.осінтез рослин полягає в перетворенні і запасанні сонячної енергії, в результаті якого з простих речовин вуглекислоти і води синтезуються вуглеводи і виділяється молекулярний кисень. У загальному вигляді цей процес можна описати таким рівнянням (рис. 2).
Незважаючи на гадану простоту фотосинтезу, на Землі, мабуть, немає більш дивного процесу, який зміг би в такій мірі перетворити нашу планету.
Як випливає з рівняння (рис. 2), на кожен асимільований в процесі фотосинтезу моль вуглекислоти запасається 114 ккал енергії. У чому ж полягає гідність запасання сонячної енергії рослинами в порівнянні з неорганізованою ( "нефотосинтезуючі") системою? Будь-яка речовина, поглинаючи квант сонячної енергії, переходить в збуджений стан, що вже можна розглядати як перетворення енергії електромагнітного випромінювання і її запасання. Однак енергія електронного збудження дуже швидко (за 10-13 10-11 сек) витрачається на тепло або ж знову випромінюється в простір (для складних органічних молекул типу хлорофілу цей процес відбувається за 10-8 10-9 сек) і, отже, у вигляді збуджених станів енергія світла може бути запасена лише на незначні частки секунди. В результаті ж фотосинтезу енергія поглиненого кванта світла (або, краще сказати, частина цієї енергії) запасається надовго: від хвилин і годин до сотень і навіть мільйонів років (як це мало місце, наприклад, при утворенні горючих копалин нафти, природного газу, кам'яного вугілля , торфу в результаті розкладання наземних і морських рослин або тварин). Але цим, звичайно, не вичерпується специфіка фотосинтезу у використанні сонячної енергії. Так, формування гірських льодовиків і озер теж відбувається за рахунок енергії Сонця, що йде на випаровування води, і при цьому теж відбувається запасання сонячної енергії на тривалий час. У зв'язку з цим говорять про ще одну перевагу фотосинтезу: запасання сонячної енергії відбувається в дуже зручною для біологічного використання формі - молекулярної, у вигляді багатих енергією зв'язків, в основному в цукрі і їх похідних, а також в амінокислотах, білках, жирах, які в будь-який необхідний момент можуть бути використані рослинами або "які з'їли" їх нефотосинтезуючі (гетеротрофних) організмами для покриття своїх енергетичних потреб, для біосинтезу власних високомолекулярних сполук.
Мал. 1. Інтенсивність падаючого на Землю сонячного випромінювання (Н) в залежності від довжини хвилі. Заштриховані області відповідають неспостережуваних на рівні моря ділянкам спектра через їх поглинання зазначеними компонентами атмосфери. 1 - Сонячне випромінювання за кордоном атмосфери, 2 - сонячне випромінювання на рівні моря, 3 - випромінювання абсолютно чорного тіла при 5900 К. (Довідник з геофізики і космічного простору. Під ред. С.Л. Валлея і Мак Гроу-Хілла, Нью- Йорк, 1965).
Мал. 2. Рівняння фотосинтезу кіслородвиделяющіх фотосинтезирующих організмів.
Масштаби фотосинтетичного перетворення і запасання сонячної енергії величезні: щороку за рахунок фотосинтезу на Землі утворюється близько 200 млрд. Тонн біомаси, що еквівалентно енергії, що дорівнює 3 1021 Дж або 7,2 1020 кал. При цьому необхідно мати на увазі, що фотосинтез єдиний біологічний процес, що протікає з запасанием (зі збільшенням) вільної енергії. Всі інші процеси, як в рослинах, так і в тварин, проходять за рахунок хімічної енергії, що накопичується в фотосинтезуючих організмах в результаті перетворення поглиненого сонячного світла. Отже, практично вся жива матерія на Землі являє собою прямий або віддалений результат фотосинтетичної діяльності рослин, які є посередниками між невичерпним джерелом енергії Сонцем і всім живим світом нашої планети. Саме тому ми говоримо про фотоавтотрофи біосфери Землі, в тому числі і про фотоавтотрофи людства. Населення Землі щорічно споживає близько 1 млрд. Тонн продуктів харчування, що відповідає 15 1018 Дж, якщо вважати чисельність населення дорівнює 5 млрд. Чоловік. Отже, людство споживає у вигляді органічних речовин лише близько 0,5% всієї енергії, що запасається в результаті фотосинтезу. Загальне споживання енергії в світовому масштабі становить 3 4 1020 Дж на рік, тобто близько 10% всієї енергії, що запасається за рік завдяки фотосинтезу. Розвідані запаси викопного палива (нафти, газу, вугілля, торфу) по запасеної в них енергії відповідають продукції фотосинтетичної діяльності на Землі приблизно за 100 років, що еквівалентно також енергії, яка міститься у всій біомасі, що знаходиться в даний час на нашій планеті.
Асиміляція ДВООКИСУ ВУГЛЕЦЮ
Щорічна асиміляція вуглекислого газу на Землі в результаті фотосинтезу становить близько 260 млрд. Тонн, що еквівалентно 7,8 10 тонн вуглецю, і це зв'язування вуглецю компенсується виділенням практично такого ж кількості СО2 в результаті дихання нефотосинтезирующих організмів. Кількість СО2, залучаємо в цикл "фотосінтездиханіе", становить близько 10% маси вуглекислого газу в атмосфері, яка в 1980 році була еквівалентна 7,1 10 "тонн вуглецю. У той же час до 1860 року атмосфера містила лише 6,1 10й тонн вуглецю у вигляді СО2, і це 15% -ве збільшення СО2 в атмосфері пов'язують насамперед з появою додаткового джерела СО2 внаслідок інтенсивно