, находящиеся на суше, и 1,65 % воды сковано в ледниках.

Обеспечение чистой питьевой водой — одна из важнейших целей Декларации тысячелетия ООН

Как и ежегодно, по рекомендации Конференции Организации Объединенных Наций по окружающей среде и развитию (ЮНСЕД) с 1993 г., 22 марта в мире отмечался Всемирный день воды, позволяющий напомнить не только о важности проблемы обеспечения пресной питьевой водой всех жителей Земли, но и о необходимости осуществлять комплексное управление пресными водными ресурсами.

Вода наряду с продовольствием является необходимым условием для выживания и здоровья человека, но именно без воды невозможно сохранение природных экосистем, экономическое и социальное развитие на Планете. Поэтому проблема обеспечения питьевой водой и доступ к ее потреблению признается наряду с обеспечением прав человека одной из важнейших целей Тысячелетия в области развития, сформулированных в Декларации тысячелетия ООН в 2000 г.

Тревога о возрастающей нехватке питьевой воды связана не только с результатами изменения климата, но и с деятельностью человека, приводящей к сокращению имеющихся водных ресурсов из-за загрязнения и деградации пресноводных экосистем, а также из-за неконтролируемой урбанизации и изменений в землепользовании. По данным ООН существует достаточно мрачная перспектива того, что более чем 2,8 миллиарда человек столкнутся с серьезным дефицитом воды к 2025 году.

Понимание того, что при благоразумном использовании вода обеспечивает урожаи, здоровье, процветание и изобилие народов и наций Земли, а отсутствие воды или нерациональное использование водных ресурсов ведет к нищете, болезням, к эрозии, заболачиванию, деградации окружающей среды и конфликтам между людьми, является основанием для включения вопросов о пользовании и сохранении водных ресурсов в повестку дня большого числа международных организаций.

Эффективное управление глобальными водными ресурсами вносит свой вклад в укрепление мира, безопасности, сотрудничества и дружеских отношений между народами в соответствии с принципами справедливости и равноправия, что полностью согласуется с целями и принципами ООН, сформулированным в Уставе ООН и Декларации ООН о правах человека.

На реализацию этих принципов нацелен механизм, «ООН — водные ресурсы», координирующий действия 26 международных организаций (ВМО- Всемирная метеорологическая организация, ВОЗ, Всемирный банк, ФАО и др.) в системе ООН, способствующий решению задач области водоснабжения и санитарии, обозначенных в дискуссиях на Всемирных встречах на высшем уровне по устойчивому развитию и Конференциях по климату (очередная из которых состоится в 2012 г. в Канкуне).

Однако, учитывая, что власть над глобальными водными ресурсами поделена между народами мира, сотнями тысяч местных правительств и многочисленными неправительственными и частными организациями, а также большим числом международных органов, поэтому важным шагом стало создание Всемирного водного совета (ВВС), который официально учрежден в Марселе 14 июня 1996 г.

Среди важнейших программ ВВС можно выделить «Вода и политика», рассматривающая политику как процесс, посредством которого формируются, налаживаются и воспроизводятся отношения власти и образуется фон для всех государственных решений и действий в сфере водопользования, решения и выполнения водохозяйственных реформ.

В рамках данного проекта, ВВС и Всемирный союз охраны природы (МСОП) начали выполнять пилотные работы в некоторых странах и бассейнах с целью налаживания диалога между политическими властными структурами и местным техническим персоналом. Выборочные районы диалога расположены в Мексике (Коста де Чиапас), бассейне реки Пангани в Танзании/Кении, на реке Вольта в Гане и Буркина Фасо и в бассейне реки Меконг (Таиланд, Камбоджия, Лаос, Вьетнам). Такой диалог улучшает совместное водопользование и позволяет разрешать возникающие конфликты.

Другая программа ВВС «Вода и развитие» нацелена на создание условий для обеспечения минимального уровня водохозяйственных услуг и инфраструктуры, которые необходимы для многих отраслей (здравоохранение, промышленность, сельское хозяйство, энергетика, транспорт и т. д.). В виду широко признанной важности данной программы, она стала одной из 5 главных тем Форума в Мехико (март 2006 г.).

Особый вклад в решение проблем рационального потребления воды вносит программа «Виртуальная вода», речь идет о том объеме воды, который заключен в продовольствии или других продуктах. Например, для производства одного килограмма пшеницы нам необходимо около 1000 л воды, т. е. виртуальная вода этого килограмма пшеницы составляет 1000 л. Для мяса нам необходимо примерно в 5–10 раз больше воды. Потребление виртуальной воды на одного человека, содержащейся в нашем рационе питания, зависит от типа рациона и варьирует от 1 м³/день характерного для рациона, необходимого для выживания, до 2,6 м³/день присущего вегетарианскому рациону и более 5 м³ необходимого для американского рациона с потреблением большого количества мяса. Очевидно, что в результате сокращения продовольственного рациона намного больше воды доступно для других целей.

Кроме того, при торговле продовольственными культурами или любыми другими товарами происходит виртуальный переток воды из производящих или экспортирующих стран в страны, которые потребляют и импортируют эти товары. Страны с дефицитом воды могут импортировать продукты, которые требуют для производства больших объемов воды, вместо того, чтобы производить их у себя. Таким образом, это позволяет импортерам реально сберегать воду, снижая нагрузку на свои собственные водные ресурсы или высвобождать воду для других целей.

На глобальном уровне, проблема торговли виртуальной водой имеет геополитический подтекст: она вызывает взаимозависимость между странами. Поэтому, ее можно рассматривать либо как стимулятор сотрудничества и мира, либо как источник потенциального конфликта.

При реализации концепции «виртуальная вода» ставится цель не только рационального водопользования и сбережения воды в рамках национальной продовольственной и экологической политики, но и создание механизма для стран с дефицитом воды, по производству средств для жизни (используя свои трудовые и природные ресурсы) с целью получения доступа к валютным и международным рынкам, чтобы они могли прокормить себя сами. Именно эта сторона «концепции «виртуальная вода» была отмечена в международной дискуссии, отчет о которой был опубликован в апреле 2004 г. Торговля виртуальной водой может, как усиливать напряженность и потенциал конфликта для стран, зависящих от торговли, так и уменьшать напряженность, но в любом случае увеличивается осведомленность о водопотреблении и экономии воды за счет изменения рациона питания, о необходимости внимания к охране окружающей среды и местной экономике.

Проблемы, возникающие с потреблением питьевой воды и доступом к водным ресурсам рассматривают многие региональные международные организации. Так, например, Международное бюро по водным ресурсам, которое является некоммерческим объединением общественных и частных партнеров, вовлеченных в управление водными ресурсами и охрану из Франции, Европы и во всем мире (на основе двух- и многостороннего сотрудничества организаций, министерств, местных сообществ, водохозяйственных организаций, университетов, технических школ, научных центров, компаний по мелиорации земель, сотрудников системы коммунального водоснабжения, профессиональных объединений и неправительственных организаций) стремится установить реальную партнерскую сеть по водопользованию, учитывает в своей деятельности, в т. ч. и проблему «виртуальной воды».

Наибольшее внимание проблемам питьевой воды уделяется странами, которые совместно используют воды единого водного бассейна, так например в 1972 г. с этой целью была создана Организация по освоению реки Сенегал (ОМВС). Воды реки Сенегал в Западной Африке берут начало в четырех странах (Гвинее, Мали, Мавритания и Сенегал) и протекают по их территории. Поскольку эти страны выражают озабоченность тем, насколько рационально используется данное количество воды и каково ее качество, то данная организация предоставляет информацию о состоянии водных ресурсов и состоянии экосистемы, согласовывают будущие действия по использованию водных ресурсов.

В Азиатско-Тихоокеанском регионе большую работу по решению общих водных проблем стран региона ведет Азиатско-Тихоокеанский водный форум, который наметил проведение в 2012 г. в Таиланде 2-го Азиатско-Тихоокеанского Водного Саммита (АТВС). Его главной темой станет «Водная безопасность. Руководство и обязательства». Предполагается, что в ходе подготовки к Саммиту будет подготовлена вторую версию публикации «Перспективы развития водного хозяйства в Азии». Средства Азиатского банка развития будут привлечены для решения ряда задач: 1) удовлетворения потребностей хозяйств в воде и обеспечения санитарных условий в обществе в целом; 2) поддержки продуктивной экономики в сельском хозяйстве и промышленности; 3) восстановление здоровых рек и экосистем. Самостоятельным направлением в деятельности АТВС является информационно-аналитическая работа. С этой целью создан Центр знаний Азиатско-Тихоокеанского Водного Форума, начало которому было положено в 2006 г. при поддержке Японии и Азиатского банка развития в целях содействия привлечению и росту инвестиций в водный сектор.

На Ближнем Востоке внимание к воде отражает изречение «Вода — это жизнь». В центре внимания и действий Межисламской сети по развитию и управлению водными ресурсами (МСРУВР) наряду с прикладными исследованиями, находится трансграничный диалог стран, с целью улаживания пограничных трений (между Израилем, Ливаном и Иорданом), формирования политики и разработки программ управления водными ресурсами. Являясь неполитической и некоммерческой организацией, имеющей международный правовой статус, МСРУВР действует с 1987 г. и объединяет 149 организаций-членов, участвующих в решении широкого круга проблем как технического, так и организационного и управленческого характера.

Таким образом, проблемы преодоление дефицита питьевой воды, обеспечение доступа к водным ресурсам и средствам санитарии, создание эффективных финансовых механизмов для комплексного решения вопросов водоснабжения, включая вопросы трансграничного потребления воды, сохранения биоразнообразия, предотвращения загрязнения окружающей среды ставятся как наднациональными так и международными региональными организациями, для достижения одной из основных целей Тысячелетия — обеспечение экологической устойчивости наряду с эффективным экономическим и социальным развитием на Планете.

Изучение требований и подходов международных организаций к вопросам водопользования позволяет по-новому оценить российские программы охраны и потребления питьевых водных ресурсов, разработать предложения по координации действий организаций, участвующих в обеспечении населения питьевой водой, продумать возможности экспорта как пресной воды, так и «виртуальной воды» в условиях роста ее потребления в России и в мире.

Точка зрения авторов, комментарии которых публикуются в рубрике
«Говорят эксперты МГИМО», может не совпадать с мнением редакции портала.

Коммерческое использование данной информации запрещено.
При перепечатке ссылка на Портал МГИМО обязательна.

Вода– сок жизни на Земле

Вода– сок жизни на Земле (Леонардо да Винчи)

В настоящее время, желая утолить жажду, многие из нас пьют слишком много чая, кофе, газированных напитков или энергетиков, из-за которых организм теряет воду. А вода необходима для усвоения питательных веществ и витаминов. Постоянное и определенное содержание воды – необходимое условие для существования всех живых организмов. В растениях содержится 90% воды. В организме взрослого человека – 70% (даже в костях –22% воды, мускулы содержат – 7% воды, в мозгу и жировых тканях – 75% воды, а в крови – 92%). Здоровье и функционирование внутренних органов, красота кожи — все зависит от количества воды в организме. Достаточно выпить стакан чистой воды, чтобы преодолеть усталость и депрессию. Употребление чистой воды улучшает умственную деятельность, увеличивает энергию, сохраняет кожу здоровой, и стабилизирует работу желудочно-кишечного тракта. Двухпроцентное сокращение воды в теле человека может привести к 20% снижению физических и умственных показателей. Вода растворяет и способствует усвоению питательных веществ, витаминов и минералов. Участвует в химических процессах пищеварения и выходит из организма через почки и кожу, унося с собой вредные вещества. Благодаря воде осуществляется большинство реакций обмена веществ, обеспечивающих непрерывный процесс регенерации организма. Кроме того, для тех кто желает сбросить вес, употребление воды снижает аппетит. Многие диетологи утверждают, что часто люди путают жажду с чувством голода. Поэтому они советую увеличить употребление воды. Иметь с собой бутылку чистой воды – отличный способ поддержания водного баланса в организме. Во время работы и учебы, рекомендуется пить чистую воду. 

В последние года изменился химический состав поверхностных и подземных вод. Несмотря на защищенность от загрязнения, в них уже обнаруживаются свинец, хром, ртуть, медь, цинк. Концентрация тяжелых металлов в подземных водах возрастает на территории больших городов. Часто люди получают ржавую воду в той местности, где по микробиологическим показателям она соответствует нормам. В резервуарах вода соответствует всем требованиям, но идя по магистральным сетям в домовые сети, где-то застаивается, и ржавчина выпадает в трубы, потом смывается и попадает в квартиры.  В связи с этим, появляется необходимость в очистке воды. Сейчас о питьевом режиме учащихся и сотрудников стараются позаботится практически все организации.  В  офисах популярность приобретают кулеры, фильтры — диспенсеры и пурифайеры. Пурифайеры — это современные и усовершенствованные альтернативы диспенсерам со встроенной системой фильтрации, подключенной напрямую к водопроводу. Они позволяют получать очищенную: холодную горячую, воду. Главная цель  оборудования – обеспечить питьевой режим, сделать доступной чистую воду, для сохранения и поддержания здоровья. Ведь, вода имеет огромное значение в нашей жизни и  как говорил Леонардо да Винчи вода является соком жизни на Земле!

3,4. Почему вода так важна для жизни, какой мы ее знаем? | Прогресс в изучении астробиологии | Образование

Классы 9–12 или взрослый опытный ученик

Для выживания всей жизни на этой планете нужна вода. Некоторые виды жизни могут жить с очень небольшим количеством воды в очень засушливых местах, но им все равно нужна вода. Поскольку мы стремимся найти жизнь за пределами Земли, важно учитывать, что жизнь на Земле говорит нам о том, где искать. Почему вода так важна для жизни? Вода поддерживает функции клеток.Все организмы состоят из клеток, от микробов до самых крупных животных. Все жизненные функции выполняются внутри клеток. Для получения энергии, роста и избавления от отходов жизни необходимы химические реакции. Вода — это жидкость, которая позволяет протекать химическим процессам жизни. Это также полярная молекула, которая позволяет растворять большинство других молекул. Из-за этого мы называем воду «растворителем». Наличие такого хорошего растворителя, как вода, имеет решающее значение для жизнедеятельности. Но есть и другие причины, по которым вода так важна:

Воды много! Водород — самый распространенный элемент во Вселенной, а кислород — самый богатый в земной коре.На Земле около 70% поверхности покрыто водой. Но есть много воды и в других местах нашей солнечной системы. Например, мы нашли множество доказательств того, что на поверхности Марса в ранние времена существовало много воды, а на Марсе в настоящее время имеется много замороженной воды под его поверхностью. Кометы состоят в основном из водяного льда. В нашей солнечной системе много лун, состоящих из большого количества водяного льда, и есть даже несколько лун с океанами с жидкой водой под их ледяными корками (например, Европа и Энцелад).

У воды есть и другие преимущества в качестве растворителя для жизни. Например, вода остается в жидкой фазе в большом диапазоне температур по сравнению с некоторыми другими растворителями. Это позволяет большему количеству мест иметь потенциал для жидкой воды. Также он обладает высокой теплоемкостью. Это означает, что вода обеспечивает некоторую защиту организмов от быстрых или резких перепадов температуры.

Вода также обладает интересным свойством в отношении плотности льда. Для многих молекул твердое тело имеет более высокую плотность, чем жидкость.Итак, для большинства молекул твердое вещество тонет в жидкости. Но с водой дело обстоит иначе. Что касается воды, лед на самом деле менее плотный, чем жидкая вода. Вот почему лед плавает! Если бы этого не произошло, то все организмы, обитающие на дне озер зимой, были бы полностью заморожены. Но, что еще хуже, во времена в истории нашей планеты, когда мир становился очень холодным (вызывая то, что мы называем Землей-снежком), если бы замерзшая вода затонула, вся океаническая жизнь Земли замерзла бы и, возможно, погибла бы!

Если мы хотим понять, как устроена жизнь, очень важно понимать химию воды.А астробиологи, которые задаются вопросом, одиноки ли мы во Вселенной, должны осознавать потенциальную важность воды и для других видов жизни. Прямо сейчас мы исследуем миры, такие как Энцелад и Европа, Марс и другие тела Солнечной системы, на которых есть признаки воды. Кроме того, за пределами нашей Солнечной системы мы ищем экзопланеты, на поверхности которых может быть жидкая вода, поскольку они могут быть важными местами для нас, чтобы искать возможную внеземную жизнь.

Основные дисциплинарные идеи

PS3.A: Определения энергии: Энергия движения правильно называется кинетической энергией; она пропорциональна массе движущегося объекта и растет пропорционально квадрату его скорости. (MS-PS3-1) ▪Система объектов может также содержать запасенную (потенциальную) энергию, в зависимости от их взаимного расположения. (MS-PS3-2) Температура — это мера средней кинетической энергии частиц вещества. Отношение между температурой и полной энергией системы зависит от типов, состояний и количества присутствующего вещества.(MS-PS3-3, MS-PS3-4)

PS3.D: Энергия в химических процессах и повседневной жизни: Химическая реакция, посредством которой растения производят сложные молекулы пищи (сахара), требует ввода энергии (т. Е. От солнечный свет). В этой реакции диоксид углерода и вода объединяются, образуя органические молекулы на основе углерода и выделяя кислород. (MS-LS1-6)

LS2.C: Динамика, функционирование и устойчивость экосистемы: «Биоразнообразие» описывает разнообразие видов, обитающих в наземных и океанических экосистемах Земли.Полнота или целостность биоразнообразия экосистемы часто используется как мера ее здоровья. (MS-LS2-5)

ESS2.A: Материалы и системы Земли: Все земные процессы являются результатом потока энергии и круговорота материи внутри и между системами планеты. Эта энергия поступает от Солнца и горячих недр Земли. Текущая энергия и круговорот материи вызывают химические и физические изменения в материалах и живых организмах Земли. (MS-ESS2-1)

ESS2.C: Роль воды в процессах на поверхности Земли: Вода непрерывно циркулирует между сушей, океаном и атмосферой посредством испарения, испарения, конденсации и кристаллизации, а также осадков, а также нисходящих потоков на суше. (MS-ESS2-4) ▪ Глобальные движения воды и изменения ее формы вызываются солнечным светом и гравитацией. (MS-ESS2-4)

ESS3.A: Природные ресурсы: Многие ресурсы человека зависят от суши, океана, атмосферы и биосферы Земли. Минеральные ресурсы, пресная вода и биосферные ресурсы ограничены, и многие из них не подлежат возобновлению или замене в течение жизни человека.Эти ресурсы распределены по планете неравномерно в результате геологических процессов в прошлом. (MS-ESS3-1)

ESS2.D: Погода и климат: Погода и климат подвержены влиянию взаимодействий с участием солнечного света, океана, атмосферы, льда, форм рельефа и живых существ. Эти взаимодействия различаются в зависимости от широты, высоты, а также местной и региональной географии, и все это может повлиять на характер океанических и атмосферных потоков. (MS-ESS2-6) Океан оказывает большое влияние на погоду и климат, поглощая энергию Солнца, высвобождая ее с течением времени и глобально перераспределяя ее через океанические течения.(MS-ESS2-6)

Crosscutting Concepts

Стабильность и изменение: Большая часть науки занимается построением объяснений того, как вещи меняются и как они остаются стабильными. (HS-ESS2-7)

Большие идеи: Все живое нуждается в воде. Вода имеет решающее значение для функционирования клеток, химических реакций и терморегуляции. В твердом состоянии вода менее плотная и остается в том же состоянии в широком диапазоне температур. Он распространен на Земле и является связующим звеном между всеми живыми существами.Воду находили и в других местах за пределами Земли, например, на Марсе и в метеоритах. Поскольку вода настолько универсальна, астробиологи ищут воду на поверхности и в атмосфере экзопланет как показатель того, что планета может поддерживать жизнь. Понимание химического состава воды важно для понимания того, как устроена жизнь.

Границы: В этом классе ученики изучают свойства воды и ее влияние на земные материалы и поверхностные процессы, включая химические исследования, такие как химическое выветривание и перекристаллизация.(HS-ESS2-5)

5-12 Astrobiology Graphic History. Выпуск 5: Астробиология и Земля. Эти графические книги по астробиологии изобретательно и искусно созданы, чтобы рассказывать историю астробиологии совершенно по-новому. Полная серия иллюстрирует основу астробиологии от экстремофилов до исследований внутри и за пределами Солнечной системы. В этом выпуске объясняется, как астробиологи исследуют аналоговую среду на Земле, чтобы лучше понять среду, которая может поддерживать жизнь в других мирах, таких как Марс.Изучение Земли — ключ к пониманию потенциала жизни во Вселенной. НАСА. https://astrobiology.nasa.gov/resources/graphic-histories/

6-12 Big Picture Science: Rife with Life. «Следуй по воде» — это мантра тех, кто ищет жизнь за пределами Земли. Где вода, там может быть жизнь. Этот подкаст представляет собой тур по водным телам солнечной системы, многообещающим для биологии: Европе, Энцеладу, Марсу и Титану. Ученый SETI Сет Шостак ведет это радио-шоу на различные темы в области науки, космологии, физики, астрономии и астробиологии.Шостак берет интервью у экспертов и объясняет важные открытия и концепции, в том числе в своих еженедельных 50-минутных шоу. http://www.bigpicturescience.org/episodes/Rife_with_Life и http://www.bigpicturescience.org/Astrobiology_Index

6-12 Astrobiology Math. Этот сборник математических задач дает подлинное представление о современной астробиологии, науке и инженерных проблемах, часто с привлечением реальных исследовательских данных. Студенты изучают концепции астробиологии с помощью расчетов. Соответствующие темы включают лед или воду? (стр. 49) и Лед к воде… Сила небольшого тепла! (стр. 51).НАСА. https://www.nasa.gov/pdf/637832main_Astrobiology_Math.pdf

6-12 (3-5 адаптируется) Project Spectra! — Дизайнер планет: Келвин Клаим. Эти уроки (17) посвящены тому, как свет используется для исследования Солнечной системы. На уроке (60 минут) «Planet Designer: Kelvin Climb» учащиеся создают планету с помощью компьютерной игры и изменяют характеристики планеты, чтобы повысить или понизить ее температуру. Студенты исследуют некоторые из тех же принципов, которые используют ученые, чтобы определить, насколько вероятно, что планета будет поддерживать текущую воду, критически важный ингредиент для жизни, какой мы ее знаем.Использование компьютерного моделирования — мощный инструмент для поиска жизни и условий жизни в Солнечной системе и за ее пределами. Университет Колорадо, Боулдер / НАСА. http://lasp.colorado.edu/home/wp-content/uploads/2013/06/KelvinClimb_teacher_20130617.pdf

6-12 (3-5 адаптируется) Project Spectra! Дизайнер планет: Retro Planet Red. Эти уроки (17) посвящены тому, как свет используется для исследования Солнечной системы. В уроке (60 минут) «Planet Designer: Retro Planet Red» учащиеся узнают о прошлом и настоящем Марса, прежде чем исследовать давление и парниковую силу, необходимые для того, чтобы Марс имел водную поверхность, как это было в прошлом.Вода — ключевой ингредиент жизни. Университет Колорадо, Боулдер / НАСА. http://lasp.colorado.edu/home/wp-content/uploads/2013/06/Retro_Planet_Red_teacher_20130617.pdf

8-10 Космическая математика Задача 275: Вода на Луне! Студенты оценивают количество воды на Луне с использованием данных Deep Impact / EPOXI и эксперимента NASA Moon Mineralogy Mapper на космическом корабле Chandrayaan-1. [Темы: геометрия, сферические объемы и площади поверхности, научные обозначения] https: // spacemath.gsfc.nasa.gov/moon/6Page11.pdf

8-10 SpaceMath Problem 264: Вода на планетных поверхностях. Студенты работают с ваттами и джоулями, чтобы изучить тающий лед. [Темы: преобразование единиц измерения, коэффициенты] https://spacemath.gsfc.nasa.gov/astrob/Astro3.pdf

8-10 Космическая математика Задача 121: Лед на Меркурии? С 1990-х годов радиоастрономы нанесли на карту Меркурий. Выдающимся любопытством является то, что в полярных регионах некоторые кратеры, по-видимому, имеют «аномальную отражательную способность» в затененных областях этих кратеров.Одна из интерпретаций заключается в том, что это вызвано подземным льдом. Космический корабль MESSENGER надеется изучить этот вопрос в ближайшие несколько лет. В этом упражнении учащиеся измеряют площади поверхности этих потенциальных ледяных отложений и вычисляют объем воды, который они подразумевают. [Темы: площадь круга; объем, плотность, преобразование единиц] https://spacemath.gsfc.nasa.gov/planets/4Page23.pdf

9-12 Задача космической математики 338: Астероиды и лед. Ученики вычисляют, сколько льда может присутствовать на астероиде 24-Фемида на основе недавних открытий НАСА [Темы: масса = плотность x объем; объем сферической оболочки] https: // spacemath.gsfc.nasa.gov/astrob/6Page154.pdf

9-12 Космическая математика Задача 287: LCROSS видит воду на Луне. Учащиеся используют информацию о шлейфе, созданном ударным элементом LCROSS, для оценки (нижнего предела) концентрации воды в лунном реголите в затененном кратере. [Темы: геометрия; объемы; масса = плотность x объем] https://spacemath.gsfc.nasa.gov/moon/6Page66.pdf

Каковы требования к жизни, чтобы возникнуть и выжить?

Chemistry

Многие астробиологи полагают, что если мы найдем живые организмы на других планетах в нашей солнечной системе и в других местах Вселенной, они станут для нас живыми.Они считают, что свойства углерода, которые позволили ему стать основой всей жизни на Земле, уникальны для этого атома. Разнообразие типов химических связей, которые может образовывать углерод, делает его основой сложных цепочек различных молекул. Похоже, что ни один другой атом не может сделать это аналогичным образом. Даже кремний, который имеет такое же количество валентных электронов, как углерод, не может образовывать такое же множество молекул, как углерод. Однако это не означает, что вся жизнь обязательно будет основана на ДНК и клетках, как на Земле.

Вода — еще одно весьма вероятное требование для возникновения жизни. Любая жизнь, основанная на молекулах, почти наверняка требует какого-то жидкого растворителя, чтобы перемещать их. Хотя химические реакции могут происходить в газах и твердых телах, они гораздо менее идеальны, чем жидкости. Газофазные реакции происходят только с молекулами, которые достаточно летучие, чтобы присутствовать в газе в больших количествах. Реакции могут протекать в твердых телах, но происходят очень медленно. Оба эти ограничения повышают вероятность развития жизни в жидкости, как это действительно происходит на Земле.

Вода обладает множеством уникальных физических и химических свойств, благодаря которым она хорошо подходит для поддержания сложных химических процессов, необходимых для жизни. Расширение при замерзании предотвращает замерзание океанов и озер на Земле. Вода может легко растворять многие вещества, а также обладает высокой теплоемкостью, а это означает, что требуется много энергии, чтобы заставить воду изменить температуру. Это свойство воды придает Земле относительно умеренный климат.

Вода также является второй по распространенности молекулой во Вселенной (после h3).Во Вселенной естественным образом существуют другие жидкости, но не в том виде, в каком изобилует вода. Большинство этих жидкостей не обладают многими другими ключевыми свойствами воды, которые делают их пригодными в качестве основы для жизни.

Обитаемая зона

Многие астробиологи считают, что для того, чтобы жизнь могла возникнуть и выжить, она должна быть найдена на планете или луне в пределах обитаемой зоны звезды. Жилая зона относится к области вокруг звезды, в которой жидкая вода может образовываться и оставаться жидкой.Размер звезды тоже важен. Звезды, которые намного больше Солнца, имеют такое короткое время жизни, что маловероятно, что у них будет достаточно времени для развития любого вида жизни, особенно сложной жизни.

На приведенной ниже диаграмме из Википедии сравнивается обитаемая зона Солнца и гораздо меньшей звезды, Gliese 581. Чем больше и ярче звезда, тем дальше должны вращаться ее планеты, чтобы оказаться в обитаемой зоне.

Планеты в обитаемой зоне малых звезд могут все еще быть непригодными для жизни, потому что эти планеты находятся так близко к своей звезде, что они заблокированы приливом.Это означает, что гравитационное притяжение, удерживающее их на орбите вокруг звезды, заставило планету всегда иметь одну сторону планеты, обращенную к звезде, а другую — в противоположную сторону. Это, скорее всего, приведет к тому, что сторона, обращенная к звезде, будет слишком горячей для существования жидкой воды, а другая сторона будет слишком холодной.

Наше Солнце кажется подходящим по размеру для развития жизни. Она достаточно мала, чтобы иметь долгую жизнь, но достаточно велика, чтобы планета могла существовать в обитаемой зоне и поддерживать быстрое вращение при движении по орбите.

Недавние открытия некоторых спутников Юпитера заставили некоторых ученых задуматься о расширении определения обитаемой зоны. Сильное гравитационное притяжение, вызванное большими планетами и приливными взаимодействиями между вращающимися лунами, может производить достаточно энергии, чтобы нагреть ядра этих лун. При определенных обстоятельствах этой энергии может быть достаточно, чтобы хотя бы части Луны оставались достаточно теплыми, чтобы поддерживать жидкую воду, даже если Луна находилась слишком далеко от звезды, чтобы находиться в обитаемой зоне, созданной звездой.

У Млечного Пути есть своя зона обитания. В центре Млечного Пути гораздо больше звезд, чем во внешних областях. Взрывы близких сверхновых происходят гораздо чаще, и радиация стерилизует любые планеты с жизнью в этом регионе. Звезды, расположенные очень близко к центру галактики, будут получать интенсивное рентгеновское излучение от сверхмассивной черной дыры в центре галактики, и маловероятно, что жизнь сможет развиваться в такой среде.

Звезды, расположенные ближе к краю галактики Млечный Путь, обычно являются звездами населения II.У этих очень старых звезд очень мало тяжелых элементов, поэтому у этих звезд с меньшей вероятностью будут планеты и сложный химический состав, необходимый для жизни.

Кроме того, нам повезло, что наша звезда продолжает оставаться в обитаемой зоне, как это было на протяжении миллиардов лет. Многие звезды на галактической орбите имеют более эксцентричные орбиты, поэтому, хотя они могут время от времени пересекать обитаемую зону, они, вероятно, не остаются достаточно долго, чтобы жизнь могла возникнуть и выжить в долгосрочной перспективе.

Зеленая полоса на этом изображении, сделанном НАСА / Калтехом, показывает галактический обитаемый зоме, который часто описывается как кольцо в 4–10 кпк от центра галактики.

Очистка Солнечной системы

Другой ключевой ингредиент в формировании жизни, похоже, связан с большой планетой, такой как Юпитер, в планетной системе. Поскольку Юпитер намного массивнее всех других планет, он привлекает множество астероидов, комет и других объектов, которые путешествуют в пределах Солнечной системы. Это важно, потому что в противном случае некоторые из этих объектов в конечном итоге врезались бы в Землю, как это было со многими на самом раннем этапе формирования Солнечной системы.Гравитация Юпитера вместе с атмосферой Земли в совокупности защищает Землю от множества ударов, которые наверняка бы стерилизовали Землю много раз.

Тектоника плит

В отличие от Венеры и Марса, земная кора постоянно подвергается переработке. Это предохраняет уровень углекислого газа в атмосфере от слишком высокого или слишком низкого. Если уровни становятся слишком высокими (как на Венере), они действуют как парниковый газ, и планета становится слишком горячей. Жидкая вода испаряется, и поверхность планеты высыхает.Если уровни становятся слишком низкими, планета остывает и начинается ледниковый период. Это происходило несколько раз в истории Земли, но каждый раз из-за движения пластин и продолжающейся рециркуляции углерода в горных породах углерод выбрасывался в атмосферу, в конечном итоге повышая уровень углекислого газа и позволяя планете снова нагреваться. . Без этого углеродного цикла планеты, похоже, не смогут поддерживать климатический баланс, необходимый для поддержания жизни.

Вот почему вода необходима для жизни на Земле.

Вода, и особенно жидкая вода, считается настолько важной для создания и поддержания жизни, что немногие ученые допускают возможность существования жизни в мирах без нее.Поиск внеземной жизни такими организациями, как НАСА, часто сводится к одной простой стратегии: «следовать по воде».

Так почему вода так важна? Что ж, есть несколько причин, но все они зависят от уникальных химических свойств воды. Химическое вещество, известное как H ₂ 0, представляет собой простую молекулу, состоящую из двух небольших положительно заряженных атомов водорода и одного большого отрицательно заряженного атома кислорода. Это придает каждой молекуле и самому веществу то, что называется «полярностью».

Противоположные заряды означают, что разные части близлежащих молекул воды прилипают друг к другу, но это также означает, что вода взаимодействует с заряженными элементами других молекул, часто помогая разбивать их и растворять.

Чтобы тысячи химических реакций, происходящих в наших клетках, происходили быстро и эффективно, участвующие в них молекулы должны иметь возможность свободно смешиваться — они должны во чем-то растворяться. Вода настолько хорошо растворяет вещества, что известна как «универсальный растворитель».Хотя другие вещества обладают такой же растворяющей способностью, что и вода, они не обладают ее химической стабильностью и способностью нейтрализовать сильные кислоты и основания.

Полярность воды также помогает формированию тонких мембран, которые инкапсулируют все живые клетки. В воде специальные жиры, называемые липидами, выстраиваются в линию так, что их водолюбивые концы обращены наружу, а водоненавистные концы обращены внутрь, образуя непрерывную, но гибкую двухслойную пленку, похожую на внешнюю сторону мыльного пузыря. Эти липидные мембраны играют фундаментальную роль в сохранении всей сложности жизни в одном месте, создавая отдельные сущности, отдельные друг от друга и от окружающей их среды.

Полярность воды также помогает молекулам воды прилипать друг к другу, придавая воде еще одно полезное свойство, называемое сцеплением. Это означает, что вода будет втягиваться через очень тонкие трубки даже против силы тяжести, позволяя воде течь на сотни футов от земли к вершинам высоких деревьев. Удобно, что H ₂ 0 также помогает транспортировать питательные вещества, убирать отходы и оказывает давление для опоры конструкции.

Что-нибудь еще? Ах да: фотосинтез, процесс в растениях, который создает сахар из солнечного света и который создает пищу, которая питает всю пищевую цепочку планеты, требует, как вы уже догадались, воды.

На самом деле, существует столько причин, по которым вода имеет решающее значение для жизни, что ей посвящены целые книги.

Могут ли существовать странные формы жизни, не нуждающиеся в воде? Конечно — возможно, что жизнь на Земле настолько отличается от нашей, что мы даже не можем представить, как она работает. Но весьма вероятно, что если там есть жизнь, ей понадобится растворитель, чтобы смазывать химические процессы, которые создают энергию, движение и репликацию. И мы не знаем другого вещества, которое делает это наполовину так же хорошо, как вода.

Важность воды как поддерживающего основного вещества побудила лауреата Нобелевской премии биолога Альберта фон Сент-Дьерди описать ее как «матрицу, мать и среду» жизни, в то время как научный писатель и физик Филип Болл написал о биологии: «Вы могли бы быть простительно за заключение, что все дело в белках и генах, воплощенных в ДНК. Но это только форма стенографии; ведь биология на самом деле занимается взаимодействием таких молекул в воде и с водой ».

Подробнее:

Как первая жизнь на Земле пережила самую большую угрозу — воду

18 февраля следующего года космический корабль НАСА пролетит сквозь марсианскую атмосферу, запустит свои ретро-ракеты, чтобы остановить его падение, а затем спустит на поверхность шестиколесный вездеход под названием Perseverance.Если все пойдет по плану, миссия приземлится в кратере Джезеро, разломе шириной 45 километров недалеко от экватора планеты, в котором когда-то могло находиться озеро с жидкой водой.

Среди толпы землян, приветствующих Настойчивость, Джон Сазерленд будет уделять особенно пристальное внимание. Сазерленд, биохимик из лаборатории молекулярной биологии MRC в Кембридже, Великобритания, был одним из ученых, которые лоббировали НАСА посетить кратер Джезеро, потому что это соответствует его представлениям о том, где могла возникнуть жизнь — на Марсе и на Земле.

Выбор места посадки отражает сдвиг в представлениях о химических этапах, которые превратили несколько молекул в первые биологические клетки. Хотя многие ученые давно предполагают, что эти новаторские клетки возникли в океане, недавние исследования показывают, что ключевые молекулы жизни и ее основные процессы могут формироваться только в таких местах, как Джезеро — относительно неглубокий водоем, питаемый ручьями.

Это связано с тем, что несколько исследований показывают, что основные химические вещества жизни требуют для образования ультрафиолетового излучения солнечного света и что водная среда должна становиться высококонцентрированной или даже полностью высыхать.В лабораторных экспериментах Сазерленд и другие ученые получили ДНК, белки и другие основные компоненты клеток, осторожно нагревая простые химические вещества на основе углерода, подвергая их УФ-излучению и периодически высушивая. Химики еще не смогли синтезировать такой широкий спектр биологических молекул в условиях, имитирующих морскую воду.

Новые данные побудили многих исследователей отказаться от идеи о зарождении жизни в океанах и вместо этого сосредоточить внимание на суше, в местах, которые были то влажными, то сухими.Этот сдвиг вряд ли можно назвать единодушным, но ученые, поддерживающие идею земного начала, говорят, что он предлагает решение давно признанного парадокса: хотя вода необходима для жизни, она также разрушительна для основных компонентов жизни.

Поверхностные озера и лужи очень многообещающие, говорит Дэвид Кэтлинг, планетолог из Вашингтонского университета в Сиэтле. «За последние 15 лет проделана большая работа в поддержку этого направления».

Первородный суп

Хотя стандартного определения жизни не существует, большинство исследователей сходятся во мнении, что для этого нужно несколько компонентов.Один из них — это молекулы, несущие информацию — ДНК, РНК или что-то еще. Должен был существовать способ скопировать эти молекулярные инструкции, хотя этот процесс был бы несовершенным, чтобы допустить ошибки, семена эволюционных изменений. Более того, первые организмы должны были иметь способ питаться и поддерживать себя, возможно, с помощью ферментов на основе белков. Наконец, что-то скрепляло эти разрозненные части вместе, отделяя их от окружающей среды.

Когда в 1950-х годах начались всерьез лабораторные исследования происхождения жизни, многие исследователи предположили, что жизнь зародилась в море, с богатой смесью углеродных химикатов, получивших название «изначальный суп».

Эта идея была независимо предложена в 1920-х годах биохимиком Александром Опариным в тогдашнем Советском Союзе и генетиком Дж. Б. С. Холдейном в Соединенном Королевстве. Каждый представлял молодую Землю как огромную химическую фабрику с множеством углеродных химикатов, растворенных в водах ранних океанов. Опарин рассуждал, что образуются все более сложные частицы, кульминацией которых являются углеводы и белки: то, что он назвал «основой жизни».

В 1953 году молодой исследователь по имени Стэнли Миллер из Чикагского университета в Иллинойсе описал теперь известный эксперимент, который, как считалось, подтвердил эти идеи ¹ .Он использовал стеклянную колбу с водой, чтобы имитировать океан, и другую колбу, содержащую метан, аммиак и водород, чтобы имитировать раннюю атмосферу. Колбы соединяли трубки, а электрод моделировал молнию. Несколько дней нагревания и поражения электрическим током было достаточно, чтобы образовался глицин, простейшая аминокислота и важный компонент белков. Это подсказало многим исследователям, что жизнь возникла у поверхности океана.

В экспериментах 1950-х годов Стэнли Миллер создал аминокислоты из простых строительных блоков.Предоставлено: Bettmann / Getty

.

Но многие ученые сегодня говорят, что у этой идеи есть фундаментальная проблема: молекулы краеугольного камня жизни распадаются в воде. Это связано с тем, что белки и нуклеиновые кислоты, такие как ДНК и РНК, уязвимы в своих суставах. Белки состоят из цепочек аминокислот, а нуклеиновые кислоты — из цепочек нуклеотидов. Если цепи помещены в воду, она атакует звенья и в конечном итоге их ломает. В химии углерода «вода — враг, который следует исключать как можно строже», — писал покойный биохимик Роберт Шапиро в своей тотемной книге 1986 года Origins , в которой критиковалась гипотеза первобытного океана ² .

Это водный парадокс. Сегодня клетки решают эту проблему, ограничивая свободное движение воды в их внутренностях, говорит биолог-синтетик Кейт Адамала из Университета Миннесоты в Миннеаполисе. По этой причине популярные изображения цитоплазмы — вещества внутри клетки — часто ошибочны. «Нас учат, что цитоплазма — это просто мешок, в котором все держится, и все вокруг плавает», — добавляет она. «Это неправда, все невероятно скаффинировано в клетках, и это скаффинировано в геле, а не в мешке с водой.

Если живые существа контролируют воду, то, по мнению многих исследователей, вывод очевиден. Вероятно, жизнь сформировалась на суше, где вода присутствовала лишь периодически.

Сухопутный старт

Некоторые из ключевых доказательств в пользу этой идеи появились в 2009 году, когда Сазерленд объявил, что он и его команда успешно создали два из четырех нуклеотидов, составляющих РНК ³ . Они начали с фосфата и четырех простых углеродных химикатов, в том числе цианидной соли цианамида.Химические вещества были растворены в воде повсюду, но они были высококонцентрированными, и для критических шагов требовалось УФ-излучение. По его словам, такие реакции не могут происходить глубоко в океане — только в небольшом бассейне или ручье, подверженном воздействию солнечного света, где могут быть сконцентрированы химические вещества.

Группа Сазерленда с тех пор показала, что одни и те же стартовые химические вещества, если к ним относиться несколько иначе, могут также производить прекурсоры белков и липидов ⁴ . Исследователи предполагают, что эти реакции могли иметь место, если вода, содержащая соли цианида, была высушена Солнцем, оставив слой сухих, связанных с цианидом химических веществ, который затем нагрелся, скажем, из-за геотермальной активности.В прошлом году его команда произвела строительные блоки ДНК — что раньше считалось невероятным — используя энергию солнечного света и некоторые из тех же химических веществ в высоких концентрациях ⁵ .

Этот подход был расширен биохимиком Мораном Френкель-Пинтер из Центра химической эволюции NSF – NASA в Атланте, штат Джорджия, и ее коллегами. В прошлом году они показали, что аминокислоты спонтанно соединяются, образуя протеиноподобные цепи, если они высыхают. ⁶ .И такая реакция была более вероятна с 20 аминокислотами, обнаруженными в белках сегодня, по сравнению с другими аминокислотами. Это означает, что периодическая сушка может помочь объяснить, почему жизнь использует только эти аминокислоты из сотен возможных. «Мы увидели отбор на сегодняшние аминокислоты», — говорит Френкель-Пинтер.

Влажное и сухое

Периодическое высыхание также может помочь заставить эти молекулярные строительные блоки собираться в более сложные, похожие на жизнь структуры.

Классический эксперимент в этом направлении был опубликован в 1982 году исследователями Дэвидом Димером и Гейл Барчфельд, затем в Калифорнийском университете, Дэвис ⁷ . Их цель состояла в том, чтобы изучить, как липиды, другой класс длинноцепочечных молекул, самоорганизуются с образованием мембран, окружающих клетки. Сначала они создали пузырьки: сферические капли с водянистой сердцевиной, окруженные двумя липидными слоями. Затем исследователи высушили везикулы, и липиды реорганизовались в многослойную структуру, похожую на стопку блинов.Нити ДНК, ранее плавающие в воде, оказались зажаты между слоями. Когда исследователи снова добавили воду, везикулы преобразовались — с ДНК внутри них. Это был шаг к простой камере.

Один из сценариев происхождения жизни предполагает, что она зародилась вокруг отверстий на морском дне, извергающих горячие щелочные воды, таких как образование «Затерянный город» в Атлантическом океане Фото: любезно предоставлено Д. Келли и М. Эленд / Университетом Вашингтон

«Эти циклы« влажный – сухой »есть повсюду», — говорит Димер, который сейчас работает в Калифорнийском университете в Санта-Круз.«Это так же просто, как дождевая вода, испаряющаяся на мокрых камнях». Но когда они применяются к биологическим химическим веществам, таким как липиды, по его словам, происходят замечательные вещи.

В исследовании 2008 года Димер и его команда смешали нуклеотиды и липиды с водой, а затем подвергли их циклам «влажный-сухой». Когда липиды образовывали слои, нуклеотиды соединялись в РНК-подобные цепи — реакция, которая не могла бы произойти в воде без посторонней помощи ⁸ .

Другие исследования указывают на другой фактор, который, кажется, является ключевой частью происхождения жизни: свет.Это один из выводов команды синтетического биолога Джека Шостака из Массачусетской больницы общего профиля в Бостоне, которая работает с «протоклетками» — простыми версиями клеток, которые содержат небольшое количество химических веществ, но могут расти, конкурировать и воспроизводиться сами. Протоклетки демонстрируют более реалистичное поведение, если они находятся в условиях, аналогичных условиям на суше. Одно исследование, в котором Адамала был соавтором, обнаружило, что протоклетки могут использовать энергию света для деления в простой форме воспроизведения ⁹ .Точно так же Клаудиа Бонфио, которая сейчас также работает в Лаборатории молекулярной биологии MRC, и ее коллеги показали в 2017 году, что УФ-излучение стимулирует синтез кластеров железо-сера ¹⁰ , которые имеют решающее значение для многих белков. К ним относятся те, которые находятся в цепи переноса электронов, которая помогает питать все живые клетки, стимулируя синтез молекулы хранения энергии АТФ. Кластеры железо-сера распадались бы на части, если бы их подвергали воздействию воды, но команда Бонфио обнаружила, что они были более стабильными, если бы кластеры были окружены простыми пептидами длиной 3–12 аминокислот.

Вода, но не слишком много

Такие исследования дали толчок идее о том, что жизнь зародилась на хорошо освещенной поверхности с ограниченным количеством воды. Однако до сих пор ведутся споры о том, сколько воды было задействовано и какую роль она сыграла в зарождении жизни.

Как и Димер, Френкель-Пинтер утверждает, что циклы «влажный – сухой» имели решающее значение. По ее словам, сухие условия предоставили возможность для образования цепных молекул, таких как белки и РНК.

Но просто создание РНК и других молекул — это не жизнь.Должна сформироваться самоподдерживающаяся динамическая система. Френкель-Пинтер предполагает, что разрушительная сила воды могла способствовать этому. Подобно тому, как животные-жертвы эволюционировали, чтобы бегать быстрее или выделять токсины, чтобы выжить от хищников, первые биологические молекулы могли развиться, чтобы справляться с химическими атаками воды — и даже навсегда использовать ее реактивность.

В исследовании, проведенном на горячих источниках Hell’s Gate недалеко от Роторуа, Новая Зеландия, образцы из гидротермальных бассейнов прошли циклы сушки и повторного увлажнения, что способствовало химическим реакциям, в результате которых образовывались РНК-подобные молекулы.Кредит: Westend61 / Getty

.

В этом году команда Френкель-Пинтер продолжила свое предыдущее исследование ⁶ , показавшее, что сушка вызывает спонтанное связывание аминокислот. Команда обнаружила, что их протопротеины могут взаимодействовать с РНК, и оба они стали более стабильными в воде в результате ¹¹ . Фактически, вода действовала как давление отбора: продолжались только те комбинации молекул, которые могли выжить в воде, потому что остальные были бы разрушены.

Идея состоит в том, что с каждым циклом смачивания более слабые молекулы или те, которые не могли защитить себя, связываясь с другими, разрушались.Бонфио и ее команда продемонстрировали это в исследовании ¹² , проведенном в этом году, в котором они попытались преобразовать простые жирные кислоты в более сложные липиды, напоминающие те, которые содержатся в современных клеточных мембранах. Исследователи создали смеси липидов и обнаружили, что простые из них разрушаются водой, а более крупные и сложные накапливаются. «В какой-то момент у вас будет достаточно этих липидов, чтобы они образовали мембраны», — говорит она. Другими словами, может быть количество воды Златовласки: не столько, чтобы биологические молекулы разрушались слишком быстро, но не настолько, чтобы ничего не изменилось.

Теплые водоемы

Где все это могло произойти? По этому вопросу существует разделение поколений в этой области. Многие старшие исследователи придерживаются того или иного сценария, тогда как молодые исследователи часто утверждают, что вопрос широко открыт.

Открытый океан нежизнеспособен, говорит Френкель-Пинтер, потому что химические вещества не могут концентрироваться. «Это действительно проблема, — соглашается Бонфио.

Альтернативная морская идея отстаивалась с 1980-х годов геологом Майклом Расселом, независимым исследователем, ранее работавшим в Лаборатории реактивного движения в Пасадене, Калифорния.Рассел утверждает, что жизнь зародилась в отверстиях на морском дне, где теплая щелочная вода просачивается из геологических образований внизу. Взаимодействие между теплой водой и камнями дало бы химическую энергию, которая сначала запустила бы простые метаболические циклы, которые позже начнут производить и использовать химические вещества, такие как РНК.

Рассел критически относится к подходу Сазерленда. «Он занимается всей этой фантастической химией», — говорит он, но для Рассела все это не имеет отношения к делу. Это потому, что современные организмы используют совершенно другие химические процессы для создания таких веществ, как РНК.Он утверждает, что сначала должны были возникнуть эти процессы, а не сами вещества. «Жизнь подбирает очень специфические молекулы. Но вы не можете забрать их со скамейки запасных. Их нужно создавать с нуля, и этим занимается жизнь ».

Сазерленд считает, что как только РНК, белки и т. Д. Сформировались, эволюция взяла бы верх и дала возможность протоорганизмам найти новые способы создания этих молекул и, таким образом, поддерживать себя.

Между тем, многие исследователи скептически относятся к гипотезе Рассела о щелочной вентиляции, утверждая, что ей не хватает экспериментальной поддержки.

Напротив, химические эксперименты, моделирующие состояние поверхности, сделали строительными блоками нуклеиновые кислоты, белки и липиды. «Ничего подобного не существует в гипотезе глубоководных гидротермальных источников. Этого просто не было сделано, и, возможно, потому, что это невозможно сделать », — говорит Кэтлинг.

Френкель-Пинтер также критически относится к идее вентиляции, потому что молекулы, с которыми она работает, в таких условиях долго не выживают. «Образование этих протопептидов не очень совместимо с гидротермальными жерлами», — говорит Френкель-Пинтер.

Возможное решение было предложено в мае геохимиком Мартиной Прейнер, доктором Университета Дюссельдорфа в Германии, и ее коллегами. Она утверждает, что в породах под гидротермальными жерлами тепло и химические реакции связывают молекулы воды или разрушают их, создавая сухие пространства ¹³ . «Взаимодействие породы и воды в определенной степени позволяет избавиться от воды», — говорит она. Время от времени в воду просачивалось больше морской воды, что давало «что-то вроде чередования мокрых и сухих вод».Это должно сделать глубоководные породы более подходящими для образования ключевых молекул, утверждает Прейнер, хотя она признает, что это все еще гипотеза. «Конечно, вам все равно придется провести соответствующие эксперименты, чтобы доказать, что это может вызывать определенные реакции».

Однако в настоящее время таких доказательств не существует. Между тем, экспериментальная поддержка идеи о том, что жизнь зародилась в небольших водоемах на суше, растет.

Сазерленд предпочитает кратер от удара метеорита, нагретый Солнцем и остаточной энергией удара, с множественными потоками воды, стекающими по наклонным сторонам и, наконец, встречающимися в бассейне на дне.Это была бы сложная трехмерная среда с минеральными поверхностями, действующими как катализаторы, где химические вещества на основе углерода могли попеременно растворяться в воде и высыхать на Солнце. «С некоторой степенью уверенности можно сказать, что нам нужно быть на поверхности, мы не можем находиться глубоко в океане или на 10 километров в земной коре», — говорит Сазерленд. «Тогда нам нужен фосфат, нам нужно железо. Многие из этих вещей очень легко доставляются железно-никелевыми метеоритами ». Сценарий удара имеет еще одно преимущество: удары метеорита сотрясают атмосферу с образованием цианида, говорит Сазерленд.

Димер давно выступает за другое предложение: вулканические горячие источники. В исследовании, проведенном в этом году, он и его коллега Брюс Дамер утверждали, что липиды образовывали протоклетки в горячей воде ¹⁴ , как показали его более ранние эксперименты. Циклы влажного и сухого на краях пулов должны были стимулировать образование и копирование нуклеиновых кислот, таких как РНК.

Димер провел несколько экспериментов на современных вулканических горячих источниках, чтобы проверить свои идеи. В 2018 году его команда показала, что везикулы могут образовываться в воде горячего источника ¹⁵ и даже содержать нуклеиновые кислоты, но не образуются в морской воде.Последующее исследование, проведенное в прошлом году, показало, что при сушке полученных везикул нуклеотиды соединяются, образуя РНК-подобные нити ¹⁶ .

Марсоход НАСА Perseverance будет искать признаки жизни в кратере Езеро на Марсе Фото: ESA / FU-Berlin

Чтобы сузить место, где зародилась жизнь, потребуется понимание более широкой картины химии пребиотиков: как многие реакции сочетаются друг с другом и в каких условиях они протекают. Эту гигантскую задачу предприняла группа во главе с химиком Сарой Шимкуч, президентом новой фирмы Allchemy в Хайленде, штат Индиана.В сентябре команда опубликовала комплексное исследование, в котором использовался компьютерный алгоритм для изучения того, как обширная сеть известных пребиотических реакций могла произвести многие из биологических молекул, используемых сегодня в жизни ¹⁷ .

Сеть была очень избыточной, поэтому ключевые биологические соединения могли образовываться, даже если несколько реакций были заблокированы. По этой причине Шимкуч утверждает, что еще слишком рано исключать какой-либо из сценариев возникновения жизни. Это потребует систематического тестирования ряда различных сред, чтобы увидеть, какие реакции и где происходят.

Beyond Earth

Если эксперименты, подобные эксперименту Сазерленда, действительно указывают путь к тому, как зародилась жизнь на Земле, они также могут помочь исследовать, где жизнь могла зародиться в другом месте космоса.

Марс привлек наибольшее внимание, потому что есть явные свидетельства того, что когда-то на его поверхности была жидкая вода. Место посадки марсохода НАСА Perseverance, кратер Джезеро, было выбрано отчасти потому, что он, кажется, когда-то был озером — и мог вместить химические вещества, изученные Сазерлендом.Он помог написать презентацию для НАСА в 2018 году под руководством Кэтлинга, в которой резюмированы результаты химии пребиотиков и даны рекомендации относительно того, где следует искать Perseverance. «Мы представили эту химию и сказали, что этот кратер Джезеро, который они в конечном итоге выбрали, является тем местом, где существует наибольшая вероятность того, что эта химия разыграется», — говорит Сазерленд.

Пройдет два месяца до того, как «Персеверанс» достигнет Марса — и за годы до того, как собранные им образцы будут возвращены на Землю в ходе еще не названной будущей миссии.Итак, нам предстоит еще долгое ожидание, прежде чем мы узнаем, есть ли на Марсе жизнь или она существовала миллиарды лет назад. Но даже если бы этого не произошло, это могло бы выявить следы пребиотической химии.

В лучшем случае, говорит Кэтлинг, «Персеверанс» находит сложные углеродные молекулы в слоях марсианских отложений, таких как липиды или белки, или их разложившиеся остатки. Он также надеется на свидетельства циклов «влажный – сухой». Это может происходить в виде карбонатных слоев, которые образовывались, когда озеро высыхало и наполнялось много раз.Он подозревает, что «жизнь на Марсе не зашла особенно далеко», потому что мы не видели никаких явных ее признаков, таких как чистые окаменелости или богатые углеродом черные сланцы. «То, что мы ищем, довольно просто, может быть, даже до степени пребиотика, а не самих клеток».

Возможно, Марс сделал только несколько первых химических шагов к жизни, а не до конца. В этом случае мы можем найти окаменелости — не жизни, а еще до жизни.

6 Почему вода? К более экзотическим местам обитания | Пределы органической жизни в планетных системах

18 Рикардо, А., Карриган, М.А., Олкотт, А.Н., и Беннер, С.А. 2004. Боратные минералы стабилизируют рибозу. Наука 303: 196.

19 Schoffstall, A.M. 1976. Пребиотическое фосфорилирование нуклеозидов в формамид. Истоки Жизни Эволюция. Biosph. 7: 399-412.

20 Schoffstall, A.M., Barto, R.J., and Ramo, D.L. 1982. Фосфорилирование нуклеозидов и дезоксинуклеозидов в растворах формамида. Истоки Life Evol. Biosph. 12: 143-151.

21 Schoffstall, A.М., Лян, Э. М. 1985. Механизмы фосфорилирования в химической эволюции. Истоки Жизни Эволюция. Biosph. 15: 141-150.

22 Саган К., Томпсон В. Р. и Кхаре Б. Н. 1992. Титан: лаборатория пребиологической органической химии. В соотв. Chem. Res. 25: 286-292.

23 Tawfik, D.S., и Griffiths, A.D. 1998. Искусственные клеточные компартменты для молекулярной эволюции. Нат. Biotechnol. 16: 652-656.

24 West, R.A. 1999. Атмосферы планет-гигантов. Энциклопедия Солнечной системы. Academic Press, Нью-Йорк.

25 Саган К. и Солпитер Э. Э. 1976. Частицы, окружающая среда и возможные экологические факторы в атмосфере Юпитера. Astrophys. J. 32: 737-755.

26 Bains, W. 2004. Многие химические вещества можно использовать для создания живых систем. Astrobiol. 4 (2): 137-167.

27 Робертсон, У.В., и Рейнольдс, Р. 1958. Влияние гидростатического давления на интенсивность синглет-триплетного перехода 1-хлорнафталина в этилиодид. J. Chem. Phys. 29: 138-141.

28 Кинг, А. Д., мл., И Робертсон, В. В. 1962. Растворимость нафталина в сжатых газах. J. Chem. Phys. 37: 1453-1455.

29 Bains, W. 2004. Многие химические вещества можно использовать для создания живых систем. Astrobiol. 4 (2): 137-167.

30 Рэндольф, Т.В., Бланч, Х.В., Праусниц, Дж. М., и Уилке, К. Р. 1985. Ферментативный катализ в сверхкритической жидкости. Biotechnol. Lett. 7: 325-328.

31 Хаммонд Д.А., Карел М., Клибанов А.М., Круконис В. 1985. Ферментативные реакции в сверхкритических газах. Заявл. Biochem. Biotechnol. 11: 393-400.

32 Накамура К., Чи Ю.М., Ямада Ю. и Яно Т. 1986. Липазная активность и стабильность в сверхкритическом диоксиде углерода. Chem. Англ. Commun. 45: 207-212.

33 Аалтонен О. и Рантакила М. 1991. Биокатализ в сверхкритическом CO ₂ . Chem. Tech. 21: 240-248.

34 Камат С.В., Бекман Э.Дж., Рассел А.Дж. 1995. Активность ферментов в сверхкритических жидкостях. Крит. Rev. Biotechnol. 15: 41-71.

35 Аалтонен, О. 1999. Ферментативный биокатализ. Стр. 414-445 в Химический синтез с использованием сверхкритических жидкостей (П.Г. Джессоп и В. Лейтнер, ред.). Wiley-VCH, Нью-Йорк.

36 Аалтонен, О. 1999. Ферментативный биокатализ. Стр. 414-445 в Химический синтез с использованием сверхкритических жидкостей (П.Г. Джессоп и В.Лейтнер, ред.). Wiley-VCH, Нью-Йорк.

37 Рикард Д.Т. и Викман Ф.Э., ред. 1981. Химия и геохимия растворов при высоких температурах и давлениях: физика и Химия Земли, 13/14. Pergamon Press, Оксфорд.

38 Икусима Ю. и Араи М. 1999. Стехиометрические органические реакции. Стр. 259-279 в Химический синтез с использованием сверхкритических жидкостей (П.Г. Джессоп и В. Лейтнер, ред.). Wiley-VCH, Нью-Йорк.

39 Сэвидж, П.E. 1999. Органические химические реакции в сверхкритической воде. Chem. Ред. 99: 603-621.

40 Хуанг Б. и Уолш Дж. Дж. 1998. Механизм твердофазной полимеризации полиэтилентерефталата зависит от скорости потока газа и размера частиц. Полимер 39: 6991-6999.

41 Гольданский, В. 1996. Нетрадиционные механизмы твердофазных астрохимических реакций. Кинет. Катал. 37: 608-614.

42 Алламандола, Л.Дж., Хаджинс, Д.М. 2003. От межзвездных полициклических ароматических углеводородов и льда к астробиологии. Твердое тело Астрохимия, Наука НАТО, серия II: математика, физика и химия (под ред. В. Пирронелло и Дж. Креловски). Kluwer, Дордрехт.

жилая зона | астробиология | Британника

обитаемая зона , орбитальная область вокруг звезды, в которой планета земного типа может иметь жидкую воду на своей поверхности и, возможно, поддерживать жизнь.Жидкая вода необходима для всего живого на Земле, поэтому определение пригодной для жизни зоны основано на гипотезе, что внеземная жизнь будет разделять это требование. Это очень консервативное (но полезное для наблюдений) определение, поскольку температура поверхности планеты зависит не только от ее близости к своей звезде, но и от таких факторов, как парниковые газы в атмосфере, ее отражательная способность, а также ее атмосферная или океаническая циркуляция. Более того, внутренние источники энергии, такие как радиоактивный распад и приливное нагревание, могут нагреть поверхность планеты до точки плавления воды.Эти источники энергии могут также поддерживать подземные резервуары с жидкой водой, поэтому планета может содержать жизнь, не находясь в зоне обитаемости своей звезды. Земля, например, имеет процветающую подповерхностную биосферу, хотя и состоит почти исключительно из простых организмов, способных выжить в бедных кислородом средах. Спутник Юпитера Европа имеет жидкий водный океан в десятках километров под поверхностью, который вполне может быть обитаемым для некоторых организмов.

Было обнаружено около 40 планет, включая ближайшую внесолнечную планету, Проксиму Центавра b, и три планеты в системе TRAPPIST-1, которые имеют размер примерно с Землю и вращаются в пределах обитаемых зон своих звезд.Астрономы также использовали моделирование климата других внесолнечных планет, таких как Kepler-452b, чтобы определить, что у них может быть поверхностная вода при правильных климатических условиях.

Границы

Внутренняя граница обитаемой зоны — это место, где вода будет потеряна в результате неуправляемого парникового эффекта, при котором парниковые газы в атмосфере планеты будут улавливать поступающее инфракрасное излучение, что приведет к тому, что планета будет становиться все горячее и горячее, пока вода не выкипит. .Внешняя граница — это место, где такое парниковое потепление не сможет поддерживать температуру поверхности выше нуля где-либо на планете. Астрономы рассчитали протяженность обитаемой зоны для многих различных типов звезд. Например, в настоящее время, по оценкам, обитаемая зона Солнца составляет от 0,9 до 1,5 астрономических единиц (расстояние между Землей и Солнцем).

Авторская концепция спутника Кеплера, космического телескопа, предназначенного для поиска планет земного типа в обитаемых зонах звезд, подобных Солнцу.

Венди Стензель — миссия Кеплера / НАСА

Местоположение обитаемой зоны звезды зависит от ее яркости. Поскольку светимость звезды увеличивается со временем, как внутренние, так и внешние границы ее обитаемой зоны перемещаются наружу. Таким образом, планета, находящаяся в зоне обитания, когда звезда молодая, может впоследствии стать слишком горячей. Венера могла быть такой планетой; однако, поскольку он геологически активен, его нынешняя поверхность слишком молода, чтобы показать какие-либо доказательства того, что более мягкий климат мог существовать миллиарды лет назад.Другие планеты могут быть слишком холодными для существования жидкой воды, когда их звезда молодая, но могут быть достаточно нагретыми, чтобы иметь жидкую воду на их поверхности позже, когда яркость их звезды увеличится. Это может произойти с Марсом через несколько миллиардов лет. Таким образом, наиболее многообещающим регионом для обнаружения земной жизни будет «зона непрерывного обитания», где жидкая вода могла присутствовать с самого начала жизни звезды до нынешней эпохи. Постоянно обитаемая зона Солнца (с четырех миллиардов лет назад по настоящее время) составляет примерно от 0.От 9 до 1,2 астрономических единиц.

профиль атмосферы Венеры

Профиль средней и нижней атмосферы Венеры, полученный из измерений, выполненных атмосферными зондами миссии «Пионер Венера» и другими космическими аппаратами. Ниже 100 км (60 миль) температура поднимается сначала медленно, а затем быстрее с уменьшением высоты, значительно превышая температуру плавления свинца на поверхности. Напротив, ветер, который в верхней части средней атмосферы сравним по скорости с более мощными тропическими циклонами на Земле, резко замедляется до легкого бриза у поверхности.

Британская энциклопедия, Inc. Получите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту. Подпишитесь сейчас

Изменения в обитаемой зоне Солнца

На поверхности Земли большую часть последних четырех миллиардов лет находилась жидкая вода. Однако четыре миллиарда лет назад яркость Солнца была лишь примерно на 75 процентов от нынешней, и климатические модели предполагают, что Земля должна была замерзнуть при такой низкой солнечной светимости. Это очевидное несоответствие между теорией и наблюдениями известно как «проблема слабого молодого Солнца».Еще одна планета, к которой может относиться проблема слабого молодого Солнца, — это Марс. На этой планете в самых старых областях поверхности есть признаки проточной воды, а в более молодых — нет, что говорит о том, что Марс имел более теплую и плотную атмосферу в прошлом, когда Солнце было менее ярким, чем сейчас, когда Солнце ярче. . Теплота Земли и Марса в их ранние периоды (и, таким образом, решение проблемы слабого молодого Солнца) может быть объяснена наличием в их атмосфере обильных парниковых газов, в которых главную роль играют углекислый газ, вода и, возможно, аммиак и метан. .

Руэлл Валлес, марсианская долина или изрезанный канал. Крутые стены долины (которые более отчетливо видны южному солнцу) и ее плоский дно предполагают, что она была прорезана водой, текущей по поверхности Марса. Слева видны три больших кратера, а к югу от долины можно увидеть множество кратеров поменьше. Снимок составлен на основе изображений, сделанных космическим кораблем «Викинг».

Фотография НАСА / Лаборатория реактивного движения / Калтех (фото НАСА № PIA00153)

Почему вода так важна для жизни на Земле?

Мужчина и женщина, ловящая рыбу в текущей реке.

Изображение предоставлено: Стюарт Саттон / Digital Vision / Getty Images

Прямо или косвенно вода влияет на все стороны жизни. Без него на суше не было бы растительности, не было бы кислорода, которым могли бы дышать животные, и планета выглядела бы совершенно иначе, чем сегодня. Вода необходима для поддержания здоровья людей и окружающей среды, и ее следует ценить и защищать как драгоценный ресурс.

Кислород

Растения заслуживают признательности за производство воздуха, пригодного для дыхания, и за то, что они могут делать с водой.Посредством серии биохимических реакций растения могут превращать две молекулы воды (два атома водорода и один атом кислорода в каждой молекуле) в кислород. На суше этому процессу почти полностью противодействует разложение, посредством которого почвенные микроорганизмы потребляют кислород и возвращают мертвое органическое вещество обратно в атмосферу в виде углекислого газа. Однако кислород также вырабатывается водорослями в океане, и когда они умирают и опускаются на дно океана, их биомасса не разлагается в процессе потребления кислорода.Считается, что это захоронение морских водорослей привело к первоначальному насыщению кислородом нашей атмосферы.

Погода

Глобальные модели погоды и осадков определяются движением, количеством и температурой воды как в океане, так и в атмосфере. Когда водяной пар циркулирует в атмосфере и попадает в океаны, он изменяет температуру и давление, что приводит к появлению ветра и течений. Когда океанские течения движутся от экватора на север и юг к полюсам, вода охлаждается.Распределение температуры океана напрямую влияет на региональные климатические модели. Поскольку растения и животные предъявляют особые требования к окружающей среде, температура и количество осадков определяют, что виды могут выжить в данном месте.

сельское хозяйство

Американцы зависят от фермеров, которые производят достаточно еды, чтобы прокормить наше растущее население. Помимо овощей на тарелках, продукты из кукурузы используются в различных продуктах питания, которые есть в каждом супермаркете.Этанол, извлекаемый из кукурузы, даже использовался в качестве альтернативного топлива. Все эти повседневные предметы напрямую зависят от количества воды, которую они получают. Вода отвечает за фотосинтез, который производит кислород, пригодный для дыхания, а также дает растениям энергию, необходимую для поддержания их веса. Недостаток воды, растения подвергаются стрессу и в конечном итоге умирают. Слишком много воды — и растения тонут в почве.

Рыболовство

Так же, как людям нужна чистая питьевая вода для поддержания здоровья, рыбам и другим водным организмам нужна чистая вода для выживания.Вода, загрязненная ртутью, полихлорированными бифенилами, полихлорированными бифенилами и другими токсинами, может накапливаться в тканях рыб, которые затем передаются человеку во время употребления. В сентябре 2009 года Агентство по охране окружающей среды США опубликовало отчет о загрязнении рыбой озер и водохранилищ США. Их исследование показало, что почти половина отобранных озер и водохранилищ содержала рыбу, уровень ртути которой считался токсичным для человека.

Устойчивость

Из-за зависимости от воды для удовлетворения многих основных потребностей, устойчивость и сохранение водных ресурсов становятся все более важными.Государственные органы, такие как Агентство по охране окружающей среды США и Геологическая служба США, постоянно контролируют ручьи, озера, реки и грунтовые воды, чтобы обеспечить питьевую воду самого высокого качества для здоровья населения, минимизировать ухудшение состояния окружающей среды и повысить эффективность очистки сточных вод.

.