Растение и солнечная энергия

Достойная партнерка заработок в сети с partnerearning.com лучшая монетизация .

Зависимость растительных организмов от лучистой энергии Солнца, связь между Солнцем и растением на Земле были подмечены человеком очень давно. Об этом свидетельствуют многочисленные религиозные мифы древности. Именно эти первые наблюдения человека над причинной связью явлений породили уходящие в далекую давность представления об умирающих и воскресающих божествах (бог растительности Адонис у финикиян, умирающий осенью и воскресающий весной, бог Озирис у египтян, Митра — древнеперсидский бог солнца и растительности) и связанные с этими представлениями религиозные обряды.

Земля представляет собою холодную, давно остывшую планету, единственным источником энергии для которой является Солнце. Бурные порывы урагана и тихий шум лесного ручья, монотонное движение фабричных станков и пугливые движения степной антилопы, гелиотропические движения подсолнечника и мысль, возникающая в мозгу гения, — все это процессы, идущие за счет энергии, посылаемой Солнцем.

Количество лучистой энергии, получаемое Землей от Солнца, исключительно велико. Каждую минуту на земную поверхность падает 1 590 тыс. млрд. больших калорий лучистой энергии. Это равно энергии от годовой продукции нефти и каменного угля, намечаемой пятилетним планом на 1950 г. За год Земля получает 840 ООО ООО ООО млрд. кг кал, что соответствует энергии, получаемой от 116 тысяч млрд. т каменного угля (кокса) или 84 ООО млрд. т нефти и в 85 тысяч раз превышает энергию от мировой добычи названных ископаемых в 1936 г.

Растение является единственным организмом, обладающим способностью накоплять солнечную энергию в процессе ассимиляции углекислоты. Ассимиляция (фотосинтез) есть, может быть, единственный в мировом пространстве процесс, с помощью которого совершается накопление лучистой энергии в виде химической энергии органических веществ. Все явления жизни — процессы, происходящие в организмах, механические движения животных, рост растений, и т. д.— и многие неорганические явления (например, движение автомобилей или машин, использующих нефть, каменный уголь, торф или дрова) суть процессы, обязанные своим существованием солнечной энергии, накопленной зеленым листом.

Лист поглощает в среднем 80% падающих физиологически деятельных лучей (40% общего солнечного излучения) В процессе ассимиляции используется от 40 до 70% энергии, поглощенной листом. Следовательно. 30—50% видимых и ультрафиолетовых лучей, падающих на растение, аккумулируется при образовании органических веществ. Такому коэффициенту использования может позавидовать любой механизм. Даже при пересчете на общее излучение Солнца, включая и инфракрасные лучи, коэффициент полезного действия фотосинтеза будет составлять 15—25%. 13 естественной обстановке вследствие неравномерного освещения различных листьев, взаимного затенения растений и пр. коэффициент использования солнечных лучей снижается до 3—5%.

Ежегодно зеленой поверхностью в процессе фотосинтеза усваивается 104 ООО ООО млрд. кг-кал. Это соответствует 35 млрд. т сухого вещества (древесины).

Доля энергии, используемая на Земле на синтез органического вещества, сравнительно невелика —0,012% падающих на земную поверхность лучей. Остальные 99,988%, падая на пространство, лишенное растительности, безвозвратно пропадают в мировом пространстве.

Со второй половины XVII столетия, после классических исследований Ньютона и Гюйгенса, стало известно, что солнечный луч состоит из отдельных, различно окрашенных частей и что каждая составная часть имеет определенную длину волны.

Органом, с помощью которого растение улавливает и поглощает лучистую энергию, является лист. В листе — специфическом инструменте, выработанном в результате длительного приспособления для поглощения и превращения лучистой энергии Солнца, совершается процесс ассимиляции углекислоты и многие другие фотохимические явления. Лист — это сложнейший и совершеннейший оптический аппарат. Его толщина как раз такова, что позволяет улавливать 80% падающих видимых и ультрафиолетовых лучей. Число, форма и площадь листьев создают для растения огромную поглощающую поверхность. Так, типичное растение хлопчатника высотой в 0,5 м, содержащее 17—18 узлов, имеет в среднем 2 000 кв. см листовой поверхности и каждую минуту поглощает 1 500 г-кал. лучистой энергии — количество, достаточное для того, чтобы в течение 5 минут довести до кипения л воды, имеющей комнатную температуру. Общая поверхность листьев в несколько раз пре

Строение листа подсолнечника

Листовая мозаика клена

вышает площадь, занимаемую растением. Один гектар того же хлопчатника при оптимальной густоте тояния (100 ООО растений 1 га) имеет листовую поверхность, равную двум гектарам, и с помощью листьев ежеминутно улавливает 150 ООО больших калорий энергии солнечных лучей; сто соответствует количеству тепла, необходимому для испарения 8 куб. м воды.

Благодаря способности листьев всегда располагаться перпендикулярно направлению лучей, они размещаются таким образом, что в минимальной степени затеняют друг друга (рис 2) и позволяют растению улавливать оптимальное количество солнечных лучей. Достаточно сказать, что растительные организмы могут развиваться и, следовательно, ассимилировать углекислоту даже при интенсивности в 0,01 г-кал см². (800 люксов) — интенсивности, составляющей 1—2% полной солнечной радиации.

Местом, где совершается процесс фотосинтеза, является зеленая пластида. Пластиды, содержащие пигменты, как и листья, обладают способностью к самостоятельным передвижениям под влиянием солнечных лучей. Это явление, называемое фототаксисом, определяется направлением и интенсивностью падающих лучей. При высокой интенсивности излучения пластиды перемещаются на боковые стенки клеток и становятся параллельно направлению лучей. При низкой интенсивности они располагаются на передней и задней стенках клеток и поворачиваются к лучам своей плоской стороной.

Протоплазма, как и входящие в ее состав белки, жиры и углеводы, а также всевозможные ферменты, гормоны и другие вещества, без которых немыслим ни один жизненный процесс, поглощают лишь ультрафиолетовые лучи и совсем не могут поглощать видимые лучи. Между тем, фотохимические процессы, в том числе и фотосинтез, совершаются именно в этих, не поглощаемых протоплазмой видимых человеческим глазом лучах. Это противоречивое явление, несовместимое с законом сохранения энергии (в фотохимии — закон Гроттгуса), объясняется тем, что в растении существуют специальные вещества — сенсибилизаторы, которые, поглощая лучистую энергию, передают ее участвующим в фотохимической реакции веществам. В качестве таковых выступают уже известные нам пигменты.

Область солнечной радиации, расположенная в зоне поглощения всей совокупностью растительных пигментов, называется физиологической радиацией. Это — видимые и ультрафиолетовые лучи, лежащие между 300 и 750 та. В природе при прямом солнечном освещении 75% физиологической радиации поглощается хлорофиллом. Это — в основном оранжево красные и фиолетовые лучи.

К. А. Тимирязев первый показал, что фотосинтез, несмотря на всю свою сложность, совершается по обычным законам физики и что закон сохранения энергии, незадолго перед тем установленный Мейером и Гельмгольцем, приложим не только к явлениям неживой природы, но и к таким сугубо биологическим процессам, как фотосинтез. Помещая листья растений в различные области солнечного спектра, Тимирязев установил, что скорость выделения кислорода, которым сопровождается образование органических веществ из воды и углекислоты, прямо пропорциональна поглощению лучистой энергии хлорофиллом. Фотосинтез идет с максимальной скоростью в оранжево-красных лучах, падая как в крайних красных, так и в зеленых лучах (рис. 4). Позднее Энгельман, пользуясь бактериальным методом, подтвердил, что только при освещении зеленых пластид совершается выделение кислорода и, следовательно, синтез органического вещества.

Растительный мир прошел длительный и сложный путь эволюционного развития. На протяжении тысячелетий растения слушали прекрасного лектора — природу и прочно усвоили советы, даваемые им. Отбросив лишнее и несовершенное, они создали изумительный оптический инструмент — лист, вооруженный тончайшим пигментным аппаратом, позволяющим улавливать тысячные доли лучистой энергии, посылаемой Солнцем. И недаром один из ученых, ознакомившись со строением и свойствами листа, удивленно сказал: «Растение обладает гораздо более основательными знаниями по физике, чем мы готовы допустить», а Тимирязев считал возникновение хлорофилла в процессе эволюции «наиболее поразительным примером приспособления организмов к условиям окружающей среды».

недорогие стереомикроскопы для медицины .