Яка б частину спектру цього випромінювання ні по-глощалась на Землі, це в кінцевому рахунку призводить головним чином до нагрівання поверхні плані-ти і її атмосфери, або ж енергія знову випускаючи-ється в космічний простір. Яка ж роль фотосинтезу, фотосинтезуючих організмів в уловлюванні цієї енергії? Чому стверджують, що фотосинтез - це енергетична основа биоло-ня процесів, енергетичний рушій розвитку біосфери? Чому говорять як про фотоавтотрофи (тобто про харчування за рахунок світла) біосф-ри в цілому, так і про фотоавтотрофи людства, а життя на Землі називають космічним явищем перш за все тому, що вона існує і розвиває-ся за рахунок енергії, що надходить до нам з космосу - від найближчого космічного світила?
Як відомо, фотосинтез рослин полягає в перетворенні і запасанні сонячної енергії, в результаті якого з простих речовин - вугле-кислоти і води - синтезуються вуглеводи і виокрем-ляется молекулярний кисень. У загальному вигляді цей процес можна описати таким рівнянням (рис. 2).
Незважаючи на гадану простоту фотосинтезу, на Землі, мабуть, немає більш дивного про-процесу, який зміг би в такій мірі преобразо-вать нашу планету.
Як випливає з рівняння (рис. 2), на кожен ас-сімілірованний в процесі фотосинтезу моль уг-лекіслоти запасається 114 ккал енергії. У чому ж полягає гідність запасання сонячної енергії рослинами в порівнянні з неорганізованою ( "нефотосинтезуючі") системою? Будь-яке ве-суспільством, поглинаючи квант сонячної енергії, пере-ходить в збуджений стан, що вже можна розглядати як перетворення енергії елект-ромагнітного 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 ор-ганических молекул типу хлорофілу цей процес відбувається за 10-8 - 10-9 сек) і, отже, в ві-де збуджених станів енергія світла може бути запасена лише на незначні частки Секун-ди. В результаті ж фотосинтезу енергія поглинений-ного 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 расті-ний або тварин). Але цим, звичайно, не исчерп-ється 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 од-ном перевагу фотосинтезу: запасання солнеч-ної енергії відбувається в дуже зручною для биоло-ня 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 мо-гут бути використані рослинами або "з'їв-ми" їх нефотосинтезуючі (гетеротрофних) організмами для покриття своїх енергетичних потреб, для біосинтезу власних висо-комолекулярних з'єднань.
Мал. 1. Інтенсивність падаючого на Землю сонячного випромінювання (НL) в залежності від довжини хвилі. Заштриховані області відповідають неспостережуваних на рівні моря ділянкам спектра через їх поглинання вказано-ними 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 космічному про-Мандрівний. Під ред. С.Л. Валлея і Мак Гроу-Хілла, Нью-Йорк, 1965).
Мал. 2. Рівняння фотосинтезу кіслородвиделяющіх фотосинтезирующих організмів.
Масштаби фотосинтетичного Перетворюва-ня і запасання сонячної енергії величезні: каж-дий рік 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, протекаю-щий з запасанием (зі збільшенням) вільної енер-гии. Всі інші процеси, як в рослинах, так і в тварин, проходять за рахунок хімічної енергії, що накопичується в фотосинтезуючих організмах в результаті перетворення поглиненого солнеч-ного світла. Отже, практично вся жива матерія на Землі являє собою прямий або віддалений результат фотосинтетичної діяль-ності рослин, які є посередниками між невичерпним джерелом енергії - Солн-цем і всім живим світом нашої планети. Саме тому ми говоримо про фотоавтотрофи біосфери Землі, в тому числі і про фотоавтотрофи чоловіча-ства. Населення Землі щорічно споживає близько 1 млрд. Тонн продуктів харчування, що відповідає 15 • 1018 Дж, якщо вважати чисельність населення дорівнює 5 млрд. Чоловік. Отже, человечест-під споживає у вигляді органічних речовин лише близько 0,5% всієї енергії, що запасається в результаті фотосинтезу. Загальне споживання енергії в миро-вом масштабі становить 3 - 4 • 1020 дд в рік, тобто близько 10% всієї енергії, що запасається за рік благода-ря фотосинтезу. Розвідані запаси викопного палива (нафти, газу, вугілля, торфу) по запасеної в них енергії відповідають продукції фотосінте-ної діяльності на Землі приблизно за 100 років, що еквівалентно також енергії, яка міститься у всій біомасі, що знаходиться в насто-ящее 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 орга-низмов. Кількість СО2, залучаємо в цикл "фо-тосінтез-дихання", 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 перш все-го з появою додаткового джерела СО2 внаслідок інтенсивного спалювання викопного палива, яке еквівалентно в даний час 5 • 109 тонн вуглецю на рік і збільшується в середньому на 4,3% на рік.
Інші новини по темі: