น้ำ น้ำเป็นสสารสามัญของระบบสุริยะ ดาวศุกร์มีไอน้ำลอยอยู่ในบรรยากาศ ดาวอังคารมีน้ำแข็งบนขั้วของดาว ดาวหางมีน้ำแข็งอยู่ภายในนิวเคลียส แต่น้ำในสถานะของเหลวนั้น มีแต่บนพื้นผิวโลกและดวงจันทร์บางดวงของดาวพฤหัสบดี น้ำมีสมบัติพิเศษที่แตกต่างจากสสารอื่น เช่น น้ำเป็นตัวพาความร้อนและตัวทำละลายที่ดี น้ำมีความหนาแน่นน้อยลงเมื่อเปลี่ยนสถานะเป็นของแข็ง สมบัติเหล่านี้เป็นสิ่งที่เกื้อกูลให้โลกของเราแตกต่างจากดาวเคราะห์ดวงอื่นและอุดมไปด้วยสิ่งมีชีวิต ทั้งนี้เป็นเพราะสิ่งมีชีวิตบนโลกส่วนใหญ่ดำรงชีวิตอยู่ภายใต้อุณหภูมิ -15°C ถึง 115°C น้ำดำรงสถานะเป็นของเหลวในระหว่างอุณหภูมิ 0°C ถึง 100°C สารละลายชนิดอื่น เช่น แอมโมเนีย มีเทน อีเทน จะอยู่ในสถานะของเหลวได้ต่อเมื่อมีอุณหภูมิต่ำมากเท่านั้น น้ำจึงมีอิทธิพลต่อสิ่งมีชีวิตบนโลกมาก น้ำเป็นตัวพาความร้อนหล่อเลี้ยงให้อุณหภูมิของร่างกายมีอุณหภูมิคงที่ น้ำเป็นตัวทำละลายที่ดีจึงช่วยให้รากพืชสามารถดูดซึมธาตุ น้ำเป็นถิ่นที่อยู่อาศัยของสิ่งมีชีวิต ในยุคที่โลกยังไม่มีแก๊สโอโซนห่อหุ้ม สิ่งมีชีวิตต้องอาศัยอยู่ใต้น้ำเพราะว่าน้ำเป็นตัวกรองรังสีอัลตราไวโอเล็ตและอนุภาคพลังงานสูงจากดวงอาทิตย์ที่เป็นอันตรายต่อสิ่งมีชีวิต พลังงานจากแสงอาทิตย์ โลกอยู่ห่างจากดวงอาทิตย์ 149.6 ล้านกิโลเมตร แสงอาทิตย์ส่องกระทบบรรยากาศชั้นบนทำให้เกิดพลังงาน 1,370 วัตต์/ตารางเมตร ด้วยพลังงานระดับนี้พื้นผิวโลกจะมีอุณหถูมิเฉลี่ยเพียง -18°C นั่นหมายถึงน้ำบนพื้นผิวโลกทั้งหมดจะเป็นน้ำแข็ง แต่เนื่องจากแสงอาทิตย์มีทั้งรังสีอัลตราไวโอเล็ต แสงที่ตามองเห็น (Visible light) และรังสีอินฟราเรด บรรยากาศของโลกมีแก๊สเรือนกระจก เช่น คาร์บอนไดออกไซด์และไอน้ำ ซึ่งมีคุณสมบัติในการดูดกลืนรังสีอินฟราเรด ทำให้โลกมีอุณหภูมิเฉลี่ย 15°C จึงมีน้ำครบทั้งสามสถานะ สิ่งมีชีวิตจึงดำรงชีวิตอยู่ได้ นอกจากสิ่งมีชีวิตจะใช้พลังงานจากแสงอาทิตย์ในเรื่องความอบอุ่นแล้ว พืชยังสร้างอาหารโดยการสังเคราะห์คาร์บอนไดออกไซด์ด้วยแสงอาทิตย์ ทำให้เกิดห่วงลูกโซ่อาหารไปยังสิ่งมีชีวิตประเภทอื่นอีกด้วย พลังงานเคมี สิ่งมีชีวิตมิได้อาศัยอยู่เพียงบนพื้นผิวโลกที่ซึ่งแสงอาทิตย์ส่องถึงเท่านั้น ลึกลงไปใต้ดินและมหาสมุทรก็ยังมีสิ่งมีชีวิตอาศัยอยู่ สิ่งมีชีวิตในมหาสมุทรอาศัยความอบอุ่นจากความร้อนใต้พิภพ และพลังงานเคมีจากธาตุอาหารจากแร่ธาตุที่เกิดขึ้นในเปลือกโลก จุลินทรีย์บางชนิดย่อยสลายสารประกอบแมงกานีสและซัลไฟด์ที่อยู่ใต้ดิน หนอนท่อ (Tube worm) ซึ่งอาศัยอยู่บริเวณรอยต่อของเปลือกโลกมหาสมุทรที่ระดับลึก 4 กิโลเมตร ไม่มีออกซิเจนและแสงแดดส่องลงไปไม่ถึง ดำรงชีวิตโดยการนำแก๊สไฮโดรเจนซัลไฟด์ (H2S) ที่ปล่อยออกมาจากปล่องน้ำพุร้อน (Black smoker) เข้าไปให้แบคทีเรียกำมะถัน (Sulfur bacteria) ซึ่งอาศัยอยู่ภายในร่างกาย สร้างพลังงานด้วยการย่อยสลายโมเลกุลของไฮโดรเจนซัลไฟด์  ภาพที่ 1 หนอนท่อบริเวณปล่องน้ำพุร้อนก้นมหาสมุทร การค้นพบหนอนท่อเป็นการค้นพบทางวิทยาศาสตร์ที่ปฏิวัติแนวคิด เรื่องการค้นหาสิ่งมีชีวิตบนดาวดวงอื่น สิ่งมีชีวิตไม่จำเป็นต้องใช้แสงอาทิตย์และออกซิเจน สิ่งมีชีวิตสามารถดำรงอยู่ทนทานต่อแรงกดดันและอุณหภูมิสูง สมมติฐานนี้สอดคล้องกับหลักฐานที่ว่า นับตั้งแต่โลกของเรากำเนิดขึ้นมาเมื่อ 4,600 ล้านปีก่อน ภายในระยะเวลา 500 ล้านปีแรก สิ่งมีชีวิตบนโลกก็กำเนิดขึ้นมาแล้ว ในยุคนั้นดวงอาทิตย์ยังมีขนาดเล็ก บรรยากาศของโลกหนาแน่นไปด้วยแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์และไอน้ำซึ่งพ่นออกมาจากปล่องภูเขาไฟ พื้นผิวโลกมีความอบอุ่นด้วยสภาวะเรือนกระจก สิ่งมีชีวิตดำรงชีวิตอยู่ที่ก้นมหาสมุทรเพื่อปลอดภัยจากรังสีคลื่นสั้นและอนุภาคพลังงานสูงที่มาจากดวงอาทิตย์ ขณะที่บรรยากาศโลกยังไม่มีโอโซนห่อหุ้ม ตารางที่ 1 แหล่งวัตถุดิบที่สิ่งมีชีวิตต้องการ
ความทนทานของสิ่งมีชีวิต โดยทั่วไปสิ่งมีชีวิตบนโลกต้องการพลังงาน วัตถุดิบ และน้ำ จากทรัพยากรในตารางที่ 1 อย่างไรก็ตามในการพยายามค้นหาสิ่งมีชีวิตบนดาวดวงอื่น ทำให้ NASA สืบเสาะค้นหารูปแบบของชีวิตบนโลก (Earth's life form) ซึ่งดำรงอยู่ในสภาพแวดล้อมที่ทุรกันดานและรุนแรงมาก ดังตัวอย่างในตารางที่ 2 ตารางที่ 2 ความทนทานของสิ่งมีชีวิตบนโลก
 ภาพที่ 2 สารสีส้มในบ่อน้ำร้อนเกิดจากจุลินทรีย์จำพวก Themophile |
วิทยาศาสตร์โลก > ชีวภาค (Biosphere) >