Η φωτοσύνθεση είναι μια ζωτικής σημασίας διαδικασία κατά την οποία τα φυτά παράγουν οξυγόνο. Συνίσταται στη σύνθεση οργανικών ενώσεων με τη συμμετοχή του διοξειδίου του άνθρακα που λαμβάνεται από τον αέρα, του νερού με μεταλλικά άλατα που λαμβάνονται από το έδαφος και της ηλιακής ενέργειας.
Σε αυτή τη διαδικασία, η φωτεινή ενέργεια μετατρέπεται σε χημική ενέργεια. Έτσι τρέφονται τα πράσινα φυτά και ορισμένα βακτήρια με τις κατάλληλες χρωστικές ουσίες αφομοίωσης. Το οξυγόνο που παράγεται κατά τη φωτοσύνθεση είναι απαραίτητο για τη ζωή τόσο για τον άνθρωπο όσο και για πολλούς άλλους ζωντανούς οργανισμούς, γι' αυτό και η φροντίδα του πράσινου είναι τόσο σημαντική. Εάν τα φυτά πέθαιναν, η Γη θα τελείωσε από οξυγόνο, το οποίο, φυσικά, θα σκότωνε όλους τους άλλους οργανισμούς.
Τι καθορίζει την ένταση της φωτοσύνθεσης;
Η φωτοσύνθεση μπορεί να είναι ταχύτερη ή πιο αργή, ανάλογα με πολλούς σημαντικούς παράγοντες. Ο πιο σημαντικός παράγοντας είναι, φυσικά, η ποσότητα φωτός που φτάνει στο φυτό. Όσο μεγαλύτερη είναι η ένταση των ακτίνων φωτός που πέφτουν στα φύλλα και το στέλεχος, τόσο πιο γρήγορη θα γίνει η φωτοσύνθεση. Κάθε φυτό έχει τα δικά του αγαπημένα ανοιχτά χρώματα. Μερικά από αυτά απορροφούν περισσότερο το μπλε φως, άλλα προτιμούν το κίτρινο και το πράσινο φως.
Όλα εξαρτώνται από το είδος και τη χημική δομή της αφομοιώσιμης χρωστικής ουσίας μέσα στο φυτό. Κάτω από ευνοϊκές συνθήκες, τα φυτά (κυρίως τα φύλλα τους) μπορούν να χρησιμοποιήσουν περίπου το 5% της φωτεινής ενέργειας για να τη μετατρέψουν σε χημική ενέργεια.
Δεδομένου ότι το διοξείδιο του άνθρακα CO2 είναι τροφή για τα φυτά, επίσης η ποσότητα αυτού του αερίου στον αέρα είναι μεγάλης σημασίας κατά τη διαδικασία της φωτοσύνθεσης. Όσο υψηλότερη είναι η συγκέντρωση του διοξειδίου του άνθρακα, τόσο ταχύτερη γίνεται η μετατροπή της ενέργειας. Ωστόσο, αυτή η δήλωση δεν ισχύει για υψηλές συγκεντρώσεις αερίων, επειδή συγκεντρώσεις CO2 πάνω από 1% αναστέλλουν τη φωτοσύνθεση και επιπλέον, υψηλές συγκεντρώσεις διοξειδίου του άνθρακα μπορεί να είναι τοξικές για τα φυτά.
Η διαδικασία μετατροπής της ενέργειας στα φυτά μπορεί να περιοριστεί από τη θερμοκρασία. Όπως μπορείτε εύκολα να μαντέψετε, τα φυτά φωτοσυνθέτουν μόνο μέσα σε ένα συγκεκριμένο εύρος θερμοκρασίας. Τα φυτά του βουνού που είναι πιο ανθεκτικά από τα χαμηλότερα άνθη μπορούν να επιβιώσουν στους παγετούς, αλλά φτάνουν λίγο κάτω από το μηδέν.
Αυτό είναι το κατώτερο όριο έναντι της φωτοσύνθεσης. Η ανοχή σε υψηλές θερμοκρασίες είναι πολύ υψηλότερη καθώς το ανώτερο όριο φτάνει τους 55 βαθμούς Κελσίου. Η ποσότητα νερού στην οποία έχει πρόσβαση το φυτό δεν εμπλέκεται άμεσα στη φωτοσύνθεση, αλλά έμμεσα, η έλλειψη νερού μπορεί να εμποδίσει σημαντικά την όλη διαδικασία.
Ένα αφυδατωμένο φυτό κλείνει ή κλείνει τελείως τη στομία, γεγονός που την εμποδίζει σε μεγάλο βαθμό να απορροφήσει διοξείδιο του άνθρακα, και έτσι μειώνει σημαντικά την αποτελεσματικότητα της φωτοσύνθεσης.
Η σημασία της φωτοσύνθεσης για το περιβάλλον
Η φωτοσύνθεση είναι μια φυσική διαδικασία που έχει μεγάλη σημασία για όλους τους ζωντανούς οργανισμούς στη Γη. Χωρίς τη φωτοσύνθεση, η ζωή στη Γη θα ήταν πρακτικά αδύνατη. Χωρίς οξυγόνο και άλλα προϊόντα φωτοσύνθεσης, δεν θα μπορούσαμε να φάμε, να επεξεργαστούμε ενέργεια και κυρίως να αναπνεύσουμε.
Φυσικά, βασικός παράγοντας είναι το οξυγόνο, το οποίο είναι απολύτως απαραίτητο για τους αερόβιους οργανισμούς στη διαδικασία της αναπνευστικής φωσφορυλίωσης, που είναι το σημαντικότερο στάδιο της αναπνοής. Ωστόσο, αυτή δεν είναι η μόνη λειτουργία αυτού του αερίου. Το ατμοσφαιρικό οξυγόνο στη στρατόσφαιρα συμβάλλει επίσης στο σχηματισμό του όζοντος, δηλαδή του οξυγόνου με τρία ατομικά μόρια.
Ακτίνες υπεριώδους ακτινοβολίας από τον ήλιο αλληλεπιδρούν με μόρια οξυγόνου της ατμόσφαιρας, με αποτέλεσμα το σχηματισμό δύο μεμονωμένων μορίων οξυγόνου. Τότε ένα από αυτά αντιδρά με το διπλό μόριο οξυγόνου, παράγοντας όζον.
Το λεγομενο το στρώμα του όζοντος που προστατεύει τον πλανήτη μας από τις βλαβερές συνέπειες των επικίνδυνων ακτίνων του ήλιου και βοηθά στη διατήρηση της σωστής θερμοκρασίας στη Γη.
Είναι ενδιαφέρον ότι τα ίδια τα φυτά χρειάζονται επίσης οξυγόνο για να αναπνεύσουν, ειδικά κατά τη λεγόμενη σκοτεινή φάση της φωτοσύνθεσης. Ωστόσο, το ποσοστό του οξυγόνου που προσλαμβάνεται σε σχέση με το παραγόμενο είναι αμελητέο. Τα φυτά είναι μια ανεξάντλητη πηγή οξυγόνου και ενέργειας. Γι' αυτό είναι τόσο σημαντικό να φροντίζουμε και να προστατεύουμε τη βλάστηση.
Τεχνητή φωτοσύνθεση
Στη δεκαετία του 1970, αναπτύχθηκε η ιδέα της αναδημιουργίας της φυσικής φωτοσύνθεσης σε τεχνητές εργαστηριακές συνθήκες. Αυτή η ιδέα βρίσκεται ακόμη σε ερευνητική φάση και μέχρι στιγμής δεν έχει καταστεί δυνατή η αντιγραφή της πιο χρήσιμης και απαραίτητης διαδικασίας στον κόσμο, αλλά οι επιστήμονες δεν τα παρατάνε.
Υπήρχαν πολλές ιδέες, αλλά η κατάλληλη λύση στο πρόβλημα παραμένει μυστήριο. Οι επιστήμονες έχουν εναποθέσει τις ελπίδες τους σε ένα τεχνητό σύστημα φωτοσύνθεσης κατασκευασμένο από ρουθήνιο και σίδηρο που θα απορροφά φως και μαγγάνιο στο οποίο θα βασίζεται το κέντρο αντίδρασης.
Η τεχνητή παραγωγή χημικών υψηλής ενέργειας με χρήση ηλιακής ενέργειας, διοξειδίου του άνθρακα και νερού θα ήταν εξαιρετικά ωφέλιμη για τον πλανήτη μας. Πιθανώς μια τέτοια ανακάλυψη θα βοηθούσε στην κάλυψη της ζήτησης ενέργειας, κάτι που θα έλυνε το πρόβλημα της ενεργειακής κρίσης που συνεχίζεται εδώ και αρκετές δεκάδες χρόνια.
Επιπλέον, η τεχνητή φωτοσύνθεση θα βοηθούσε στη χρήση περίσσειας επιβλαβούς διοξειδίου του άνθρακα από την ατμόσφαιρα, το οποίο θα μπορούσε επίσης να σταματήσει την επικίνδυνη διαστολή της τρύπας του όζοντος. Οι επιστήμονες ελπίζουν επίσης ότι η εργαστηριακή διαδικασία θα μπορούσε επίσης να είναι μια πιο οικονομική εναλλακτική για την απόκτηση υδρογόνου.