Фотосинтезата е жизненоважен процес, при който растенията произвеждат кислород. Състои се в синтеза на органични съединения с участието на въглероден диоксид, взет от въздуха, вода с минерални соли, получени от почвата и слънчева енергия.
При този процес светлинната енергия се превръща в химическа енергия. Така се подхранват зелените растения и някои бактерии с подходящи асимилационни пигменти. Кислородът, генериран по време на фотосинтезата, е от съществено значение за живота както на хората, така и на много други живи организми, поради което грижата за зеленината е толкова важна. Ако растенията умрат, Земята ще остане без кислород, което, разбира се, ще убие всички останали организми.
Какво определя интензивността на фотосинтезата?
Фотосинтезата може да бъде по-бърза или по-бавна, в зависимост от няколко важни фактора. Най-важният фактор е, разбира се, количеството светлина, което достига до растението. Колкото по-голям е интензитетът на светлинните лъчи, падащи върху листата и стъблото, толкова по-бързо ще се осъществи фотосинтезата. Всяко растение има свои любими светли цветове. Някои от тях поглъщат най-много синя светлина, други предпочитат жълта и зелена светлина.
Всичко зависи от вида и химическата структура на усвояващия пигмент вътре в растението. При благоприятни условия растенията (главно листата им) могат да използват около 5% от светлинната енергия, за да я трансформират в химическа енергия.
Тъй като въглеродният диоксид CO2 е храна за растенията, количеството на този газ във въздуха е от голямо значение по време на процеса на фотосинтеза. Колкото по-висока е концентрацията на въглероден диоксид, толкова по-бързо се осъществява преобразуването на енергията. Това твърдение обаче не се отнася за високи концентрации на газ, тъй като концентрациите на CO2 над 1% инхибират фотосинтезата и освен това високите концентрации на въглероден диоксид могат да бъдат токсични за растенията.
Процесът на преобразуване на енергия в растенията може да бъде ограничен от температурата. Както лесно се досещате, растенията фотосинтезират само в определен температурен диапазон. Планинските растения, които са по-издръжливи от по-ниските цветя, могат да издържат на студове, но достигат малко под нулата.
Това е долната граница срещу фотосинтезата. Толерансът на висока температура е много по-висок, тъй като горната граница е до 55 градуса по Целзий. Количеството вода, до което растението има достъп, не участва пряко във фотосинтезата, но косвено липсата на вода може значително да инхибира целия процес.
Дехидратираното растение затваря или напълно затваря устицата, което до голяма степен му пречи да абсорбира въглероден диоксид и по този начин значително намалява ефективността на фотосинтезата.
Значението на фотосинтезата за околната среда
Фотосинтезата е естествен процес, който е от голямо значение за всички живи организми на Земята. Без фотосинтеза животът на Земята би бил практически невъзможен. Без кислород и други продукти на фотосинтезата не бихме могли да се храним, да преработваме енергия и най-вече да дишаме.
Разбира се, ключовият фактор е кислородът, който е абсолютно необходим за аеробните организми в процеса на дихателно фосфорилиране, което е най-важният етап на дишането. Това обаче не е единствената функция на този газ. Атмосферният кислород в стратосферата също допринася за образуването на озон, тоест кислород с три атомни молекули.
Ултравиолетовите лъчи от слънцето взаимодействат с атмосферните кислородни молекули, което води до образуването на две единични кислородни молекули. Тогава един от тях реагира с двойната кислородна молекула, произвеждайки озон.
Така нареченият озоновият слой, който предпазва нашата планета от вредното въздействие на опасните слънчеви лъчи и помага за поддържането на правилната температура на Земята.
Интересното е, че самите растения също се нуждаят от кислород, за да дишат, особено по време на така наречената тъмна фаза на фотосинтезата. Въпреки това, процентът на поетия кислород спрямо произведения е незначителен. Растенията са неизчерпаем източник на кислород и енергия. Ето защо е толкова важно да се грижим и защитаваме растителността.
Изкуствена фотосинтеза
През 70-те години на миналия век е разработена концепцията за пресъздаване на естествена фотосинтеза в изкуствени лабораторни условия. Тази идея все още е във фаза на изследване и досега не е било възможно да се копира най-полезният и необходим процес в света, но учените не се отказват.
Имаше много идеи, но подходящото решение на проблема остава загадка. Учените възлагат надеждите си на система за изкуствена фотосинтеза, изработена от рутений и желязо, която ще абсорбира светлината, и манган, на който ще се основава реакционният център.
Изкуственото производство на високоенергийни химикали с помощта на слънчева енергия, въглероден диоксид и вода би било изключително полезно за нашата планета. Вероятно подобно откритие би помогнало за задоволяване на търсенето на енергия, което ще реши проблема с енергийната криза, която продължава от няколко десетки години.
Освен това изкуствената фотосинтеза би помогнала за оползотворяването на излишния вреден въглероден диоксид от атмосферата, което също би могло да спре опасното разширяване на озоновата дупка. Учените също се надяват, че лабораторният процес може да бъде и по-икономична алтернатива на получаването на водород.