"Надо ждать особый исключительный характер физико-химических свойств воды среди всех других соединений, который отражается и на ее положении в мироздании и на структуре мироздания"
В. И. Вернадский.
Вода - самое уникальное вещество на Земле . Люди интересовались водой с незапамятных времен. Еще в IV веке до новой эры Аристотель провозгласил воду началом всех вещей. В XVII веке Гюйгенс предложил принять температуру кипения воды и таяния льда, за опорные точки шкалы температур, а в 1783г. Лавуазье вывел её формулу - Н2О. Вода - исключительное природное соединение. Необыкновенность воды, главным образом, - в наличии многих аномальных, только ей присущих свойств. Почти все физико-химические свойства воды - исключение в природе, и только благодаря этим аномалиям воды возможна жизнь на нашей планете, по крайней мере, в той форме, в которой она существует.
Именно море явилось первой ареной жизни на Земле. Растворенные в морской воде аммиак и углеводы в контакте с некоторыми минералами при достаточно высоком давлении и воздействии мощных электрических разрядов могли обеспечить образование белковых веществ, на основе которых в дальнейшем возникли простейшие организмы. По мнению К.Э. Циолковского, водная среда способствовала предохранению хрупких и несовершенных вначале организмов от механического повреждения. Суша и атмосфера стали впоследствии второй ареной жизни.
Можно сказать, что все живое состоит из воды и органических веществ. Без воды человек, например, мог бы прожить не более 2...3 дней, без питательных же веществ он может жить несколько недель.
Геохимический состав океанической воды близок к составу крови животных и человека.
|
Элементы |
Состав крови человека | Состав Мирового океана |
| Хлор | 49,3 | 55,0 |
| Натрий | 30,0 | 30,6 |
| Кислород | 9,9 | 5,6 |
| Калий | 1,8 | 1,1 |
| Кальций | 0,8 | 1,2 |
Потеря организмом человека более 10% воды может привести к смерти. В среднем, в организмах растений и животных содержится более 50% воды, в организме человека вода составляет около 65% (в теле новорожденного до 75%). Разные части человеческого организма содержат неодинаковое количество воды: стекловидное тело глаза состоит из воды на 99%, в крови ее содержится 83%, в жировой ткани 29%, в скелете 22% и даже в зубной эмали 0,2%. Природная вода не бывает совершенно чистой. Наиболее чистой является дождевая вода, но и она содержит незначительные количества примесей, которые захватывает из воздуха. Количество примесей в пресных водах - от 0,01 до 0,1% (масс.). Морская вода содержит 3,5% (масс.) растворенных веществ, главную массу которых составляет хлорид натрия (поваренная соль). Вода, содержащая значительное количество солей кальция и магния, называется жесткой, в отличие от мягкой воды, например дождевой.
Состав воды
Вода встречается в земных условиях во всех трех состояниях: твердом, жидком и газообразном. В составе обычной воды H2O имеется небольшое количество тяжелой воды D2O и совсем незначительное количество сверхтяжелой воды T2O. В молекулу тяжелой воды вместо обыкновенного водорода H – протия входит его тяжелый изотоп D – дейтерий, в состав молекулы сверхтяжелой воды входит еще более тяжелый изотоп водорода Т – тритий. В природной воде на 1 000 молекул H2O приходится две молекулы D2O и на одну молекулу T2O – 1019 молекул H2O.Молекула воды Н2О проста, а вода как жидкость или пар уникальна. Необычные и неповторимые свойства воды в этих состояниях объясняются способностью ее молекул образовывать межмолекулярные ассоциаты. Каждая молекула воды способна образовывать четыре водородные связи: две – в качестве донора и две – в качестве акцептора протона. При этом для водородных и ковалентных связей, образуемых атомами кислорода, характерна определенная взаимная пространственная ориентация. Благодаря водородным связям молекулы воды способны образовывать не только случайные ассоциаты, не имеющие упорядоченной структуры, но и кластеры – ассоциаты, имеющие определенную структуру.
Схема водородной связи между молекулами воды.
Тяжелая вода D2O бесцветна, не имеет ни запаха, ни вкуса и живыми организмами не усваивается. Температура ее замерзания 3,8°C, температура кипения 1 1000 01,42°C и температура наибольшей плотности 11,6°C. По гигроскопичности тяжелая вода близка к серной кислоте. Ее плотность на 10% больше плотности природной воды, а вязкость превышает вязкость природной воды на 20%. Растворимость солей в тяжелой воде примерно на 10% меньше, чем в обычной воде. Поскольку D2O испаряется медленнее легкой воды, в тропических морях и озерах ее больше, чем в водоемах полярных широт. Вода (в том числе пресная вода, предназначенная для питья) является по своим физико-химическим свойствам сильно разбавленным водно-солевым раствором, имеющим определенную структуру.
Свойства воды
Самое поразительное свойство воды заключается в том, что это единственное вещество на нашей планете, которое в обычных условиях температуры и давления может находиться в трех фазах, или трех агрегатных состояниях: в твердом (лед), жидком и газообразном (невидимый глазу пар).
Вода обладает исключительно высокой теплоемкостью по сравнению с другими жидкими и твердыми телами, имеет необычайно высокие скрытую теплоту испарения и скрытую теплоту плавления (количество поглощаемой или высвобождаемой теплоты).
Еще более удивительное и не менее неожиданное свойство воды – это изменение ее плотности в зависимости от изменения температуры. Все вещества (кроме висмута) по мере повышения температуры увеличивают свой объем и уменьшают плотность. На интервале от +4° С и выше вода увеличивает свой объем и уменьшает плотность, как и другие вещества, но начиная с +4° С и ниже, вплоть до точки замерзания воды, плотность ее вновь начинает падать, а объем расширяться, и в момент замерзания происходит скачок, объем воды расширяется на 1/11 от объема жидкой воды. Если бы этой аномалии не было, лед не смог бы плавать, водоемы промерзали бы зимой до дна, что было бы катастрофой для всего живущего в воде.
Возникает вопрос, чем же объяснить эти аномалии?
Путь к объяснению, возможно, лежит в выявлении особенностей структур, образуемых молекулами воды при различных агрегатных (фазовых) состояниях, связанных с температурами, давлениями и другими условиями, в которых находится вода.
Важнейшей особенностью воды является сохранение во времени её структурных изменений, т.е. "память воды". Одним из первых столкнулся с "памятью" отец гомеопатии Ганеман. Разбавляя до немыслимой степени лекарственный настой, он писал: "…Я убираю вещество, оставляя его силу". В конце XIX века Карл Нечели приготовил раствор сулемы (хлорид ртути) для обеззараживания. В этом растворе гибли все микроорганизмы. Затем Нечели разбавил раствор до такой степени, что вероятность встречи бактерии с молекулой сулемы была ничтожно малой. Но раствор убивал бактерии не хуже, чем сама сулема. Вода запомнила, что в ней была растворена сулема, и дезинфицирующие действия раствора были аналогичны действию концентрата.
Роль структурного состояния водной среды в жизнедеятельности организмов хорошо известна. Однако вопрос о возможной стабильности вполне определенных ассоциатов из молекул воды не поднимался, поскольку считалось, что время жизни комплексов с водородной связью крайне мало - 1х 10- 9. В настоящее время установлено такое явление для живых и неживых водосодержащих систем, как аквакоммуникация, заключающееся в том, что вода воспринимает, сохраняет и передает информацию благодаря ее способности к структурированию в виде кластеров, в которых кодируется поступающая информация. Это можно объяснить её структурированностью. Различие в продолжительности жизни водных кластеров обеспечивает воде и системам на ее основе как короткую, так и достаточно долговременную память. Основу памяти воды составляет ее способность сохранять структурно-информационные свойства во времени. Водные кластеры, т.е. межмолекулярные ассоциаты воды, имеющие определенную структуру, объективно являются частью универсальной пространственной схемы планеты и обусловливают устойчивость молекулярных соединений на основе воды. Подвижность молекулярных диполей в кластерах приводит к возникновению электромагнитного излучения, промодулированного информацией, закодированной в структуре кластеров и к воспроизводству кластеров, содержащих исходную информацию, вследствие индукции указанного электромагнитного излучения.
Структурно-информационное свойство воды – это способность ее молекул образовывать кластеры, в структуре которых закодирована информация о взаимодействиях, имевших или имеющих место, с данным образцом воды.
Исследования, наглядно продемонстрировавшие различие в молекулярной структуре воды при ее взаимодействии с окружающей средой были проведены доктором Эмото Масару (Япония). В эксперименте замораживались капли воды, которые затем изучались под сильным микроскопом, имеющим встроенную фотокамеру. Этот метод дал возможность показать, каким образом человеческое воздействие – мысли, слова и музыка влияют на молекулярную структуру воды. Обнаружилось много удивительных различий в кристаллической структуре воды, взятых из различных источников нашей планеты. Загрязненная вода имела нарушенную и случайным образом сформированную структуру. Вода из горных потоков и ключей была прекрасно сформирована геометрически. Также изучалось воздействие музыки на структуру воды. Сосуд с дистиллированной водой устанавливался между двух колонок акустической системы на несколько часов, далее вода замораживалась и фотографировалась.
Эти фотографии доказывают невероятные изменения воды, как живой субстанции, реагирующей на каждую эмоцию или мысль человека. Совершенно ясно, что вода легко меняется под воздействием внешних воздействий, независимо от того, загрязненная это или чистая среда. Вода проявляет себя, как мыслящая субстанция, которая обменивается информацией со всей Вселенной.
Структурные параметры воды являются важнейшей характеристикой, определяющей положительное и отрицательное влияние на человека. На структурно-информационные свойства чистой воды и различных водных систем влияют: фазовые переходы воды, температура и давление, особенно при их сверхкритических значениях, длительный контакт с поверхностью нерастворимых в воде материалов, акустические колебания, электрические, магнитные и электромагнитные поля с определенными характеристиками, а также астрогелиогеофизические факторы.
При этом надо принимать во внимание тот факт, что наведенное динамическое состояние воды (например, при хлорировании) не устраняется при фильтровании и даже при кипячении. В этом случае необходимо применение специальной техники обработки, способной устранить структуру с отрицательным биологическим действием. Используемые в настоящее время различные системы очистки воды на основе фильтрования и ионного обмена не обеспечивают полного освобождения воды от последствий ее загрязнения. В структурно-динамических параметрах водной среды (обладающих специфической биологической активностью) остается информация о предшествующих воздействиях, включая воздействия самих водоочистительных процессов.
Минералы и вода
Вода находится в горных породах благодаря наличию в них всевозможных пустот (трещин, пор, каналов и т.д.). Установлено, что ниже уровня грунтовых вод до глубин 4 - 5 км практически все пустоты горных пород (за исключением углеводородных залежей) заполнены водой, образующей в пределах литосферы региональные неразрывные макроскопические системы гидросферы.
Вода в горных породах находится либо в свободном, либо в связанном состоянии. Поэтому выделяют две категории воды в горных породах - свободную и связанную. Свободная вода - это та, с которой все мы обычно привыкли иметь дело: она свободно может перемещаться в породах по крупным порам, трещинам путем фильтрации под действием силы тяжести или напора, она образует горизонты подземных вод и обладает обычными для воды физическими свойствами. Именно эта вода добывается и эксплуатируется человеком для различных нужд.
В отличие от нее связанная вода находится и удерживается в наиболее мелких порах и трещинах горных пород и испытывает со стороны поверхности твердой фазы минералов "связывающее" влияние разной природы и интенсивности, изменяющее ее структуру и придающее ей аномальные свойства, то есть не такие, как у обычной, свободной воды. Эти отличия объясняются искажением и перестройкой структуры связанной воды вблизи поверхности, изменением и искривлением сетки межмолекулярных водородных связей в ее структуре под влиянием поля поверхностных сил. Связанная вода имеет аномальную плотность, вязкость, диэлектрическую проницаемость и др.
Суммарное содержание связанной воды в литосфере Земли составляет от 0,31 до 0,35 млрд. км3, то есть около 42% от общего количества воды в земной коре. Однако связанную воду не так просто извлечь из породы, в которой она находится. Под действием поверхностных сил разной природы она относительно прочно удерживается на поверхности минералов, не подчиняется силам гравитации, и ее передвижение в породах может происходить лишь под влиянием сил иной природы.
Интересно влияние на воду кремня. Черный кремень - один из минералов, в основе которого двуокись кремния (SiO2). Происхождение черного кремня - органогенное: он образовывался при отмирании колоний живых организмов, сохраняя в своем составе их раковины и скелеты и неся в своей структуре "память" о воде той эпохи. Он способен передавать в воду небольшие дозы соединений двуокиси кремния с водой и тем самым создавать условия, необходимые для восстановления процессов жизнедеятельности человека. Вода, обработанная кремнием, обладает бактерицидными свойствами, убивает патогенные для человека микроорганизмы и вирусы, в том числе вирусы гриппа, быстро останавливает кровотечение, обладает противоболевым действием, улучшает обмен веществ.
Несомненно, воздействие на организм различных минералов, драгоценных металлов - серебра, золота и даже меди, а также различных лечебных аппликаторов, приготовленных из натуральных или искусственных продуктов на их основе, связано, в первую очередь, с директивным структурированием воды, входящей в состав организма, что и влияет на биологические и физиологические функции.
Биологически активная вода
Талая вода
Активное биологическое воздействие на живой организм талой воды впервые было обнаружено в Арктике, когда при таянии льда было замечено интенсивное развитие планктона. Вода тающего льда (и снега) увеличивает в 1,5-2 раза урожайность сельскохозяйственных культур, прирост молодняка, оказывает омолаживающее действие на организм, как животных, так и человека.
В талой воде сохраняются очаги ледяных структур. Это "память" воды. Дело в том, что ледяная структура воды более рыхлая, и в пустоты ледяной решетки идеально укладываются биомолекулы без их повреждения, с сохранением потенциальных жизненных функций.
Любопытно, что замороженный до твердого состояния ископаемый тритон, пролежавший в мерзлоте на глубине 14 м около миллиона лет, ожил после размораживания.
Предполагается, что процесс старения организма сводится в значительной степени к нарастающему дефициту «ледяной» структуры биомолекул, разрушающейся влиянием менее структурированной воды.
Учитывая положительное влияние талой воды на организм человека, некоторые геронтологи выдвинули предположение, что одной из причин большого количества долгожителей в Якутии и на Кавказе является преимущественное потребление талой воды. Ведь ничего общего в этих отдаленных друг от друга районах нет, за исключением того, что люди там пьют воду, образовавшуюся в результате таяния снега или льда.
При употреблении свежей талой воды очаги льдоподобной структуры размером 20А свободно проходят через стенки пищеварительного тракта и могут поступать в различные органы человека, производя оздоравливающее и омолаживающее воздействие на весь организм. В то же время установлено, что если растопить снег, и вскипятить полученную из него талую воду, то она теряет стимулирующее действие.
По результатам предварительных экспериментов, снеговая вода является сосудистым средством, способствующим уменьшению сердечных болей и даже рассасыванию тромбов коронарных сосудов сердца. Она способствует прекращению сильных геморроидальных кровотечений и болей, улучшению кровообращения после тромбозов нижних конечностей и облегчает течение болезни при варикозном расширении вен (очень хорошо последнее лечится смесью талой воды и яблочного уксуса: 2 чайные ложки на стакан воды). Свежая талая вода способствует ускорению восстановительных процессов, повышает сопротивляемость организма инфекциям, снижает чувствительность слизистой оболочки, нормализует тонус бронхиальной мускулатуры. Снеговая вода может иметь иногда преимущества перед талой водой, приготовленной изо льда. Такая вода содержит особенно мелкодисперсные примеси - мельчайшие пузырьки газов, она лишена солей и поэтому быстрее всасывается в организм. Семена растений, замоченные в талой, а не в водопроводной воде, дают лучшие всходы. А если талую воду использовать для полива растений, то урожай будет вдвое большим, чем при использовании обычной воды.
Серебряная вода
Серебряная вода применялась в глубокой древности. Еще 2,5 тыс. лет назад персидский царь Кир во время походов пользовался водой, сохраняемой в серебряных сосудах. В Индии обезвреживали воду, погружая в нее раскаленное серебро. Действительно, опыт тысячелетий показал, что вода, в течение некоторого времени находившаяся в серебряном сосуде, перелитая затем в бутыль и хранившаяся в течение года, не портилась.
В настоящее время в разных странах изготовляются фабричные ионаторы для получения больших количеств серебряной воды различных концентраций.Ионы серебра обладают антимикробным действием. Серебряная вода с успехом применяется для обеззараживания питьевых вод. Электролитический раствор серебра может применяться для консервирования молока, сливочного масла, меланжа, маргарина, для повышения стойкости некоторых микстур, для ускорения процессов старения вин и улучшения их вкусовых качеств. Серебряная вода служит эффективным лечебным средством при воспалительных и гнойных процессах, вызванных бактериальным заражением, а также при лечении желудочно-кишечных заболеваний, язвенной болезни, воспалительных процессов носоглотки, глаз, ожогов и т. д. Серебряная вода применяется также ветеринарии для профилактических и лечебных целей.
«Живая» и «мертвая» вода.
На рубеже 70-х и 80-х годов в научно-популярных журналах публиковались чертежи самодельных устройств для электрохимического получения "мертвой" и "живой" воды (анолита и католита). Обычно "живой" считают воду, подвергнутую физической (безреагентной) активации (в том числе электрохимической активации) благодаря чему она приобретает усиленные каталитические (в том числе биокаталитические) свойства, легче проникает через биологические мембраны, вымывает из организма или инактивирует токсические вещества.
Исследования показали диаметрально противоположное действие этих жидкостей на живые клетки. Под воздействием "мертвой" воды активизируется, например, самопроизвольная гибель клеток рубца, а под воздействием "живой" воды, напротив, активизируется жизнедеятельность многих клеток (иммунной системы, глаза и др.). «Живая» вода лучше усваивается организмами, так как ее кластеры, сформированные из водных тетраэдров, являются поставщиками готовых структурных оснований для построения и обновления гидратных оболочек вокруг биосубстратов, получая в этом случае необходимую для жизнедеятельности воду с оптимальными структурно-информационными свойствами.
Крещенская вода
Первые о целебных свойствах крещенской воды упоминает Иоанн Златоуст, живший в III веке. Да и само понятие «святая вода» возникло еще в те времена, когда ещё не была наработана церковная атрибутика: серебряные кресты, распятия.
В крещенскую ночь структура воды на всей планете изменяется кардинально и становится биоактивной - во всех водоемах, морях и океанах, реках и озерах, даже в наших кранах. При этом изменяются ее биорезонансные показатели, кислотно–щелочной баланс и энергетические показатели – ровно на полтора суток, начиная с вечера в сочельник, восемнадцатого января.
Независимо друг от друга ученые разных стран пришли к важнейшему открытию, что по своей структуре вода является уникальным носителем информации. Вода весьма чувствительна к воздействию любых физических полей, прежде всего электромагнитных, включая очень слабые. Также она прекрасно улавливает изменения силы притяжения, космические излучения и даже человеческие эмоции...
Некоторые ученые объясняют особые свойства крещенской воды изменением магнитного поля Земли - в этот день оно отклоняется от нормы и вся вода на планете омагничивается. К примеру, на свойства воды очень сильно влияет солнечное затмение, причем повсеместно, независимо от степени затмения в той или иной части земного шара. Но почему подобное явление наблюдается ежегодно в дни, когда люди отмечают Крещение Господне, на этот вопрос учёные не могут дать ответа.
Вода – основа жизни на Земле. ТЕМА РАБОТЫ: РАБОТУ ВЫПОЛНИЛ: ОБУЧАЮЩИЙСЯ 9 КЛАССА МБОУ «РИВЗАВОДСКАЯ СОШ» МАКСАТИХИНСКОГО РАЙОНА КУРОЧКИН ЛЕОНИД ИГОРЕВИЧ РУКОВОДИТЕЛЬ: КУРОЧКИНА НАТАЛЬЯ АЛЕКСАНДРОВНА
Вода… Ты не имеешь ни вкуса, ни цвета, ни запаха, тебя невозможно описать – тобой наслаждаешься, не ведая, что ты такое. Ты не просто необходима для жизни, ты и есть сама жизнь. Ты божество, ты совершенство, ты самое большое богатство на свете. А. де Сент-Экзюпери
В кружево будто одеты Деревья, кусты, провода. И кажется сказкою это, А все это просто вода. Безбрежная ширь океана И тихая заводь пруда, Каскад водопада и брызги фонтана, А в сущности, это вода. Высокие волны вздымая, Бушует морская вода, И топит, и губит, играя, Большие морские суда. Вот белым легли покрывалом На землю родную снега... А время придет - все растает, И будет простая вода. А. Фет
Запасы воды на земле Суша ¼ поверхности. Вода ¾ поверхности Вода – самое распространенное вещество в живой и неживой природе; она влияет на климат; преобразует рельеф; является внешней и внутренней средой обитания.
ВОДА В КОСМОСЕ Вода в космосе достаточно распространенный элемент который встречается практически на всех планетах и спутниках в нашей солнечной системы.
ВОДА В ЖИВОМ ОРГАНИЗМЕ Среднее содержание воды в клетках большинства живых организмов составляет около 70%. Вода в клетке присутствует в двух формах: свободной (95% всей воды клетки) и связанной (4-5% связаны с белками). Внимание! Для сохранения водного баланса человеку в сутки необходимо выпивать 1 л воды и 1,5 л воды должно поступать с пищей.
ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ВОДЫ Жидкость Без вкуса Без запаха Без цвета =1 г/см 3 T 0 плав= 0 0 С(лед вода) T 0 кип =100 0 С(вода пар) Вода – универсальный растворитель
Химические свойства воды В зависимости от растворимости в воде вещества бывают: растворимые и нерастворимые. От каких факторов зависит растворимость? Природы реагирующих веществ, температуры, давления.
АНОМАЛИИ ВОДЫ Вода- самое аномальное соединение на земном шаре Вода-регулятор температуры на земном шаре Вода поддерживает жизнь в водоемах при температуре ниже0 0 С Вода при замерзании увеличивается в объеме
СТРОЕНИЕ МОЛЕКУЛЫ ВОДЫ
КРУГОВОРОТ ВОДЫ
ОХРАНА ВОДНЫХ РЕСУРСОВ Вода – больший дефицит, чем энергия. У нас есть альтернативные источники энергии, но альтернативы воде нет. Юджин Одум
ЗАГРЯЗНИТЕЛИ ВОДЫ
Законодательно определено, что питьевая вода, поступающая к потребителю, должна быть приятной в органолептическом отношении и безопасной для здоровья; Содержание примесей в воде не должно превышать предельно допустимых концентраций. ПИТЬЕВАЯ ВОДА Освобождение от взвешенных частиц Отстаивание Фильтрование Обеззараживание ВОДООЧИСТКА
Она не только основа жизни на Земле, но и основа для существования любого организма. Вода является аккумулятором тепла и холода на нашей планете. Уходит вода - уходит и жизнь.
ГИДРОСФЕРА ЗЕМЛИ
Чтобы представить, сколько воды участвует в круговороте, достаточно охарактеризовать гидросферу нашей планеты: более 94% - мировой океан, 4% - подземные воды (причем большая их часть - глубинные рассолы, а пресные составляют 1/15 долю (4 - 5 тыс. куб. км). Значителен и объем полярных ледников - 24 млн. куб. км (1,6% с пересчетом на воду от гидросферы). Озерной воды в сто раз меньше - 230 тыс. куб. км, а в руслах рек содержится всего лишь 1200 куб. км воды (0,0001% всей гидросферы). Однако, несмотря на это, реки играют большую роль. Они, как и подземные воды, удовлетворяют значительную часть потребностей населения, промышленности и орошаемого земледелия.
Воды на Земле довольно много. Но на долю пресных вод, исключая воду, скованную в полярных ледниках, приходится немногим более двух миллионов кубических километров (0,15% всего объема гидросферы). Конечно, объем различных частей гидросферы, их стационарные запасы воды имеют существенное значение в жизни людей и в экономике, но на первом месте - вода, непрерывно возобновляемая в процессе круговорота.
АЛЬТЕРНАТИВЫ НЕТ
Главный вопрос не в том, можно ли заменить одни источники воды другими, а в том, возможно ли это. Может ли человечество позволить себе испортить реки и озера, а затем искать источники для их замены? Естественно, нет! Вода необходима для орошения, судоходства, гидроэнергетических целей, это важнейший компонент природы, среди которой живут люди, и никакие проблемы использования и охраны водных ресурсов нельзя решать без учета этого обстоятельства. В грязных реках, озерах, водохранилищах гибнет все живое, и вода становится источником заболеваний. Кроме того, теряют свою прелесть прогулки, туристические путешествия по рекам. Жизнь среди грязных водоемов станет нездоровой и безрадостной. Человек может и должен сберечь их чистыми. Кстати, достаточно 10 г нефтепродуктов на 800 л воды, чтобы сделать эту воду непригодной для растительной и животной жизни.
УГРОЗА ИСТОЩЕНИЯ
Пресная вода, пригодная для снабжения населения и промышленности, а также для орошения, постоянно возобновляется в процессе круговорота. Ресурсы ее велики и вечны. Однако оценить их можно, лишь сопоставив с потребностью человечества в ней. Оказывается, в ряде крупных районов планеты, даже богатых реками, в последние десятилетия стал ощущаться недостаток чистой пресной воды. Дело в том, что некоторые способы использования водных ресурсов, удовлетворявшие в прошлом, когда потребности людей в воде были гораздо меньше, - устарели, ее качество стало резко падать. Поэтому на земном шаре появились крупные районы с грязными реками и озерами.
Чтобы устранить назревающую угрозу истощения водных ресурсов, пришло время изменить некоторые принципы их использования и охраны.
БОРЬБА С ЗАГРЯЗНЕНИЯМИ
Из рек, озер и подземных источников для водоснабжения ежегодно забирается 550 - 600 куб. км воды. Расходуется из них безвозвратно только 150 куб. км. Разницу составляют отработанные сточные воды, которые по установившейся издавна традиции сбрасываются обратно в реки и водоемы. Для того чтобы обезвредить сточную воду, требуется ее разбавить чистой речной. Если сточная вода перед сбросом была тщательно биологически очищена, на ее разбавление необходимо в 6 - 10 раз больше чистой воды, а на неочищенные сточные - в 20 - 60 раз.
Сейчас на Земле подвергается очистке менее половины сточных вод, поэтому на обезвреживание 400 - 450 куб. км сточных вод, сбрасываемых в реки планеты, расходуется ежегодно около 6000 куб. км чистой воды. Это слишком много - 40% мирового устойчивого стока и в три раза больше, чем расходуется на все другие нужды человечества. Если учесть, что население и экономика размещены неравномерно, то не приходится удивляться крайнему загрязнению рек в наиболее населенных и экономически развитых районах (на большей части Европы и Северной Америки).
Таким образом, угроза водного кризиса заключается не столько в нехватке количества воды для удовлетворения всех потребностей, сколько в загрязнении основных источников водных ресурсов, особенно речных и озерных вод, в ряде районов нашей планеты.
Среди различных способов борьбы с загрязнением вод основное внимание уделяется очистке сточных вод. Но очистка чаще всего недостаточно совершенна, и от пяти до 15 - 20% наиболее устойчивых загрязнений, а в отдельных случаях и больше, в ней остается. Поэтому повторно использовать ее в очищенном виде, как правило, нельзя. Сточную воду сбрасывают в реки, озера и моря с тем, чтобы в результате многократного разбавления чистой водой и естественных процессов самоочищения улучшить ее качество и вновь сделать пригодной для употребления. В целом же загрязнение речных вод продолжает расти. Ярким примером служит Рейн - одна из наиболее грязных рек Европы, хотя в странах, где он протекает, сточные воды очищаются.
Некоторые специалисты считают загрязнение рек неизбежным и главное внимание уделяют поискам других источников водных ресурсов, способных заменить современные. Рассчитывают на опреснение морской воды и соленых глубинных подземных вод. Предлагается также транспортировать айсберги полярных морей к портам, нуждающимся в чистой пресной воде. Эти способы, особенно широко практикуемое опреснение, решают задачу обеспечения водой пустынных районов, где ее получение другими способами невозможно или невыгодно. Но заменить всю речную воду опресненной в течение ближайших десятилетий невозможно: при современных способах это может дать десятки, от силы сотни куб. км пресной воды, а реки дают десятки тысяч кубометров воды.
БЕЗ ВРЕДА
В настоящее время недостаток пресной воды испытывают не только территории, которые природа обделила водными ресурсами, но и многие регионы, еще недавно считавшиеся благополучными в этом отношении.
В любом городе и в селе неуправляемые сточные воды попадают в реки или озера. Когда их было мало, нечистоты быстро и многократно разбавлялись чистой водой, и вред от них был малоощутимым. Однако и в этом случае сточные воды нередко служили источником распространения инфекционных болезней.
С ростом населения и промышленности сточные воды стали удалять с помощью канализации. Города стали чище, но сильно возросло загрязнение местности, расположенной ниже по течению реки. Просто удалять сточные воды за пределы города теперь недостаточно, так как реки и водоемы перестали справляться с задачей самоочищения воды и по существу стали выполнять жалкую роль сточных канав, продолжающих городские канализации.
Для эффективной борьбы с качественным истощением водных ресурсов необходимо прекратить сброс сточных вод в реки и водоемы. На первый взгляд это кажется нереальным. Куда же девать десятки, даже сотни миллиардов кубических метров сточной воды? Однако решение этой задачи вполне осуществимо с помощью целого комплекса мер, основные из которых заключаются в следующем.
Первый, вполне реальный путь - снизить расходы воды на нужды промышленности, довести их до научно обоснованных норм. Чем меньше забирается воды из рек и озер, тем меньше образуется сточных вод и легче их очищать. Между тем разные нефтеперерабатывающие заводы расходуют от 0,4 до 24 куб. м воды на одну тонну перерабатываемой нефти: максимальный расход в 60 раз больше минимального! Если опыт передовых предприятий распространить на всю данную отрасль промышленности, можно достигнуть большой экономии воды и уменьшить объем сточных вод. Более того, в некоторых производствах возможен переход на технологические схемы, почти не требующие воды. Например, в той же нефтеперерабатывающей промышленности разрабатываются более рациональные технологические процессы, сводящие до минимума расход воды и, следовательно, сброс сточных вод. То же относится и к весьма водоемкой и сильно загрязняющей реки и озера бумажной промышленности. Исключительно важно снижать расходование воды на единицу продукции - это не только обеспечит экономное расходование воды, но и поможет бороться с загрязнением природных вод.
Второй эффективный путь - снижение загрязненности сточных вод. Для этого необходимо так перестроить технологические процессы, чтобы они давали мало сточных вод и обеспечивали минимальное их загрязнение. При этом охрана воды должна предусматривать предупреждение, профилактику загрязнения уже в самой организации производства.
Третий важный путь - повторное использование отработанной воды. В промышленности, в теплоэнергетике этого можно достигнуть с помощью замкнутого оборотного водоснабжения. Воду очищать до такой степени, чтобы она повторно могла использоваться на данном или на другом предприятии. Кооперируя водоснабжение и отработанные сточные воды нескольких предприятий, можно почти все их использовать повторно. Кроме того - тепло и растворенные в них ценные вещества. При этом не пригодная для повторного использования загрязненная сточная вода должна уничтожаться путем испарения в отстойниках или искусственно выпариваться.
Городские сточные воды, содержащие большое количество удобрений, выгодно использовать для орошения земледельческих полей - они могут заменить навоз или минеральные удобрения. При этом в сточных водах значительная часть удобрений находится в растворенном состоянии, то есть в форме, лучше усваиваемой растениями. Почва же служит наилучшей средой для обезвреживания сточных вод. Таким образом, городские и отчасти промышленные сточные воды перестанут быть злом и станут приносить пользу. Важно, чтобы отходы, образующиеся в результате потребления сельскохозяйственных продуктов, возвращались обратно почве.
Возможность замены естественных удобрений искусственными нисколько не опровергает того, что нерационально понапрасну выбрасывать естественные удобрения, отравляя нечистотами реки. Это относится не только к зонам недостаточного увлажнения, где есть необходимость в орошении, но и к районам избыточно увлажненным.
Подготовила Марина ИШТОКОВА.
Вода – вещество привычное и необычное. Оно сопровождает каждое мгновение нашей жизни. Нет на Земле вещества более важного для нас, чем обыкновенная вода, и в то же время не существует другого такого вещества, в свойствах которого было бы столько странностей (аномалий), сколько в ее свойствах.
Разная бывает вода: жидкая, твердая и газообразная; пресная и соленая; свободная и связанная.
Вода - источник жизни на Земле. Без воды невозможно существование всего живого. Почти ¾ поверхности нашей планеты занято океанами и морями. Твердой водой – снегом и льдом – покрыто 20% суши. От воды зависит климат планеты. Земля давно бы остыла и превратилась в безжизненный кусок камня, если бы не вода.
Но не только по этому мы считаем воду жизненно важным веществом. Дело в том, что тело человека состоит почти на 2/3 из воды.
Вставая утром рано, включая кран с водой, мы не задумываемся, как к нам в дом попадает вода и откуда она берется. Почему она никогда не заканчивается в реке? И как в облака и тучи попадает вода, которая потом падает на нас дождем или снегом?
Меня заинтересовал вопрос о роли воды в жизни человека и всего живого на земле и в данной работе я постаралась ответить на эти и многие другие интересные вопросы.
Проект выполнен с целью доказать значимость воды в жизни человека и окружающего его мира.
Вода – основа жизни на земле.
Очень часто мы слышим фразу "Вода - это жизнь!".
Мы используем воду для умывания, приготовления чая и пищи, стираем, моем руки и принимаем душ, моем полы, убираем жилища. В течение дня мы много раз слышим это слово. А что мы знаем о ней?
Вода - основа и источник жизни на Земле. Вода самое распространённое вещество в природе: гидросфера занимает 71% поверхности Земли.
Воде принадлежит важнейшая роль в геологической истории планеты.
Без воды невозможно существование практически всех живых организмов.
Она является обязательным компонентом всех технологических процессов. Вода особой чистоты используется при производстве продуктов питания и лекарств, полупроводников и люминофоров, в медицине, в химическом анализе.
Человек на 60-70% состоит из воды. Вода доставляет в клетки органов и тканей питательные вещества, выводит из них продукты распада. Вода участвует в процессах терморегуляции и дыхания.
2. 1. Круговорот воды в природе.
Вода в природе находится в постоянном круговороте. Вода испаряется с поверхности растений, почвы, водоемов, накапливается в атмосфере, концентрируется и,перейдя определенный предел, выпадает в виде осадков, пополняя водные запасы океанов, рек, озер и т. п.
Таким образом, количество воды на планете Земля не изменяется.
Вода меняет свою форму жидкая – газообразная – твердая - жидкая – это и есть круговорот воды в природе.
Все осадки, которые выпадают, на 80% попадают в океан. Наибольший интерес представляют оставшиеся 20%, выпадающие на суше.
Проще говоря, у воды, выпавшей на суше, есть два пути.
Либо она, собираясь в ручьи и реки, попадает в результате в озера и водохранилища - так называемые открытые (или поверхностные) источники водозабора.
Либо вода, просачиваясь через почву и подпочвенные слои, пополняет запасы грунтовых вод.
Поверхностные и грунтовые воды и составляют два основных источника водоснабжения. Оба этих водных ресурса взаимосвязаны и имеют как свои преимущества, так и недостатки в качестве источника питьевой воды.
Состояния воды.
Известно, что вода может находиться в трех различных состояниях, таких как твердое, жидкое или газообразное. Облака, снег и дождь представляют собой различные состояния воды.
Снежинка - это совокупность мельчайших кристалликов льда,а дождь - это всего лишь жидкая вода. Облако состоит из множества капелек воды и кристалликов льда
Газообразная вода - это водяной пар в атмосфере, который мы видим с земли в виде облаков. Облака образуются на разных высотах, и поэтому имеют разный вид и форму. В зависимости от этого облака делят на слоистые, перистые, кучевые и т. д.
Вода, находящаяся в газообразном состоянии, называется водяным паром.
Вода способна переходить из одного состояния в другое: из твердого в жидкое (таять), из жидкого в твёрдое (замерзать), из жидкого в газообразное (испаряться), из газообразного в жидкое, превращаясь в капельки воды.
Жидкая вода на поверхности планеты бывает двух видов: соленая и пресная.
Соленая вода находится в морях и океанах, пресная - в реках, озерах, ручьях, водохранилищах, болотах.
Подземные воды могут быть как пресными, так и солеными.
Соленые подземные воды называются минеральными водами.
Площадь морей и океанов на Земле во много раз превосходит площадь всех рек, озер, болот и водохранилищ вместе взятых. Поэтому, соленой воды на нашей планете во много раз больше, чем пресной.
Вода в твёрдом состоянии может быть представлена в виде снега и льда. Лед на Земле находится в ледниках, ледники могут быть горными и покровными.
Горные ледники находятся на наиболее высоких горных вершинах, где из-за низких температур в течение всего года выпавший снег не успевает таять. Наиболее крупные ледники находятся в горах Кавказа, Гималаев, Тянь-Шаня, Памира.
Покровные ледники покрывают территорию острова или материка практически полностью. Самые крупные покровные ледники находятся в Антарктиде и Гренландии.
Вода в жизни человека.
Вода, несмотря на простую структуру – два атома водорода и один кислорода, является основой жизни на планете Земля. Именно поэтому ученые при исследовании других планет ищут следы воды, как источник форм жизни.
Человек в процессе жизнедеятельности постоянно контактирует с водой.
Воду можно разделить на две основных группы.
Ни один из живых организмов нашей планеты не может существовать без воды.
Растения на 90% состоят из воды. Из воды состоят все живые растительные и животные существа: рыбы – на 75%; медузы – на 99%; картофель - на 76%; яблоки - на 85%; помидоры - на 90%; огурцы - на 95%; арбузы - на 96%.
Вода сама по себе не имеет питательной ценности, но она непременная составляющая часть всего живого.
В целом организм человека состоит по весу на 50 - 86% из воды (86% у новорожденного и до 50% у пожилых людей). Взрослый человек состоит на 60 - 65% из воды. Содержание воды в различных частях тела составляет: кости – 20-30%; печень - до 69%; мышцы – до 70%; мозг – до 75%; почки - до 82%; кровь – до 85%.
На протяжении всей своей жизни человек ежедневно имеет дело с водой. Он использует ее для питья и пищи, для умывания, летом – для отдыха, зимой – для отопления. Для человека вода является более ценным природным богатством, чем уголь, нефть, газ, железо, потому что она незаменима.
Вода доставляет в клетки организма питательные вещества (витамины, минеральные соли) и уносит отходы жизнедеятельности (шлаки).
Кроме того, вода участвует в процессе терморегуляции (потоотделение) и в процессе дыхания (человек может дышать абсолютно сухим воздухом, но не долго).
Вода – универсальный растворитель химических веществ – это основная роль воды в жизни живых существ. В водной среде протекают все жизненно важные процессы.
Для существования живого организма необходимо постоянное содержание воды в определенном количестве. Изменение количества потребляемой воды и ее состава может привести к нарушениям в процессах пищеварения, усвоения пищи, кровотечения. Без пищи человек может прожить около 50-ти дней, если во время голодовки он будет пить пресную воду, без воды он не проживет и неделю - смерть наступит через 5 дней.
Потеря организмом большого количества воды опасна для жизни человека. В жарких районах без воды человек может погибнуть через 5-7 суток, а без пищи при наличии воды человек может жить длительное время. Даже в холодных поясах для сохранения нормальной работоспособности человеку нужно около 1,5-2,5 литров воды в сутки. Вода регулирует теплообмен организма с окружающей средой, поддерживает температуру тела.
По данным медицинских экспериментов при потере влаги в размере 6-8% от веса тела человек впадает в полуобморочное состояние, при потере 10% - начинаются галлюцинации, при 12% - человек не может восстановиться без специальной медицинской помощи, при потере 20% - наступает неизбежная смерть.
Потребление воды в избыточных количествах также опасно, т. к. происходит перегрузка сердечно-сосудистой системы, происходит обильное потоотделение, которое приводит к обессоливанию и ослаблению организма.
Суточное потребление воды человеком колеблется от 2-4 литров в сутки, потребление зависит от климата, интенсивности работы, культурных традиций.
Регулярное потребление воды улучшает мышление и координационные действия мозга. Головной мозг и весь организм будут достаточно заряжены нужными веществами, если вода, которую мы пьем, будет высокого качества, то есть, будет богата минеральными веществами.
Здоровый человек не должен ограничивать себя в питье, но гораздо полезнее пить часто и понемногу.
Очень важно, какое качество воды, которую мы потребляем. На качество воды влияет минеральный состав, загрязненность, структура.
Для постоянного употребления и приготовления пищи необходима вода с общей минерализацией до 0,5-1 г/литр. Правда в лечебных целях полезно в ограниченных количествах пить минеральную воду с повышенным солесодержанием.
Вредно выпивать сразу много жидкости, так как вся жидкость всасывается в кровь, и, пока ее излишек не будет выведен из организма почками, сердце получает излишнюю нагрузку.
По некоторым оценкам за 60 лет жизни человек выпивает около 50т воды – целую цистерну! Участвуя в обмене веществ, вода позволяет снизить вес.
Если организм получает достаточное количество воды, то человек становится более энергичным и выносливым.
Воду считают самым трудным из всех веществ, изучаемых физиками и химиками. Химический состав вод может быть одинаковым, а их воздействие на организм разным, потому что каждая вода формировалась в конкретных условиях. И если жизнь – это одушевленная вода, то, также как и жизнь, вода многолика и характеристики ее бесконечны.
Вода является обязательным компонентом всех технологических процессов. Вода особой чистоты используется при производстве продуктов питания и лекарств, полупроводников и люминофоров, в медицине, в химическом анализе.
Как ни удивительно, но вода до сих пор остается наиболее малоизученным веществом Природы.
Очевидно, это произошло потому, что ее очень много, она вездесуща, она вокруг нас, над нами, под нами, в нас.
А в заключение, я бы хотела рассказать одну древнюю легенду:
Царь Дхатусена, правивший на острове Шри-Ланка в V веке нашей эры, в ответ на требования мятежников показать тайники, где спрятаны несметные царские сокровища, привел их к искусственному озеру Каловена, имевшему 80 км в окружности. Озеро спасало жителей острова во время засухи. Царь зачерпнул пригоршню воды и сказал:
«Это и есть все мое богатство!»
Вода – источник жизни,
Огромнейшая сила в нем заключена,
Три четверти поверхности планеты
Себе во власть взяла она,
Взяла себе и тело человека,
И разум человеческий взяла,
И даже человеческий зародыш
На 95% заняла.
Мы без воды и дня прожить не сможем,
Умрем от жажды без воды,
И охранять нам воду нужно
Для поддержания среды!
Беречь воду – это означает беречь жизнь, здоровье, красоту окружающего мира!
3. Выводы.
Изучив материалы по данной теме, я убедилась в том, что вода чудо, данное нам природой.
Важная роль воды заключается в том, что она является основным элементом в поддержании жизни человека, т. е. – непременная составляющая часть всего живого. Только там, где есть вода, есть жизнь! Нет живого, если нет воды!
Гипотеза моего исследования подтвердилась.
Действительно, вода - универсальное вещество, без которого невозможна жизнь.
Вода – одно из самых важных веществ на Земле. Животные, люди и растения не могут жить без воды. Без неё не обойтись никому и никогда, и заменить её нечем!
Вода – бесценное богатство, которое дарит нам природа. Всему живому нужна чистая вода, а значит, воду нужно использовать бережно, не загрязнять и не тратить её напрасно.
4. Заключение.
Работать над этой темой мне было немного трудно, но очень интересно.
Трудно потому, что пришлось очень много прочитать, но зато я узнала много нового и интересного. Я училась работать с различной литературой и отбирать необходимый материал.
Но разве можно всё рассказать о воде? Ведь с каждым днём мы узнаём о воде всё больше и больше.
Я убедилась, что вода нужна всем и всегда.
В мире нет ничего более драгоценного, чем самая обыкновенная и привычная вода!
В 2005 году Хизер Смит из Международного космического университета в Страсбурге и Крис Маккей из Исследовательского центра Эймса в NASA подготовили документ, рассматривающий возможность существования жизни на базе метана, так называемых метаногенов. Такие формы жизни могли бы потреблять водород, ацетилен и этан, выдыхая метан вместо углекислого газа.
Это могло бы сделать возможными зоны обитаемости жизни в холодных мирах вроде луны Сатурна Титан. Подобно Земле, атмосфера Титана представлена по большей части азотом, но смешанным с метаном. Титан также единственное место в нашей Солнечной системе, кроме Земли, где присутствуют большие жидкие водоемы - озера и реки из этано-метановой смеси. (Подземные водоемы также присутствуют на Титане, его сестринской луне Энцелад, а также на спутнике Юпитера Европе). Жидкость считается необходимой для молекулярных взаимодействий органической жизни и, конечно, основное внимание будет сосредоточено на воде, но этан и метан также позволяют таким взаимодействиям осуществляться.
Миссия NASA и ESA «Кассини-Гюйгенс» в 2004 году наблюдала грязный мир с температурой -179 градусов по Цельсию, где вода была твердой как камень, а метан плыл по речным долинам и бассейнам в полярные озера. В 2015 году команда инженеров-химиков и астрономов Корнелльского университета разработала теоретическую клеточную мембрану из небольших органических соединений азота, которые могли бы функционировать в жидком метане Титана. Они назвали свою теоретическую клетку «азотосомой», что в буквальном переводе означает «азотное тело», и она обладала такой же стабильностью и гибкостью, что и земная липосома. Самым интересным молекулярным соединением была акрилонитриловая азотосома. Акрилонитрил, бесцветная и ядовитая органическая молекула, используется для акриловых красок, резины и термопластмассы на Земле; также его нашли в атмосфере Титана.
Последствия этих экспериментов для поисков внеземной жизни сложно переоценить. Жизнь не только потенциально могла развиться на Титане, но ее еще и можно обнаружить по водородным, ацетиленовым и этановым следам на поверхности. Планеты и луны, в атмосферах которых преобладает метан, могут быть не только вокруг подобных Солнцу звезд, но и вокруг красных карликов в более широкой « ». Если NASA запустит Titan Mare Explorer в 2016 году, уже в 2023 году мы получим подробную информацию о возможной жизни на азоте.
Жизнь на основе кремния
Жизнь на основе кремния - это, пожалуй, самая распространенная форма альтернативной биохимии, любимой популярной наукой и фантастикой - вспомните хорта из «Звездного пути». Эта идея далеко не нова, ее корни уходят еще в 1894 году: «Какое фантастическое воображение могло бы разыграться из такого предположения: представим кремниево-алюминиевые организмы - или, может, сразу кремниево-алюминиевых людей? - которые путешествуют через атмосферу из газообразной серы, положим так, по морям из жидкого железа температурой в несколько тысяч градусов или вроде того, чуть выше температуры доменной печи».
Кремний остается популярным именно потому, что очень похож на углерод и может образовывать четыре связи, подобно углероду, что открывает возможность создания биохимической системы полностью зависимой от кремния. Это самый распространенный элемент в земной коре, если не считать кислород. На Земле есть водоросли, которые включают кремний в свой процесс роста. Кремний играет вторую после углерода роль, поскольку тот может образовывать более стабильные и разнообразные комплексные структуры, необходимые для жизни. Углеродные молекулы включают кислород и азот, которые образуют невероятно крепкие связи. Сложные молекулы на основе кремния, к сожалению, имеют тенденцию распадаться. Кроме того, углерод чрезвычайно распространен во Вселенной и существует миллиарды лет.
Едва ли жизнь на основе кремния появится в окружении, подобном земному, поскольку большая часть свободного кремния будет заперта в вулканических и магматических породах из силикатных материалов. Предполагают, что в высокотемпературном окружении все может быть по-другому, но никаких доказательств пока не нашли. Экстремальный мир вроде Титана мог бы поддерживать жизнь на основе кремния, возможно, вкупе с метаногенами, так как молекулы кремния вроде силанов и полисиланов могут имитировать органическую химию Земли. Тем не менее на поверхности Титана преобладает углерод, тогда как большая часть кремния находится глубоко под поверхностью.
Астрохимик NASA Макс Бернштейн предположил, что жизнь на основе кремния могла бы существовать на очень горячей планете, с атмосферой богатой водородом и бедной кислородом, позволяя случиться комплексной силановой химии с обратными кремниевыми связями с селеном или теллуром, но такое, по мнению Бернштейна, маловероятно. На Земле такие организмы размножались бы очень медленно, а наши биохимии никак бы не мешали друг другу. Они, впрочем, могли бы медленно поедать наши города, но «к ним можно было бы применить отбойный молоток».
Другие биохимические варианты
В принципе, было довольно много предложений касательно жизненных систем, основанных на чем-то другом, помимо углерода. Подобно углероду и кремнию, бор тоже имеет тенденцию образовывать прочные ковалентные молекулярные соединения, образуя разные структурные варианты гидрида, в которых атомы бора связаны водородными мостиками. Как и углерод, бор может связываться с азотом, образуя соединения, по химическим и физическим свойства подобным алканам, простейшим органическим соединения. Основная проблема с жизнью на основе бора связана с тем, что это довольно редкий элемент. Жизнь на основе бора будет наиболее целесообразна в среде, температура которой достаточно низка для жидкого аммиака, тогда химические реакции будут протекать более контролируемо.
Другая возможная форма жизни, которая привлекла определенное внимание, это жизнь на основе мышьяка. Вся жизнь на Земле состоит из углерода, водорода, кислорода, фосфора и серы, но в 2010 году NASA объявило, что нашло бактерию GFAJ-1, которая могла включать мышьяк вместо фосфора в клеточную структуру без всяких последствий для себя. GFAJ-1 живет в богатых мышьяков водах озера Моно в Калифорнии. Мышьяк ядовит для любого живого существа на планете, кроме нескольких микроорганизмов, которые нормально его переносят или дышат им. GFAJ-1 стала первым случаем включения организмом этого элемента в качестве биологического строительного блока. Независимые эксперты немного разбавили это заявление, когда не нашли никаких свидетельств включения мышьяка в ДНК или хотя бы каких-нибудь арсенатов. Тем не менее разгорелся интерес к возможной биохимии на основе мышьяка.
В качестве возможной альтернативы воде для строительства форм жизни выдвигался и аммиак. Ученые предположили существование биохимии на основе азотно-водородных соединений, которые используют аммиак в качестве растворителя; он мог бы использоваться для создания протеинов, нуклеиновых кислот и полипептидов. Любые формы жизни на основе аммиака должны существовать при низких температурах, при которых аммиак принимает жидкую форму. Твердый аммиак плотнее жидкого аммиака, поэтому нет никакого способа остановить его замерзание при похолодании. Для одноклеточных организмов это не составило бы проблемы, но вызвало бы хаос для многоклеточных. Тем не менее существует возможность существования одноклеточных аммиачных организмов на холодных планетах Солнечной системы, а также на газовых гигантах вроде Юпитера.
Сера, как полагают, послужила основой для начала метаболизма на Земле, и известные организмы, в метаболизм которых включена сера вместо кислорода, существуют в экстремальных условиях на Земле. Возможно, в другом мире формы жизни на основе серы могли бы получить эволюционное преимущество. Некоторые считают, что азот и фосфор могли бы также занять место углерода при довольно специфических условиях.
Меметическая жизнь
Ричард Докинз считает, что основной принцип жизни звучит так: «Вся жизнь развивается, благодаря механизмам выживания воспроизводящихся существ». Жизнь должна быть способна воспроизводиться (с некоторыми допущениями) и пребывать в среде, где будут возможны естественный отбор и эволюция. В своей книге «Эгоистичный ген» Докинз отметил, что понятия и идеи вырабатываются в мозгу и распространяются среди людей в процессе общения. Во многом это напоминает поведение и адаптацию генов, поэтому он называет их «мемами». Некоторые сравнивают песни, шутки и ритуалы человеческого общества с первыми стадиями органической жизни - свободными радикалами, плавающими в древних морях Земли. Творения разума воспроизводятся, эволюционируют и борются за выживание в царстве идей.
Подобные мемы существовали до человечества, в социальных призывах птиц и усвоенном поведении приматов. Когда человечество стало способно абстрактно мыслить, мемы получили дальнейшее развитие, управляя племенными отношениями и формируя основу для первых традиций, культуры и религии. Изобретение письма еще больше подтолкнуло развитие мемов, поскольку они смогли распространяться в пространстве и времени, передавая меметичную информацию подобно тому, как гены передают биологическую. Для некоторых это чистая аналогия, но другие считают, что мемы представляют уникальную, хотя немного рудиментарную и ограниченную форму жизни.
Жизнь на Земле основана на двух переносящих информацию молекулах, ДНК и РНК, и долгое время ученые размышляли, можно ли создать другие похожие молекулы. Хотя любой полимер может хранить информацию, РНК и ДНК отображают наследственность, кодирование и передачу генетической информации и способны адаптироваться с течением времени в процессе эволюции. ДНК и РНК — это цепи молекул-нуклеотидов, состоящих из трех химических компонентов - фосфата, пятиуглеродной сахарной группы (дезоксирибоза в ДНК или рибоза в РНК) и одного из пяти стандартных оснований (аденин, гуанин, цитозин, тимин или урацил).
В 2012 году группа ученых из Англии, Бельгии и Дании первой в мире разработала ксенонуклеиновую кислоту (КНК, XNA), синтетические нуклеотиды, функционально и структурно напоминающие ДНК и РНК. Они были разработаны путем замены сахарных групп дезоксирибозы и рибозы различными субститутами. Такие молекулы делали и раньше, но впервые в истории они были способны воспроизводиться и эволюционировать. В ДНК и РНК репликация происходит с помощью молекул полимеразы, которые могут читать, транскибировать и обратно транскрибировать нормальные последовательности нуклеиновых кислот. Группа разработала синтетические полимеразы, которые создали шесть новых генетических систем: HNA, CeNA, LNA, ANA, FANA и TNA.
Одна из новых генетических систем, HNA, или гекситонуклеиновая кислота, была достаточно надежной, чтобы хранить нужное количество генетической информации, которая может послужить в качестве основы для биологических систем. Другая, треозонуклеиновая кислота, или TNA, оказалась потенциальным кандидатом на таинственную первичную биохимию, царившую на рассвете жизни.
Есть масса потенциальных применений этих достижений. Дальнейшие исследования могут помочь в разработке лучших моделей появления жизни на Земле и будут иметь последствия для биологических измышлений. XNA может получить терапевтическое применение, ведь можно создать нуклеиновые кислоты для лечения и связи с конкретными молекулярными целями, которые не будут портиться так быстро, как ДНК или РНК. Они даже могут лечь в основу молекулярных машин или вообще искусственной формы жизни.
Но прежде чем это станет возможно, должны быть разработаны другие энзимы, совместимые с одной из XNA. Некоторые из них уже разработали в Великобритании в конце 2014 года. Есть также возможность, что XNA может причинять вред РНК/ДНК-организмам, поэтому безопасность должна быть на первом месте.
Хромодинамика, слабое ядерное взаимодействие и гравитационная жизнь
В 1979 году ученый и нанотехнолог Роберт Фрейтас-младший предположил возможную небиологическую жизнь. Он заявил, что возможный метаболизм живых систем основан на четырех фундаментальных силах - электромагнетизме, сильном ядерном взаимодействии (или квантовой хромодинамике), слабом ядерном взаимодействии и гравитации. Электромагнитная жизнь - это стандартная биологическая жизнь, которую мы имеем на Земле.
Хромодинамическая жизнь могла бы быть основана на сильном ядерном взаимодействии, которое считается сильнейшим из фундаментальных сил, но только на чрезвычайно коротких расстояниях. Фрейтас предположил, что такая среда может быть возможна на нейтронной звезде, тяжелом вращающемся объекте 10-20 километров в диаметре с массой звезды. С невероятной плотностью, мощнейшим магнитным полем и гравитацией в 100 миллиардов раз сильнее, чем на Земле, у такой звезды было бы ядро с 3-километровой коркой кристаллического железа. Под ней было бы море с невероятно горячими нейтронами, различными ядерными частицами, протонами и ядрами атомов и возможные богатые нейтронами «макроядра». Эти макроядра в теории могли бы сформировать крупные сверхъядра, аналогичные органическим молекулам, нейтроны выступали бы эквивалентом воды в причудливой псевдобиологической системе.
Фрейтас видел формы жизни на базе слабого ядерного взаимодействия как маловероятные, поскольку слабые силы действуют лишь в субъядерном диапазоне и не особенно сильны. Как часто показывает бета-радиоактивный распад и свободный распад нейтронов, формы жизни слабого взаимодействия могли бы существовать при тщательном контроле слабых взаимодействий в своей среде. Фрейтас представил существ, состоящих из атомов с избыточными нейтронами, которые становятся радиоактивными, когда умирают. Он также предположил, что есть регионы Вселенной, где слабая ядерная сила сильнее, а, значит, шансы на появление такой жизни выше.
Гравитационные существа тоже могут существовать, поскольку гравитация является самой распространенной и эффективной фундаментальной силой во Вселенной. Такие существа могли бы получать энергию из самой гравитации, получая неограниченное питание из столкновений черных дыр, галактик, других небесных объектов; существа поменьше - из вращения планет; самые маленькие - из энергии водопадов, ветра, приливов и океанических течений, возможно, землетрясений.
Формы жизни из пыли и плазмы
Органическая жизнь на Земле основана на молекулах с соединениями углерода, и мы уже выяснили возможные соединения для альтернативных форм. Но в 2007 году международная группа ученых во главе с В. Н. Цытовичем из Института общей физики Российской академии наук документально подтвердила, что при нужных условиях частицы неорганической пыли могут собираться в спиральные структуры, которые затем будут взаимодействовать друг с другом в манере, присущей для органической химии. Это поведение также рождается в состоянии плазмы, четвертом состоянии вещества после твердого, жидкого и газообразного, когда электроны отрываются от атомов, оставляя массу заряженных частиц.
Группа Цытовича обнаружила, что когда электронные заряды отделяются и плазма поляризуется, частицы в плазме самоорганизуются в форму спиральных структур вроде штопора, электрически заряженных, и притягиваются друг к другу. Они также могут делиться, образуя копии оригинальных структур, подобно ДНК, и индуцировать заряды в своих соседях. По мнению Цытовича, «эти сложные, самоорганизующиеся плазменные структуры отвечают всем необходимым требованиям, чтобы считать их кандидатами в неорганическую живую материю. Они автономны, они воспроизводятся и они эволюционируют».
Некоторые скептики считают, что такие заявления являются больше попыткой привлечь внимание, нежели серьезными научными заявлениями. Хотя спиральные структуры в плазме могут напоминать ДНК, сходство в форме необязательно предполагает сходство в функциях. Более того, тот факт, что спирали воспроизводятся, не означает потенциал жизни; облака тоже так делают. Что еще больше удручает, большая часть исследований была проведена на компьютерных моделях.
Один из участников эксперимента также собщил, что хотя результаты действительно напоминали жизнь, в конце концов, они были «просто особой формой плазменного кристалла». И все же, если неорганические частицы в плазме могут перерасти в самовоспроизводящиеся, развивающиеся формы жизни, они могут быть наиболее распространенной формой жизни во Вселенной, благодаря вездесущей плазме и межзвездным облакам пыли по всему космосу.
Неорганические химические клетки
Профессор Ли Кронин, химик Колледжа науки и инженерии при Университете Глазго, мечтает создать живые клетки из металла. Он использует полиоксометаллаты, ряд атомов металла, связанных с кислородом и фосфором, чтобы создать похожие на клетки пузырьки, которые он называет «неорганическими химическими клетками», или iCHELLs (этот акроним можно перевести как «неохлетки»).
Группа Кронина начала с создания солей из отрицательно заряженных ионов крупных оксидов металла, связанных с небольшим положительно заряженным ионом вроде водорода или натрия. Раствор из этих солей затем впрыскивается в другой солевой раствор, полный больших положительно заряженных органических ионов, связанных с небольшими отрицательно заряженными. Две соли встречаются и обмениваются частями, так что крупные оксиды металла становятся партнерами с крупными органическими ионами, образуя что-то вроде пузыря, который непроницаем для воды. Изменяя костяк оксида металла, можно добиться того, что пузыри приобретут свойства биологических клеточных мембран, которые выборочно пропускают и выпускают химические вещества из клетки, что потенциально может позволить протеканию того же типа контролируемых химических реакций, который происходит в живых клетках.
Группа ученых также сделала пузыри в пузырях, имитируя внутренние структуры биологических клеток, и добилась прогресса в создании искусственной формы фотосинтеза, которая потенциально может быть использована для создания искусственных клеток растений. Другие синтетические биологи отмечают, что такие клетки могут никогда не стать живыми, пока не получат систему репликации и эволюции вроде ДНК. Кронин не теряет надежду на то, что дальнейшее развитие принесет свои плоды. Среди возможных применений этой технологии есть также разработка материалов для солнечных топливных устройств и, конечно, медицина.
По словам Кронина, «основная цель - это создать комплексные химические клетки с живыми свойствами, которые могут помочь нам понять развитие жизни и пойти этим же путем, чтобы привнести новые технологии на основе эволюции в материальный мир - своего рода неорганические живые технологии».
Зонды фон Неймана
Искусственная жизнь на основе машин - это довольно распространенная идея, чуть ли не банальная, поэтому давайте просто рассмотрим зонды фон Неймана, чтобы не обходить ее стороной. Впервые их придумал в середине 20 века венгерский математик и футуролог Джон фон Нейман, который считал, что для того, чтобы воспроизводить функции человеческого мозга, машина должна обладать механизмами самоуправления и самовосстановления. Так он пришел к идее создания самовоспроизводящихся машин, в основе которых работают наблюдения за возрастающей сложностью жизни в процессе воспроизводства. Он считал, что такие машины могут стать своего рода универсальным конструктором, который мог бы позволить не только создавать полные реплики себя самого, но и улучшать или изменять версии, тем самым осуществляя эволюцию и наращивая сложность со временем.
Другие футурологи вроде Фримена Дайсона и Эрика Дрекслера довольно быстро применили эти идеи к области космических исследований и создали зонд фон Неймана. Отправка самовоспроизводящегося робота в космос может быть самым эффективным способом колонизации галактики, ведь так можно захватить весь меньше чем за один миллион лет, даже будучи ограниченными скоростью света.
Как объяснил Мичио Каку:
«Зонд фон Неймана - это робот, предназначенный для достижения далеких звездных систем и создания фабрик, которые будут строить копии самих себя тысячами. Мертвая луна, даже не планета, может стать идеальным пунктом назначения для зондов фон Неймана, поскольку там будет проще садиться и взлетать с этих лун, а также потому что на лунах нет эрозии. Зонды могли бы жить за счет земли, добывая железо, никель и другое сырье для строительства роботизированных фабрик. Они бы создали тысячи копий самих себя, которые затем разошлись бы в поисках других звездных систем».
За долгие годы были придуманы различные версии базовой идеи зонда фон Неймана, включая зонды освоения и разведки для тихого исследования и наблюдения внеземных цивилизаций; зондов связи, разбросанных по всему космосу, чтобы лучше улавливать радиосигналы инопланетян; рабочие зонды для строительства сверхмассивных космических структур; зонды-колонизаторы, которые будут покорять другие миры. Могут быть даже путеводные зонды, которые будут выводить юные цивилизации в космос. Увы, могут быть и зонды-берсеркеры, задачей которых будет уничтожение следов любой органики в космосе, за чем последует строительство полицейских зондов, которые будут эти атаки отражать. Учитывая то, что зонды фон Неймана могут стать своего рода космическим вирусом, нам стоит осторожно подходить к их разработке.
Гипотеза Геи
В 1975 году Джеймс Лавлок и Сидни Эптон совместно написали статью для New Scientist под названием «В поисках Геи». Придерживаясь традиционной точки зрения о том, что жизнь зародилась на Земле и процветала благодаря нужным материальным условиям, Лавлок и Эптон предположили, что жизнь таким образом взяла на себя активную роль в поддержании и определении условий для своего выживания. Они предположили, что вся живая материя на Земле, в воздухе, океанах и на поверхности является частью единой системы, ведущей себя подобно сверхорганизму, который способен настраивать температуру на поверхности и состав атмосферы нужным для выживания образом. Они назвали такую систему Геей, в честь греческой богини земли. Она существует, чтобы поддерживать гомеостаз, благодаря которому на земле может существовать биосфера.
Лавлок работал над гипотезой Геи с середине 60-х годов. Основная идея в том, что биосфера Земли имеет ряд природных циклов, и когда один идет наперекосяк, другие компенсируют его так, чтобы поддерживать жизненную способность. Это могло бы объяснить, почему атмосфера не состоит целиком из диоксида углерода или почему моря не слишком соленые. Хотя вулканические извержения сделали раннюю атмосферу состоящей преимущественно из диоксида углерода, появились вырабатывающие азот бактерии и растения, производящие кислород в процессе фотосинтеза. Спустя миллионы лет атмосфера изменилась в нашу пользу. Хотя реки переносят соль в океаны из пород, соленость океанов остается стабильной на 3,4%, поскольку соль просачивается через трещины в океаническом дне. Это не сознательные процессы, но результат обратной связи, которая удерживает планеты в пригодном для обитания равновесии.
Другие свидетельства включают то, что если бы не биотическая активность, метан и водород исчезли бы из атмосферы всего за несколько десятилетий. Кроме того, несмотря на увеличение температуры Солнца на 30% за последние 3,5 миллиарда лет, средняя глобальная температура пошатнулась всего на 5 градусов по Цельсию, благодаря регуляторному механизму, который удаляет диоксид углерода из атмосферы и запирает его в окаменелой органической материи.
Первоначально идеи Лавлока были встречены насмешками и обвинениями. Со временем, однако, гипотеза Геи повлияла на идеи о биосфере Земли, помогла сформировать цельное их восприятие в ученом мире. Сегодня гипотеза Геи скорее уважается, нежели принимается учеными. Она является скорее положительной культурной рамкой, в которой должны проводиться научные исследования на тему Земли как глобальной экосистемы.
Палеонтолог Питер Уорд разработал конкурентную гипотезу Медеи, названную в честь матери, которая убила своих детей, в греческой мифологии, основная идея которой сводится к тому, что жизнь по своей сути стремится к саморазрушению и самоубийству. Он указывает на то, что исторически большинство массовых вымираний были вызваны формами жизни, например, микроорганизмами или гоминидами в штанах, которые наносят тяжелые увечья атмосфере Земли.
По материалам listverse.com