Fotosinteza je vitalni proces u kojem biljke proizvode kisik. Sastoji se od sinteze organskih spojeva uz sudjelovanje ugljičnog dioksida uzetog iz zraka, vode s mineralnim solima dobivenim iz tla i sunčeve energije.
U tom se procesu svjetlosna energija pretvara u kemijsku energiju. Tako se hrane zelene biljke i neke bakterije s odgovarajućim asimilacijskim pigmentima. Kisik koji nastaje tijekom fotosinteze neophodan je za život kako ljudi tako i mnogih drugih živih organizama, zbog čega je briga o zelenilu toliko važna. Ako bi biljke uginule, Zemlji bi ponestalo kisika, što bi, naravno, ubilo sve druge organizme.
Što određuje intenzitet fotosinteze?
Fotosinteza može biti brža ili sporija, ovisno o nekoliko važnih čimbenika. Najvažniji faktor je, naravno, količina svjetlosti koja dopire do biljke. Što je veći intenzitet svjetlosnih zraka koje padaju na lišće i stabljiku, to će se brže odvijati fotosinteza. Svaka biljka ima svoje omiljene svijetle boje. Neki od njih najviše upijaju plavo svjetlo, drugi preferiraju žuto i zeleno svjetlo.
Sve ovisi o vrsti i kemijskoj strukturi asimilacijskog pigmenta unutar biljke. U povoljnim uvjetima biljke (uglavnom njihovo lišće) mogu iskoristiti oko 5% svjetlosne energije da je pretvore u kemijsku energiju.
Budući da je ugljični dioksid CO2 hrana za biljke, također je količina tog plina u zraku od velike važnosti tijekom procesa fotosinteze. Što je veća koncentracija ugljičnog dioksida, brže se odvija pretvorba energije. Međutim, ova izjava se ne odnosi na visoke koncentracije plinova, jer koncentracije CO2 iznad 1% inhibiraju fotosintezu, a štoviše, visoke koncentracije ugljičnog dioksida mogu biti toksične za biljke.
Proces pretvorbe energije u biljkama može biti ograničen temperaturom. Kao što lako možete pretpostaviti, biljke fotosintetiziraju samo unutar određenog temperaturnog raspona. Planinske biljke koje su izdržljivije od nižih cvjetova mogu preživjeti mrazeve, ali dosežu malo ispod nule.
Ovo je donja granica fotosinteze. Tolerancija visoke temperature je puno veća jer je gornja granica čak 55 stupnjeva Celzija. Količina vode kojoj biljka ima pristup nije izravno uključena u fotosintezu, ali neizravno, nedostatak vode može značajno inhibirati cijeli proces.
Dehidrirana biljka zatvara ili potpuno zatvara pučicu, što joj u velikoj mjeri onemogućuje apsorpciju ugljičnog dioksida, a samim time značajno smanjuje učinkovitost fotosinteze.
Važnost fotosinteze za okoliš
Fotosinteza je prirodni proces koji je od velike važnosti za sve žive organizme na Zemlji. Bez fotosinteze život na Zemlji bio bi praktički nemoguć. Bez kisika i drugih proizvoda fotosinteze ne bismo mogli jesti, prerađivati energiju i, prije svega, disati.
Naravno, ključni čimbenik je kisik, koji je apsolutno neophodan aerobnim organizmima u procesu respiratorne fosforilacije, što je najvažnija faza disanja. Međutim, to nije jedina funkcija ovog plina. Atmosferski kisik u stratosferi također doprinosi stvaranju ozona, odnosno kisika s tri atomske molekule.
Snopovi ultraljubičastog sunčevog zračenja stupaju u interakciju s atmosferskim molekulama kisika, što rezultira stvaranjem dvije pojedinačne molekule kisika. Tada jedan od njih reagira s dvostrukom molekulom kisika, stvarajući ozon.
Takozvani ozonski omotač koji štiti naš planet od štetnog djelovanja opasnih sunčevih zraka i pomaže u održavanju prave temperature na Zemlji.
Zanimljivo je da i same biljke trebaju kisik za disanje, posebno tijekom takozvane tamne faze fotosinteze. Međutim, postotak iskorištenog kisika u odnosu na proizvedeni je zanemariv. Biljke su nepresušni izvor kisika i energije. Zato je toliko važno brinuti se i štititi vegetaciju.
Umjetna fotosinteza
Sedamdesetih godina prošlog stoljeća razvijen je koncept rekreiranja prirodne fotosinteze u umjetnim laboratorijskim uvjetima. Ova ideja je još u fazi istraživanja i dosad nije bilo moguće kopirati najkorisniji i najpotrebniji proces na svijetu, ali znanstvenici ne odustaju.
Bilo je mnogo ideja, ali prikladno rješenje problema ostaje misterij. Znanstvenici su svoje nade polagali u sustav umjetne fotosinteze od rutenija i željeza koji će apsorbirati svjetlost, te mangana na kojem će se temeljiti reakcijski centar.
Umjetna proizvodnja visokoenergetskih kemikalija korištenjem sunčeve energije, ugljičnog dioksida i vode bila bi izuzetno korisna za naš planet. Vjerojatno bi takvo otkriće pomoglo u zadovoljavanju potražnje za energijom, čime bi se riješio problem energetske krize koja traje već nekoliko desetaka godina.
Štoviše, umjetna fotosinteza pomogla bi iskoristiti višak štetnog ugljičnog dioksida iz atmosfere, što bi također moglo zaustaviti opasno širenje ozonske rupe. Znanstvenici se također nadaju da bi laboratorijski proces mogao biti i ekonomičnija alternativa dobivanju vodika.