Что такое вода, значение воды в жизни человека. Материалы к уроку окружающего мира на тему "Вода. Свойства воды. Значение воды для живых организмов". план-конспект урока по окружающему миру (3 класс) на тему Вода и ее значение для живого организма

Вода составляет 70-80% от массы живых организмов.

Строение молекулы: электронная плотность смещена к кислороду, на нем частичный отрицательный заряд, на водородах - частичный положительный, молекула - диполь. Между + и - могут образовываться водородные связи.

Функции воды

1. Благодаря маленьким дипольным молекулам вода является лучшим растворителем для полярных (гидрофильных) веществ. В растворенном состоянии вещества очень быстро реагируют между собой.

2. Транспортная функция: в растворенном состоянии вещества передвигаются по организму.

3. Вещества, на поверхности которых нет полных или частичных зарядов (гидрофобные), не могут взаимодействовать с молекулами воды, вода их выталкивает (жир, бензин). На этом основаны строение и работа биологических мембран .

4. Вода обладает аномально высокой теплоемкостью (может поглотить много тепла и при этом почти не нагреться). За счет этого она защищает клетку от резких перепадов температуры.

5. Вода, как и все жидкости, несжимаема , обеспечивает опору для клеток (тургор) и целых организмов (гидроскелет).

6. Вода сама может участвовать в химических реакциях как реагент (реакции гидролиза, фотосинтеза и т.п.).

Находящиеся на территории ЗАТО г. Озерск, озера Иртяш, Большая Нанога и Малая Нанога входят в Иртяшско-Каслинскую систему озер. Единственным питьевым источником г. Озерска является озеро Иртяш, непосредственно связанное с озером Большая Нанога. Оно нижнее в цепочке озер Иртяшско-Каслинской системы, что существенно влияет на химический состав воды. Особенно заметно влияние озера Б. Нанога. Изменение качества воды оз. Б. Нанога влечет за собой изменение воды озера Иртяш.

Химический состав озёр Большая Нанога и Иртяш за последние 30 лет ухудшился, а озера Малая Нанога – остался без изменений. Ещё 30 лет назад химический состав озёр Б. Нанога и М. Нанога был почти идентичен, теперь видно, что в воде озера Б. Нанога концентрации: фосфат – иона в 48,5 раз Сульфат – иона в 33, 4 раза, хлорид – иона в 2,9 раза, азота аммонийного в 3, 47 раза выше, чем в воде озера М. Нанога. А когда количество содержащихся в ней инородных веществ, особенно тех, которые оказывают неблагоприятное влияние на человека, животных и растения, достигает критических значений, вода из блага превращается в зло. В настоящее время озеро Б. Нанога утратило своё значение, как рыбохозяйственный и питьевой водоём. Качество воды в нём не удовлетворяет требованиям даже предъявляемым к водоёмам культурно – бытового назначения.

Ухудшение качества воды связано с антропогенным фактором. С каждым годом увеличивается количество садов в водоохранной зоне озера. С ливневыми и талыми стоками в озеро поступают биогенные вещества, фосфаты, азотсодержащие вещества. В результате происходит массовое размножение фитопланктона, в первую очередь сине – зелёных, зелёных и красных водорослей, а также интенсивное развитие высших водорослей, что приводит к снижению содержания кислорода в воде.

Вода, окись водорода, H20, простейшее устойчивое в обычных условиях химическое соединение водорода с кислородом (11,19% водорода и 88,81% кислорода по массе), молекулярная масса 18,0160; бесцветная жидкость без запаха и вкуса (в толстых слоях имеет голубоватый цвет). Воде принадлежит важнейшая роль в геологической истории Земли и возникновении жизни, в формировании физической и химической среды, климата и погоды на нашей планете. Без воды невозможно существование живых организмов. Вода - обязательный компонент практически всех технологических процессов - как сельскохозяйственного, так и промышленного производства.

Вода – важнейший компонент всех экосистем, причем не только водных, но и наземных, поэтому наличие воды – непременное условие поддержания экологического равновесия и биоразнообразия как в водных объектах, так и на суше.

Вода является важным компонентом живой материи. В организме взрослого животного ее содержание составляет примерно 55-65%, а у новорожденных – 70-80%. Вода, как универсальный растворитель, образует дисперсные, молекулярнодисперсные и коллоиднодисперсные растворы (золи и гели в тканях). Эти свойства воды объясняются дипольным строением ее молекулы, а следовательно, высоким значением диэлектрической постоянной. Вода является не только средой для протекания различных химических реакций, но и сама участвует в реакциях гидролиза, гидратации и дегидратации, окисления и в некоторых синтетических процессах. От содержания воды в тканях зависит скорость гидролитических реакций в них.

Вода обладает высокой теплоемкостью и теплопроводностью, благодаря чему она активна в терморегуляции животного организма. Вода, обладая хорошей текучестью, способна быстро перемещаться в организме; смачивая трущиеся поверхности в тканях, она способствует улучшению скольжения в суставах и других подвижных участках организма.

Уникальность и ценность воды постоянно подвергается проверке. Человечество жестоко атакует воду и она, проявляя свое настроение, меняет все на земле, в виде циклонов, града, туманов, штормов, ураганов, тайфунов. Количество природных катаклизмов ежегодно возрастает. За последние 30 лет по их причине погибло 4 млн. Человек, а пострадало около 4 млрд.

Биогеохимические свойства тяжелых металлов

Тяжелые металлы - это элементы периодической системы с относительной молекулярной массой больше 40. Так сложилось, что термины "тяжелые металлы" и "токсичные металлы" стали синонимами. На сегодняшний день безоговорочно к числу токсичных относят кадмий, ртуть, свинец, сурьму. Деятельность значительной части остальных в живых организмах можно оценить только на "отлично". Действительно, металлы в ионной форме входят в состав витаминов, гормонов, регулируют активность ферментов. Установлено, что для белкового, углеводного и жирового обмена веществ необходимы Mo, Fe, V, Co, W, B, Mn, Zn; в синтезе белков участвуют Mg, Fe, Cu, Zn, Mn, Co; в кроветворении - Co, Cu, Mn, Ni, Zn; в дыхании - Mg, Fe, Cu, Zn, Mn, Co. Справедливо утверждение о том, что нет вредных веществ, есть вредные концентрации. Поэтому ионы меди, кобальта или даже хрома, если их содержание в живом организме не превышает естественного, можно именовать микроэлементами, если же они генеалогически связаны с заводской трубой, то это уже тяжелые металлы. Тяжелые металлы (ртуть, свинец, кадмий, цинк, медь, мышьяк,) относятся к числу распространенных и весьма токсичных загрязняющих веществ. Они широко применяются в различных промышленных производствах, поэтому, несмотря на очистные мероприятия, содержание соединения тяжелых металлов в промышленных сточных водах довольно высокое. Большие массы этих соединений поступают в океан через атмосферу. Для морских биоценозов наиболее опасны ртуть, свинец и кадмий. Ртуть переносится в океан с материковым стоком и через атмосферу.

Согласно одной классификации, к группе тяжелых металлов принадлежит более 40 элементов с высокой относительной атомной массой и относительной плотностью больше 6. По другой классификации, в эту группу включают цветные металлы с плотностью большей, чем у железа (свинец, медь, цинк, никель, кадмий, кобальт, олово, сурьма, висмут, ртуть).

Согласно сведениям, представленным в "Справочнике по элементарной химии" под ред. А. Т. Пилипенко (1977), к тяжелым металлам отнесены элементы, плотность которых более 5 г/см3. Если исходить их этого показателя, тяжелыми следует считать 43 из 84 металлов Периодической системы элементов. Среди этих 43 металлов 10 обладают наряду с металлическими свойствами признаками неметаллов (представители главных подгрупп VI, V, IV, III групп Периодической системы, являющиеся р-элементами), поэтому более строгим был бы термин "тяжелые элементы", но в данной публикации мы будем пользоваться общепринятым в литературе термином "тяжелые металлы".

Таким образом, к тяжелым металлам относят более 40 химических элементов с относительной плотностью более 6. Число же опасных загрязнителей, если учитывать токсичность, стойкость и способность накапливаться во внешней среде, а также масштабы распространения указанных металлов, значительно меньше.

Прежде всего представляют интерес те металлы, которые наиболее широко и в значительных объемах используются в производственной деятельности и в результате накопления во внешней среде представляют серьезную опасность с точки зрения их биологической активности и токсических свойств. К ним относят свинец, кадмий, цинк, кобальт, никель, медь, марганец.

В водных средах металлы присутствуют в трех формах: взвешенные частицы, коллоидные частицы и растворенные соединения. Последние представлены свободными ионами и растворимыми комплексными соединениями с органическими (гуминовые и фульвокислоты) и неорганическими (галогениды, сульфаты, фосфаты, карбонаты) лигандами. Большое влияние на содержание этих элементов в воде оказывает гидролиз, во многом определяющий форму нахождения элемента в водных средах. Значительная часть тяжелых металлов переносится поверхностными водами во взвешенном состоянии.

Сорбция тяжелых металлов донными отложениями зависит от особенностей состава последних и содержания органических веществ. В конечном итоге тяжелые металлы в водных экосистемах концентрируются в донных отложениях и биоте.

Материал и методика

Исследованию на содержание тяжелых металлов подвергались образцы воды озера и двух видов рыб, обитающих в нем: окунь и сиг. В лаборатории УГАВМ определялись содержание: меди, железа, кобальта, никеля, свинца, цинка, кадмия, марганца, магния.

Оказалось, что в воде озера для ряда элементов выражено превышение ПДК: меди в 56 раз, цинка в 16 раз, никеля в 4 раза и марганца в 2 раза, содержание железа было на верхнем уровне ПДК.

Результаты исследования девяти тяжелых металлов в тканях рыб, обитающих в озере Большая Нанага, свидетельствует о том, что их уровень в большинстве своем не превышает ПДК.

При системном подходе к этим результатам установлено, что организм рыб образует двух эшелонную пирамиду.

На первом уровне ее находится две подсистемы, в первой из которых содержалось три элемента. Ее активизация вызвана изменение содержания в тканях рыб железа, итогом деятельности подсистемы было существенное снижение кобальта.

В подсистеме второго порядка содержалось три элемента. Активизация происходила вследствие изменения содержания в тканях рыб цинка, итогом деятельности было стремление к снижению кадмия.

На втором эшелоне организмом рыб была образована одна подсистема. Элементом ее активизации являлось железо, итогом деятельности – достоверное снижение цинка.

Вне подсистемы, ввиду отсутствия управляющих механизмов оказался кадмий.

Таким образом, если состояние воды свидетельствует о значительном превышении ПДК четырех элементов из девяти (медь, цинк, никель и марганец), в организме рыб также четырех, но, несколько иных (кадмий, свинец, никель марганец), хотя ПДК для тканей рыб не превышало норму.

Без воды никуда!

Воду по праву можно назвать источником всего живого на земле. Растения, животные, рыбы и птицы, и конечно, царь природы - человек - никто не в состоянии прожить без воды. Каким-то обитателям планеты Земля требуется ее совсем чуть-чуть, другие просто не смогут без нее прожить и часа. Человек не относится к водным обитателям, и лишь потребляет воду внутрь для обеспечения нормальной жизнедеятельности и использует ее для гигиены и удовольствия. Но и он самым прямым образом связан с водной стихией. На 60 % организм человека это вода. Так, жировая ткань берет 20% от массы воды, костям необходимо 25%, на печень уходит еще 70, скелетные мышцы требуют для себя 75%, крови нужно 80% воды, мозгу требуется 85 её процентов.

Живые организмы обитают в условиях постоянно меняющейся среды, а для нормальной их работы важная составляющая - это постоянство внутренней среды самого организма. Эта среда поддерживается плазмой крови, тканевой жидкостью, лимфой. А большая часть их состоит из воды, белков и минеральных солей. Несмотря на то, что вода и минеральные соли не являются питательными веществами и энергетическими источниками, в отсутствие воды невозможны обменные процессы. Вода является прекрасным растворителем. Окислительно-восстановительные процессы и прочие реакции обмена происходят в жидкой среде. Вода транспортирует некоторые газы, перемещая их как в растворенном состоянии, таки в форме солей. Являясь содержимым пищеварительных соков, вода способствует удалению из организма обменных продуктов, среди которых присутствуют токсические вещества. Вода участвует в терморегуляции.

Важность воды для человека

Сколько человек способен прожить, не употребляя воду? Специалисты утверждают, что не более 7-10 дней. Этот срок гораздо меньше, чем отводят те же специалисты человеку, оставшемуся без еды. Значит, вода важнее!

Вода покидает организм человека через почки вместе с мочой. Таким образом теряется около 1700 мл. Через кожу человек теряет около 500мл. Выдыхая через легкие, человек лишается еще 300 мл воды.

Водный баланс

Соотношение между принятой внутрь водой и ее выводом из организма есть водный баланс. Водный баланс очень важен для нормального функционирования всех систем организма. В случаях, когда количество выпитой воды меньше, чем человек выделяет, есть риск развития разных расстройств. Ведь вода входит в состав тканей, как солевой раствор присутствует в теле, является его структурным компонентом и обеспечивает связь водного обмена с минеральными веществами.

Значение минеральных веществ для организма человека

Минеральные вещества являются неотъемлемой частью скелета. Они содержатся в структуре белков, гормонов и ферментов. Общая цифра всех минеральных веществ в человеческом теле около 4-5% массы. Большая часть минеральных веществ поступает в организм с едой и водой. Однако, содержание минеральных веществ в продуктах питания и в воде не всегда достаточно для нормальной жизнедеятельности организма. Практически все люди приправляют пищу поваренной солью, которой требуется примерно 10-12 грамм в день. Ели в организме наблюдается хронический недостаток минеральных веществ, то человек может серьезно заболеть.

Правильное функционирование центральной нервной системы, сердца и других внутренних органов происходит только в случае определенного содержания ионов минеральных веществ. Благодаря им сохраняется постоянство осмотического давления, реакция крови и тканевой жидкости. Ионы минеральных веществ принимают участие в процессах секреции, всасывании, выделения и других процессах.

Дополнительно

В состав любого живого организма, помимо различных солей и органических веществ, обязательно входит вода. Она является средой, в которой диспергиро­ваны важнейшие высокомолекулярные соединения, образующие коллоидные рас­творы, и протекает большинство реакций обмена. Вода сама принимает участие в обмене веществ, входя в качестве необходимого компонента во многие реакции синтеза. В качестве примера можно указать хотя бы на гидролитическое рас­щепление сложных углеводов, жиров и белков, требующее участия воды.

Вода является основной по количеству составной частью любого живого ор­ганизма (табл. 1.2).

Высокое содержание воды свидетельствует о том, что в процессе жизнедея­тельности организма она играет важную роль. Вода входит в состав белковых кол­лоидов и принимает непосредственное участие в построении структур живых кле­ток и тканей. Кровь, лимфа, спинномозговая жидкость у высокоорганизованных организмов, соки растений состоят преимущественно из воды в свободном состоя­нии. В тканях животных и растений вода находится в связанном состоянии - она не вытекает при рассечении органа. Испарение воды поверхностью животных или растительных организмов регулирует их температуру при колебаниях температуры внешней среды.

Вода вызывает набухание коллоидов, она связывается с белком и другими органическими соединениями, а также с ионами, входящими в состав клеток и тка­ней. Вместе с углекислым газом вода в процессе фотосинтеза вовлекается в образование органических веществ и, таким образом, служит материалом для создания живой материи на Земле.

Высшие животные очень чувствительны к потере воды. Если в процессе голо­дания животный организм может перенести почти полную потерю запасов жиро­вых веществ, до 50% всех белковых веществ, то потеря более 10% воды вызыва­ет тяжелые патологические изменения, а потеря 15-20% воды приводит к гибели.

Животные, лишенные воды, быстро погибают. Например, если собака может прожить без пищи до 100 дней, то без воды - менее 10. Человек без пищи может прожить больше месяца, без воды - всего лишь несколько дней. Общая потреб­ность человека в воде (включая воду в составе пищи) в зависимости от климати­ческих условий составляет 3-6 л в сутки.

Не менее важно значение воды и в жизни растений. Содержание воды влия­ет на направленность действия ферментов, на интенсивность транспирации, фотосинтеза, дыхания, ростовых процессов и т. п. Количество воды в растении обус­ловливает

Таблица 1.2 Содержание воды в различных организмах, их органах и тканях

скорость тех или иных биологических процессов. Так, интенсивность ды­хания зерновых находится в прямой зависимости от содержания влаги в семенах. Опыт показывает, что вначале увеличение влажности повышает интенсивность про­цесса дыхания на сравнительно незначительную величину. Затем, начиная пример­но с 14%, повышение влажности на 1% увеличивает интенсивность дыхания на 150%, а последующее ее увеличение повышает интенсивность дыхания на несколь­ко сот процентов. Иными словами, чем выше содержание воды в зерне, тем ин­тенсивнее процесс дыхания.

Интенсивность процесса обмена веществ у высших организмов зависит от воз­раста организма: чем моложе организм, тем больше он содержит воды и тем ин­тенсивнее его обмен веществ. Например, эмбрион человека ко второму месяцу раз­вития содержит 97% воды, новорожденный ребенок-74%, организм взрослого человека содержит 63-68% воды. Та же закономерность проявляется и в отно­шении отдельных тканей и органов животного организма; особенно богаты водой те органы, которые наиболее интенсивно функционируют. Так, сердце высших жи­вотных содержит 79% воды, а скелет - всего лишь 20-40%.

Вода является основой жизни всех живых существ. Ей принадлежит важнейшая роль в жизнедеятельности и развитии организмов:

– вода составляет основу тел живых организмов;

– вода является средой и участницей идущих в телах живых организмов биохимических реакций;

– вода является средой, в составе которой организмы получают многие необходимые им вещества и избавляются от продуктов обмена (шлаков);

– у растений вода участвует в фотосинтезе – на него расходуется 5% всей потребляемой ими воды, а 95% ее уходит на транспирацию (испарение листьями, что создает восходящий ток минеральных солей) и поддержание тургора (упругости) тканей;

– вода является средой жизни водных организмов;

– высокая теплоемкость воды позволяет теплокровным животным поддерживать постоянство температуры их тел;

– медленное нагревание и медленное охлаждение воды смягчают колебания температур, из-за чего климат побережий называют «мягким», или морским;

– высокая температура испарения воды дает возможность организмам избавляться от излишков тепла;

– другие важные функции.

Ввиду важности биологических функций воды она очень часто является лимитирующим фактором и наряду с температурой и составом почв определяет типы экосистем (степи, саванны, сухие леса, влажные леса).

Наибольшее количество осадков выпадает в тропическом поясе. Это объясняется максимальным поступлением туда энергии Солнца. Благодаря высокой температуре тропический воздух вбирает в себя намного больше воды, чем прохладный в более высоких широтах. Таким образом, влажный климат тропиков обусловлен большим количеством энергии Солнца.

На количество осадков оказывает влияние соотношение площадей суши и моря: в Южном полушарии, где больше площадь океанов и меньше площадь материков, осадков выпадает больше, чем в Северном.

Важное значение имеет не только общее количество осадков, выпадающих на местности, но и их интенсивность и распределение во времени.

Очень сильные дожди, особенно при отсутствии растительного покрова, вызывают эрозию почвы, гибель проростков растений и мелких животных. Сильнейшее повреждающее действие имеют осадки в виде града, размер частиц которого может быть с куриное яйцо. Длительные периоды моросящих дождей неблагоприятны для насекомых и насекомоядных птиц, особенно в период выкармливания ими птенцов. При отсутствии осадков организмам приходится переносить длительные периоды засухи.

В тропическом поясе режим выпадения осадков служит фактором, определяющим сезонную активность организмов – их биологические ритмы. В умеренных широтах главными сигналами смены сезонов года являются длительность светового дня (фотопериод) и режим температур.

Влажность воздуха

Показатель влажности воздуха характеризует степень его насыщенности водяными парами.

Абсолютной влажностью воздуха называют количество водяных паров на единицу его массы, а относительной – отношение количества имеющихся водяных паров к максимально возможному при данной температуре (в %).

Влажность воздуха имеет большое экологическое значение.

От количества влаги в воздухе зависит интенсивность ее испарения с поверхностей тел организмов. При низкой влажности испарение идет очень сильно и может привести к дегидратации (обезвоживанию) организмов. Для защиты от обезвоживания многие из них приобрели специальные адаптации:

– растения - толстую кутикулу, способность сбрасывать листья в сухой сезон, способность сворачивать листья, утрату (редукцию) листьев, опушенность и восковой налет на листьях, погруженные в ткань листа устьица - отверстия, через которые испаряется вода;

– животные - роговые чешуи, хитиновые покровы и др.

Иссушающие свойства воздуха зависят от дефицита его насыщения водяными парами - разницы между абсолютной и максимально возможной влажностью при данной температуре.

Адаптации организмов к разным уровням увлажнения

Адаптации растений . В зависимости от потребности в воде все растения делят на три экологические группы.

1. Гидрофиты (от греч. hydor – вода, влага) – влаголюбивые растения, ими являются:

– растения, полностью находящиеся в воде, - элодея;

– растения, у которых в воду погружены только корни, - камыш, рогоз, осоки, папирус;

– растения, произрастающие во влажных местах, - мхи, папоротники, плауны и др.

2. Мезофиты (от греч. mesos – средний, промежуточный) - растения умеренно влажных мест (полей, лесов, лугов) имеют приспособления для добывания воды - развитую корневую систему, покровные и проводящие ткани, механизмы регуляции уровня испарения.

3. Ксерофиты (от греч. xeros – сухой) - растения сухих мест (сухих степей, саванн, полупустынь, пустынь) способны переносить недостаток влаги.

Ксерофиты преодолевают недостаток влаги следующими способами:

– повышают ее поглощение с помощью мощного развития корневых систем: у некоторых растений пустынь масса корней превышает массу наземных органов в 9-10 раз;

– сокращают потери воды снижением испарения листьями;

– накапливают воду в мясистых стеблях (кактусы и африканские молочаи) или в листьях (алоэ, агавы);

– вырабатывают механизмы, позволяющие переносить недостаток воды.

Растения, накапливающие воду в мясистых стеблях или листьях, называют стеблевыми и листовыми суккулентами (от лат. succulentus – сочный). Для защиты от испарения они имеют толстую покровную ткань, а кактусы – устьица (отверстия, через которые происходит испарение), глубоко погруженные в ткань листа и открывающиеся только ночью, когда температура воздуха снижается. В то же время корневые системы суккулентов развиты слабо, поскольку они произрастают в местностях хотя и с редкими, но обильными осадками.

Растения, не накапливающие влагу, а добывающие ее с больших глубин и имеющие строение для максимального снижения испарения, называют склерофитами (от греч. skleros - твердый, жесткий). Склерофиты имеют жесткие сухие стебли, мелкие жесткие листья, которые часто сбрасывают во время сухого сезона. У многих склерофитов листья редуцированы (саксаул) или представляют собой колючки.

Адаптации животных . Существуют три вида адаптации животных к засухе.

1. Поведенческие – миграции в места, где есть вода, посещение водопоев, ночной образ жизни, укрытие в норах.

2. Морфологические - наличие защитных покровов.

3. Физиологические:

– наличие механизмов обратного всасывания воды в пищеварительной и выделительной системах;

– выделение высококонцентрированной или твердой мочи;

– синтез метаболической воды;

– способность переносить сильное обезвоживание.

Список основной литературы

1.Чебышев Н.В., Филиппова А.В. Основы экологии. – Москва, 2004 г.

2.Национальный доклад о состоянии окружающей среды в Республике Казахстан, МООС РК, Алматы, 2007 г.

3. В.Г.Игнатов, А.В.Кокин. Экология и экономика природопользования., Р-на-Д, 2003 г.

4. Л.И.Губарева, О.М.Мизирева, Т.М. Чурилова. Экология человека. М., 2005 г.

5. Г.С.Оспанова, Г.Т.Бозшатаева. Экология. – Алматы, 2002 г.

6. Под редакцией А.С.Степановских. Общая экология. М., 2001 г.