Зеленая энергия - популярно об экологии, химии, технологиях

  • Увеличить размер шрифта
  • Размер шрифта по умолчанию
  • Уменьшить размер шрифта

3.5. Фотосинтез

Современная биосфера образовалась в результате длительной эволюции под влиянием совокупности космических, геофизических и геохимических факторов. Первоначальным источником всех процессов, протекавших в биосфере, было Солнце, но главную роль в становлении и последующем ее развитии сыграл фотосинтез. Биологическая основа генезиса биосферы связана с появлением организмов, способных использовать внешний источник энергии, в данном случае энергию Солнца, для образования из простейших соединений органических веществ, необходимых для жизни.

Под фотосинтезом понимается превращение зелеными растениями и фотосинтезирующими микроорганизмами при участии энергии света и поглощающих свет пигментов (хлорофилл и др.) простейших соединений (воды, углекислого газа и минеральных элементов) в сложные органические вещества, необходимые для жизнедеятельности всех организмов.

Реакция фотосинтеза в общем виде с использованием СО2 и Н2О выражается формулой:

 

Процесс протекает следующим образом. Фотон солнечного света взаимодействует с молекулой хлорофилла, содержащегося в хлоропласте зеленого листа, в результате чего высвобождается электрон одного из ее атомов (рис. 3.3, а). Этот электрон, перемещаясь внутри хлоропласта, реагирует с молекулой аденозиндифосфата (АДФ) (рис. 3.3, б), которая, получив достаточную дополнительную энергию, превращается в молекулу аденозинтрифосфата (АТФ) — вещества, являющегося энергоносителем (рис. 3.3, в). Возбужденная молекула АТФ в живой клетке, содержащей воду и диоксид углерода, способствует образованию молекул сахара и кислорода, а сама при этом утрачивает часть энергии и превращается вновь в молекулу АДФ (рис. 3.3, г).

Возникновение фотосинтеза у первых фотосинтезирующих организмов, вероятно, связано с бедностью органической пищи в первичной водной среде, в которой зародилась жизнь. По-видимому, определенную роль сыграли отбор тех архаичных организмов, которые, находясь на границе водной и воздушной среды, насыщенной различными газами, в том числе углекислым, научились синтезировать органические вещества при участии солнечной энергии. Таким образом они «решили» проблему питания, причем для производства пищи использовали наиболее энергонасыщенную часть солнечного спектра — красные и ультрафиолетовые лучи, отражая зеленые и синие, как несущие меньше энергии. Поскольку красные лучи поглощаются приповерхностым водным слоем, а зеленые и синие проникают значительно глубже, синтезирующий пигмент наземных и поверхностноводных растений имеет зеленую окраску, а глубоководных (но не глубже 200 м) водорослей — красную. Атмосфера Земли до появления фотосинтезирующих организмов формировалась в основном из вулканических газов. В ее состав входили оксиды азота, аммиак, водород, углекислый газ, пары воды, а также ядовитые для большинства современных организмов сероводород, хлор и другие газы. Из-за отсутствия кислорода не было и экранирующего озонового слоя. Первые анаэробные микроорганизмы существовали за счет органического вещества, образовавшегося в абиотических процессах. С переходом их на фототрофное питание (питание с использованием лучистой энергии Солнца) произошло нарастание численности первых фотосинтезирующих водорослей. Постепенное увеличение кислорода в воде около 2 млрд лет назад положило начало его диффузии в атмосферу. К концу докембрия, т. е. спустя 1 млрд 300 млн лет, содержание кислорода в атмосфере составляло примерно 8% от современного уровня, а к середине палеозоя, еще через 300 млн лет, достигло нынешнего уровня (около 21%).

С превращением бескислородной атмосферы в кислородную связаны основные этапы биологической эволюции биосферы (рис. 3.4). Переход на аэробное дыхание сделал возможным появление сложных многоклеточных организмов. Образование озонового слоя в конечном итоге привело к высокоорганизованной жизни на Земле, которая заселила всю поверхность планеты.

В результате фотосинтеза растительность земного шара ежегодно усваивает около 200 млрд т углекислого газа и выделяет в атмосферу примерно 145 млрд т свободного кислорода, при этом образуется более 100 млрд т органического вещества. Если бы не жизнедеятельность растений, исключительно активные молекулы кислорода вступили бы в различные химические реакции и свободный кислород исчез из атмосферы примерно за 10 тыс. лет (Шкловский, 1987). К сожалению, варварское уничтожение человеком зеленого покрова планеты являет собой реальную угрозу уничтожения современной биосферы.

В процессе фотосинтеза одновременно с накоплением органического вещества и продуцированием кислорода растения поглощают часть солнечной энергии и удерживают ее в биосфере. На фотосинтез используется около 1 % солнечной энергии, попадающей на Землю. Возможно, этот низкий показатель связан с малой концентрацией углекислого газа в атмосфере и гидросфере. Ежегодно фотосинтезирующие организмы суши и океана связывают около 3 • 1018 кДж солнечной энергии, что примерно в 10 раз больше той энергии, которая используется человечеством.

В отличие от зеленых растений некоторые группы бактерий синтезируют органическое вещество за счет не солнечной Энергии, а энергии, Выделяющейся в процессе реакций окисления серных и азотных соединений. Этот процесс именуется хемосинтезом. В накоплении органического вещества в биосфере он по сравнению с фотосинтезом играет ничтожно малую роль.

 

 

Интересно знать

Департамент энергетики США отобрал 37 исследовательских проектов в области хранения энергии, энергии биомассы, захвата диоксида углерода и ряда других направлений. Среди них - новые металловоздушные батареи на основе ионных жидкостей с плотностью энергии превышающей в 6-20 раз плотность энергии обычных литиевых аккумуляторов, а так же проект по получению бензина непосредственно из солнечного света и CO2 используя симбиоз двух микроорганизмов.

Задня стiйка кузову з кри купить запчасть 5P5809838 Skoda Audi Volkswagen Seat
 
bitcoin fog
 
https://myfreemp3.click