Учебник для 7 класса

ХИМИЯ

Фотосинтез

Существуют сотни и тысячи химических превращений, без которых невозможно было бы ни получение современных материалов, ни развитие электроники и вычислительной техники, ни само существование жизни на Земле. Ведь любой живой организм — это сложнейший природный «химический комбинат», работа которого по превращению одних веществ в другие не прекращается ни на секунду.

И все-таки химики и биологи из несметного числа химических реакций выделяют одну, без которой наша прекрасная планета была бы серой безжизненной пустыней. Это реакция фотосинтеза.

Фотосинтез — это уникальный процесс, протекающий на Земле в листьях зеленых растений и в клетках некоторых бактерий. Уравнение соответствующей химической реакции, изображенное не формулами, а словами, вам уже известно и не кажется слишком сложным (рис. 148):

Рис. 148.
Схема фотосинтеза

Глюкоза — это углевод. В растениях она превращается в более сложные углеводы — крахмал, целлюлозу, а также в некоторые другие органические вещества.

И все-таки фотосинтез — это уникальный и чрезвычайно сложный процесс. Во-первых, он протекает только при освещении, причем наилучшим образом для него подходит солнечный свет. Во-вторых, фотосинтез протекает при участии сложного органического вещества — хлорофилла. Это как раз то вещество, которое придает растениям зеленый цвет. В-третьих, процесс фотосинтеза — своеобразный преобразователь и аккумулятор энергии. Лучистая энергия солнца преобразуется в энергию химических связей, которая затем используется всеми живыми организмами для обеспечения жизненных процессов.

Недаром леса называют легкими планеты: они восполняют убыль кислорода в атмосфере. Но оказывается, наравне с деревьями, кустарниками и травами над поглощением углекислого газа и выделением кислорода трудятся и растения Мирового океана — водоросли. Несмотря на то что они используют только 0,1% падающей на поверхность Земли солнечной энергии, кислорода водоросли производят почти в 10 раз больше наземных растений!

Тем не менее кислорода в воздухе становится все меньше и меньше. Сокращение площадей, занятых лесами, и рост промышленного производства приводят к тому, что ежегодно кислорода вырабатывается растениями на 10 млрд т меньше, чем расходуется. Один реактивный самолет за 2 часа полета потребляет столько кислорода, сколько его производят деревья на площади 2 га за целый год! Остановить технический прогресс невозможно, на лошадей современного пассажира не пересадишь, а вот сохранять природу и преумножать ее богатства человек не только может, но и обязан.

Роль фотосинтеза на Земле трудно переоценить. Выдающийся русский ученый К. А. Тимирязев, внесший большой вклад в изучение фотосинтеза, писал: «Это процесс, от которого в конечной инстанции зависят все проявления жизни на нашей планете».

Во-первых, фотосинтез превращает неорганические вещества (углекислый газ и воду) в органические: глюкозу, другие углеводы и далее аминокислоты, жиры, белки. В результате этого процесса ежегодно на Земле образуется 150 млрд органических веществ.

Во-вторых, зеленые растения каждый год поглощают из воздуха 300 млрд т углекислого газа, попадающего в атмосферу в результате процессов дыхания, горения и производственной деятельности человека. Не будь этого, содержание углекислого газа СО₂ постепенно увеличилось бы до критического значения, и воздух стал бы непригоден для дыхания человека и животных. Кроме того, увеличение концентрации углекислого газа привело бы к потеплению климата на планете.

В-третьих, фотосинтез — единственный источник кислорода в атмосфере Земли (рис. 149). Благодаря первым зеленым растениям миллиарды лет назад в атмосфере планеты появился кислород. Под действием солнечного излучения часть кислорода в верхних воздушных слоях превращается в озон, а озоновый щит, как вы знаете, предохраняет Землю от вредных ультрафиолетовых лучей солнца.

Рис. 149.
Каждый день зеленые насаждения отдают в атмосферу полмиллиарда тонн кислорода, необходимого для дыхания

До сих пор ученым не удалось осуществить в полном объеме процесс фотосинтеза вне живой клетки, в пробирке. Несмотря на то что солнечная энергия кажется неисчерпаемой и бесплатной, запасти и накопить ее оказывается очень дорого. Лорд Дж. Портер, лауреат Нобелевской премии за изучение сверхбыстрых реакций (в том числе и фотосинтеза), писал: «Фотосинтез — это великий и, пожалуй, самый великий вызов природы, обращенный к современной фотохимии, а возможно, и ко всей химии».

Таким образом, фотосинтез играет ведущую роль в биосферных процессах. Растения, используя солнечную энергию, в гигантских масштабах производят органические вещества и определяют в конечном счете всю сложность и многообразие жизни на Земле.

Человечество все более осознает истину, впервые обоснованную русскими учеными К. А. Тимирязевым и В. И. Вернадским: экологическое благополучие планеты и существование самого человечества зависят от состояния растительного покрова Земли.