Fotosintēze ir svarīgs process, kurā augi ražo skābekli. Tas sastāv no organisko savienojumu sintēzes, piedaloties oglekļa dioksīdam, kas ņemts no gaisa, ūdens ar minerālsāļiem, kas iegūts no augsnes, un saules enerģijas.
Šajā procesā gaismas enerģija tiek pārvērsta ķīmiskajā enerģijā. Tā barojas zaļie augi un dažas baktērijas ar atbilstošiem asimilācijas pigmentiem. Fotosintēzes laikā ģenerētais skābeklis ir dzīvībai būtisks gan cilvēkiem, gan daudziem citiem dzīviem organismiem, tāpēc apstādījumu kopšana ir tik svarīga. Ja augi nomirtu, Zemei pietrūktu skābekļa, kas, protams, nogalinātu visus pārējos organismus.
Kas nosaka fotosintēzes intensitāti?
Fotosintēze var būt ātrāka vai lēnāka, atkarībā no vairākiem svarīgiem faktoriem. Vissvarīgākais faktors, protams, ir gaismas daudzums, kas sasniedz augu. Jo lielāka būs gaismas staru intensitāte, kas krīt uz lapām un kātu, jo ātrāk notiks fotosintēze. Katram augam ir savas iecienītākās gaišās krāsas. Daži no tiem visvairāk absorbē zilo gaismu, citi dod priekšroku dzeltenai un zaļai gaismai.
Tas viss ir atkarīgs no sugas un asimilējošā pigmenta ķīmiskās struktūras auga iekšpusē. Labvēlīgos apstākļos augi (galvenokārt to lapas) var izmantot aptuveni 5% gaismas enerģijas, lai to pārveidotu ķīmiskajā enerģijā.
Tā kā oglekļa dioksīds CO2 ir augu barība, fotosintēzes procesā liela nozīme ir arī šīs gāzes daudzumam gaisā. Jo augstāka ir oglekļa dioksīda koncentrācija, jo ātrāk notiek enerģijas pārveide. Taču šis apgalvojums neattiecas uz augstu gāzes koncentrāciju, jo CO2 koncentrācija virs 1% kavē fotosintēzi, turklāt liela oglekļa dioksīda koncentrācija var būt toksiska augiem.
Enerģijas pārveidošanas procesu augos var ierobežot temperatūra. Kā jūs viegli varat uzminēt, augi fotosintēzē tikai noteiktā temperatūras diapazonā. Kalnu augi, kas ir izturīgāki par zemākajiem ziediem, var izturēt salnas, taču tie sasniedz nedaudz zem nulles.
Šī ir zemākā fotosintēzes robeža. Augstas temperatūras tolerance ir daudz augstāka, jo augšējā robeža ir pat 55 grādi pēc Celsija. Ūdens daudzums, kuram augs ir pieejams, nav tieši iesaistīts fotosintēzē, taču netieši ūdens trūkums var būtiski kavēt visu procesu.
Dehidrēts augs aizver vai pilnībā aizver stomatu, kas lielā mērā neļauj tam absorbēt oglekļa dioksīdu un tādējādi ievērojami samazina fotosintēzes efektivitāti.
Fotosintēzes nozīme apkārtējai videi
Fotosintēze ir dabisks process, kam ir liela nozīme visiem dzīvajiem organismiem uz Zemes. Bez fotosintēzes dzīvība uz Zemes būtu praktiski neiespējama. Bez skābekļa un citiem fotosintēzes produktiem mēs nevarētu ēst, apstrādāt enerģiju un, galvenais, elpot.
Protams, galvenais faktors ir skābeklis, kas ir absolūti nepieciešams aerobiem organismiem elpceļu fosforilēšanās procesā, kas ir vissvarīgākais elpošanas posms. Tomēr šī nav vienīgā šīs gāzes funkcija. Atmosfēras skābeklis stratosfērā arī veicina ozona veidošanos, t.i., skābekļa ar trīs atomu molekulām.
Saules ultravioletā starojuma stari mijiedarbojas ar atmosfēras skābekļa molekulām, kā rezultātā veidojas divas atsevišķas skābekļa molekulas. Tad viens no tiem reaģē ar dubulto skābekļa molekulu, veidojot ozonu.
Tā sauktais ozona slānis, kas aizsargā mūsu planētu no bīstamo saules staru kaitīgās ietekmes un palīdz uzturēt pareizo temperatūru uz Zemes.
Interesanti, ka arī pašiem augiem elpot ir nepieciešams skābeklis, īpaši tā dēvētajā fotosintēzes tumšajā fāzē. Tomēr uzņemtā skābekļa procentuālais daudzums attiecībā pret saražoto ir niecīgs. Augi ir neizsmeļams skābekļa un enerģijas avots. Tāpēc ir tik svarīgi rūpēties par veģetāciju un aizsargāt to.
Mākslīgā fotosintēze
70. gados tika izstrādāta koncepcija par dabiskās fotosintēzes atjaunošanu mākslīgos laboratorijas apstākļos. Šī ideja vēl ir izpētes fāzē un līdz šim nav izdevies nokopēt pasaulē noderīgāko un vajadzīgāko procesu, taču zinātnieki nepadodas.
Bija daudz ideju, taču atbilstošs problēmas risinājums joprojām ir noslēpums. Zinātnieki cer uz mākslīgu fotosintēzes sistēmu, kas izgatavota no rutēnija un dzelzs, kas absorbēs gaismu un mangāna, uz kura balstīsies reakcijas centrs.
Mākslīga augstas enerģijas ķīmisko vielu ražošana, izmantojot saules enerģiju, oglekļa dioksīdu un ūdeni, būtu ārkārtīgi izdevīga mūsu planētai. Iespējams, šāds atklājums palīdzētu apmierināt pieprasījumu pēc enerģijas, kas atrisinātu jau vairākus desmitus gadu ilgstošās enerģētikas krīzes problēmu.
Turklāt mākslīgā fotosintēze palīdzētu izmantot pārmērīgu kaitīgo oglekļa dioksīdu no atmosfēras, kas, iespējams, varētu arī apturēt ozona cauruma bīstamo izplešanos. Zinātnieki arī cer, ka laboratorijas process varētu būt arī ekonomiskāka alternatīva ūdeņraža iegūšanai.