Fotosintezė yra gyvybiškai svarbus procesas, kurio metu augalai gamina deguonį. Jį sudaro organinių junginių sintezė, dalyvaujant anglies dioksidui, paimtam iš oro, vandens su mineralinėmis druskomis, gautomis iš dirvožemio, ir saulės energijai.
Šiame procese šviesos energija paverčiama chemine energija. Taip maitinasi žalieji augalai ir kai kurios bakterijos su atitinkamais asimiliacijos pigmentais. Fotosintezės metu susidarantis deguonis yra būtinas gyvybei tiek žmonėms, tiek daugeliui kitų gyvų organizmų, todėl želdinių priežiūra yra tokia svarbi. Jei augalai mirtų, Žemėje pritrūktų deguonies, o tai, žinoma, sunaikintų visus kitus organizmus.
Kas lemia fotosintezės intensyvumą?
Fotosintezė gali būti greitesnė arba lėtesnė, tai priklauso nuo kelių svarbių veiksnių. Svarbiausias veiksnys, žinoma, yra augalą pasiekiančios šviesos kiekis. Kuo didesnio intensyvumo šviesos spinduliai kris ant lapų ir stiebo, tuo greičiau vyks fotosintezė. Kiekvienas augalas turi savo mėgstamas šviesias spalvas. Vieni iš jų labiausiai sugeria mėlyną šviesą, kiti renkasi geltoną ir žalią šviesą.
Viskas priklauso nuo augalo viduje esančio asimiliuojančio pigmento rūšies ir cheminės struktūros. Esant palankioms sąlygoms, augalai (daugiausia jų lapai) gali panaudoti apie 5 % šviesos energijos, kad ją paverstų chemine energija.
Kadangi anglies dioksidas CO2 yra augalų maistas, fotosintezės procese didelę reikšmę turi ir šių dujų kiekis ore. Kuo didesnė anglies dioksido koncentracija, tuo greičiau vyksta energijos konversija. Tačiau šis teiginys negalioja esant didelei dujų koncentracijai, nes didesnė nei 1 % CO2 koncentracija slopina fotosintezę, be to, didelė anglies dioksido koncentracija gali būti toksiška augalams.
Energijos pavertimo augaluose procesą gali apriboti temperatūra. Kaip galite lengvai atspėti, augalai fotosintezuoja tik tam tikroje temperatūros diapazone. Kalnų augalai, kurie yra patvaresni už apatinius žiedus, gali išgyventi šalnas, tačiau jie pasiekia šiek tiek žemiau nulio.
Tai yra apatinė fotosintezės riba. Aukštos temperatūros tolerancija yra daug didesnė, nes viršutinė riba yra net 55 laipsnių Celsijaus. Vandens kiekis, prie kurio augalas turi prieigą, nėra tiesiogiai susijęs su fotosinteze, tačiau netiesiogiai vandens trūkumas gali gerokai stabdyti visą procesą.
Išsausėjęs augalas uždaro arba visiškai uždaro stomatas, o tai iš esmės neleidžia jam absorbuoti anglies dvideginio, todėl žymiai sumažėja fotosintezės efektyvumas.
Fotosintezės svarba aplinkai
Fotosintezė yra natūralus procesas, labai svarbus visiems gyviems organizmams Žemėje. Be fotosintezės gyvybė Žemėje būtų praktiškai neįmanoma. Be deguonies ir kitų fotosintezės produktų negalėtume valgyti, apdoroti energijos ir, svarbiausia, kvėpuoti.
Žinoma, pagrindinis veiksnys yra deguonis, kuris yra būtinas aerobiniams organizmams kvėpavimo takų fosforilinimo procese, kuris yra svarbiausias kvėpavimo etapas. Tačiau tai ne vienintelė šių dujų funkcija. Atmosferos deguonis stratosferoje taip pat prisideda prie ozono, t.y. deguonies, turinčio tris atomines molekules, susidarymo.
Saulės ultravioletinės spinduliuotės spinduliai sąveikauja su atmosferos deguonies molekulėmis, todėl susidaro dvi atskiros deguonies molekulės. Tada vienas iš jų reaguoja su dviguba deguonies molekule, gamindamas ozoną.
Taip vadinamas ozono sluoksnis, saugantis mūsų planetą nuo žalingo pavojingų saulės spindulių poveikio ir padedantis palaikyti reikiamą temperatūrą Žemėje.
Įdomu tai, kad patiems augalams taip pat reikia deguonies kvėpuoti, ypač per vadinamąją tamsiąją fotosintezės fazę. Tačiau sunaudoto deguonies procentas, palyginti su pagamintu deguonimi, yra nereikšmingas. Augalai yra neišsenkantis deguonies ir energijos šaltinis. Štai kodėl taip svarbu prižiūrėti ir saugoti augmeniją.
Dirbtinė fotosintezė
Aštuntajame dešimtmetyje buvo sukurta natūralios fotosintezės atkūrimo dirbtinėmis laboratorinėmis sąlygomis koncepcija. Ši idėja vis dar yra tyrimo fazėje ir kol kas nepavyko nukopijuoti naudingiausio ir reikalingiausio proceso pasaulyje, tačiau mokslininkai nepasiduoda.
Idėjų buvo daug, tačiau tinkamas problemos sprendimas lieka paslaptimi. Mokslininkai dėjo viltis į dirbtinę fotosintezės sistemą, pagamintą iš rutenio ir geležies, kuri sugers šviesą ir mangano, kurio pagrindu bus sukurtas reakcijos centras.
Dirbtinis didelės energijos cheminių medžiagų gamyba naudojant saulės energiją, anglies dvideginį ir vandenį būtų itin naudinga mūsų planetai. Tikriausiai toks atradimas padėtų patenkinti energijos poreikį, kuris išspręstų jau keliasdešimt metų besitęsiančią energetinės krizės problemą.
Be to, dirbtinė fotosintezė padėtų panaudoti kenksmingo anglies dioksido perteklių iš atmosferos, o tai galbūt taip pat galėtų sustabdyti pavojingą ozono skylės plėtimąsi. Mokslininkai taip pat tikisi, kad laboratorinis procesas taip pat galėtų būti ekonomiškesnė vandenilio gavimo alternatyva.