Роль и место самостоятельной работы на уроках и во внеурочное время в формировании научного мировоззрения и экологической культуры учащихся

На явлениях осмоса основано движение воды по проводящей системе зеленых растений от корней к листьям. Вода, всасываемая корневыми волосками, содержит мало растворенных веществ. Проникая в клетки через мембраны и создавая в них повышенное давление, вода придает упругость листьям, лепесткам цветков, стеблям трав.

Вода поддерживает кислотно-основное равновесие организма — это чисто химическая

роль воды. Под действием специальных ферментов она вступает в реакции гидролиза, при которых образуются вещества, необходимые для жизни клетки.

Эксперт-биолог. Вода - самое распространенное неорганическое соединение в живых организмах нашей планеты. Например, даже в клетках эмали зубов ее около 10%, а в теле медузы - до 98%. В среднем в многоклеточном организме вода составляет около 80% общей массы тела.

Количество воды в организме зависит от возраста. Эмбрион человека на 97% состоит из воды, а у новорожденных ее количество составляет 77% массы. К 50 годам человек немного «усыхает» и вода составляет только 60% от его массы.

Основная масса воды — 70% — сосредоточена внутри клеток, а 30% - вне клеток (7% — это кровь и лимфа, а большая часть омывает клетки, это вода межтканевая — интерстициальная).

Вода в организме постоянно обновляется. В кактусах полное обновление воды происходит в течение 28 лет, у черепах - за 1 год, у верблюдов — за 3 месяца, у человека—за 1 месяц. Без воды человек может прожить только 3 дня, в то время как без пищи — 30-50 дней.

Живые организмы чутко реагируют на потерю воды. Человек, например, тяжело переносит потерю даже 0,68% воды. При этом у него повышается температура, краснеет кожа, учащается сердцебиение, начинается головная боль. Потеря 10% воды может привести к необратимым изменениям в организме, потеря 15-20% воды при 30о С (25% при 20° С) смертельна.

Журналист. Как происходит обезвоживание организма?

Эксперт-биолог. Этот процесс происходит на клеточном уровне. Растворы солей или Сахаров высокой концентрации, находящиеся вокруг клетки, вытягивают из нее воду. При этом цитоплазма отходит от стенок клетки. Это явление получило название плазмолиз.

Учитель демонстрирует опыты.

Опыт 1. «Выделение воды при плазмолизе». В небольшой цилиндр, наполненный глицерином, опускает кубик картофеля, нагрузив его для предотвращения всплытия. Постепенно из картофеля выделяется вода и поднимается вверх.

Опыт 2. «Потеря растением тургорного движения». Примерно за 30 мин до демонстрации в цилиндры с водой и раствором поваренной соли нужно опустить кусочки листьев капусты. На роке необходимо сравнить внешний вид образцов, сделать вывод.

Журналист. Мы знаем, что для сохранения тканей живыми вне организма ученые Акватоида опускали их в воду, но ткани погибали. Однако ткани, помещенные в 0,95%-ный раствор хлорида натрия, сохранились. Почему?

Сотрудник биолаборатории. Если ткани поместить в простую воду, концентрация солей в них снижается, что приводит к гибели клеток. В физиологическом растворе (0,95%-ный раствор хлорида натрия) клетки не погибают, так как концентрации солей в клетке и вне ее равны.

Журналист. Эксперименты показали, что если прилить в кровь чистую воду, то клетки крови человека лопаются, если же поместить их в концентрированный раствор соли, то они сморщиваются. Почему же этого не происходит, когда человек пьет воду и употребляет в пищу соль?

Сотрудник биолаборатории. В организме поддерживается постоянная внутренняя среда. Излишки воды и солей быстро удаляются через почки и кожу.

Журналист. Подлетая к зелено-голубой планете Земля, наши ученые заметили на поверхности воды темные пятна непонятного происхождения. Что это такое?

Эколог. Большая часть всей воды на Земле сосредоточена в морях и океанах. Запас пресной воды составляет всего 2%. Основное количество пресных вод (85%) сосредоточено во льдах полярных зон и ледников. Возобновление запасов пресных вод происходит в результате круговорота воды. С появлением жизни на Земле круговорот воды стал сложнее, так как к физическим явлениям испарения и конденсации добавились более сложные процессы, связанные с жизнедеятельностью живых организмов. Все более значительной становится роль человека в этом круговороте. Деятельность человека порой приводит к загрязнению природных вод.

Один из основных загрязнителей воды — нефть и нефтепродукты, которые могут попадать в воду из естественных источников, при нефтедобыче, транспортировке, переработке и использовании в качестве топлива и промышленного сырья.

Из других загрязнителей необходимо назвать металлы (например, ртуть, свинец, цинк, медь, хром, олово, марганец), радиоактивные элементы, ядохимикаты, поступающие с сельскохозяйственных полей, и стоки животноводческих ферм. Из металлов наибольшую опасность для водной среды представляют ртуть, свинец и их соединения. Накопление в водоемах органических веществ приводит к эвтрофикации — обогащению их биогенными элементами, следствием чего являются уменьшение содержания кислорода, обеднение фауны и флоры, неприятный запах.

Электростанции, промышленные предприятия часто сбрасывают в водоемы подогретую воду. Это приводит к повышению температуры воды — так называемому тепловому загрязнению. При этом уменьшается количество кислорода, увеличивается токсичность загрязняющих воду примесей, нарушается биологическое равновесие. В таких водоемах возникает и биологическое загрязнение — накапливаются микробы.

Деятельность человека — это геологическая сила, способная привести как к нарушению природных закономерностей, так и к улучшению состояния природных вод. На Земле разработаны химические и биологические способы очистки сточных вод, но самая эффективная мера — применение безотходных технологий, при которых использованную воду очищают от примесей и загрязнений, а затем вновь используют в технологическом процессе. Повторное использование очищенных вод в 20-25 раз снижает потребление свежей воды и уменьшает сброс сточных вод в водоемы. Это одно из главных условий рационального использования воды.

Эксперт-эколог. Человечество потребляет огромное количество пресной воды — в основном на промышленные и сельскохозяйственные нужды (рис. 3). Главный потребитель воды — сельское хозяйство. Наиболее водоемкие отрасли промышленности - горнодобывающая, сталелитейная, химическая, нефтехимическая, целлюлозно-бумажная и пищевая. На них уходит до 70 % всей воды, затрачиваемой в промышленности.

На все виды водопользования тратится 2200 км3 воды в год. На разбавление стоков уходит почти 20% ресурсов пресных под мира. Расчеты показывают, что даже если очищать все сточные воды, то все ришт и их разбавление потребуется 30-35 тыс. км3 пресной воды. Это означает, что водные ресурсы близки к истощению.

Потребление воды связано с развитием цивилизации: чем выше ее уровень, тем больше потребляется воды (рис. 4). К началу XXI в. среднее потребление воды составило более 200 л в сутки на человека. Все это приводит к недостатку пресной воды.