Fotosüntees on elutähtis protsess, mille käigus taimed toodavad hapnikku. See seisneb orgaaniliste ühendite sünteesis õhust võetud süsinikdioksiidi, pinnasest saadud mineraalsooladega vee ja päikeseenergia osalusel.
Selle protsessi käigus muudetakse valgusenergia keemiliseks energiaks. Nii toituvad rohelised taimed ja mõned sobivate assimilatsioonipigmentidega bakterid. Fotosünteesi käigus tekkiv hapnik on eluks hädavajalik nii inimesele kui ka paljudele teistele elusorganismidele, mistõttu on haljastuse eest hoolitsemine nii oluline. Kui taimed sureksid, saaks Maal hapnik otsa, mis muidugi tapaks kõik teised organismid.
Mis määrab fotosünteesi intensiivsuse?
Fotosüntees võib olla kiirem või aeglasem, olenevalt mitmest olulisest tegurist. Kõige olulisem on muidugi valguse hulk, mis taimeni jõuab. Mida suurem on lehtedele ja varrele langevate valguskiirte intensiivsus, seda kiiremini toimub fotosüntees. Igal taimel on oma lemmik heledad värvid. Mõned neist neelavad kõige rohkem sinist valgust, teised eelistavad kollast ja rohelist valgust.
Kõik sõltub liigist ja taime sees assimileeriva pigmendi keemilisest struktuurist. Soodsates tingimustes saavad taimed (peamiselt nende lehed) kasutada umbes 5% valgusenergiast, et muuta see keemiliseks energiaks.
Kuna süsihappegaas CO2 on taimede toit, on fotosünteesi protsessis oluline ka selle gaasi hulk õhus. Mida suurem on süsinikdioksiidi kontsentratsioon, seda kiiremini toimub energia muundamine. See väide ei kehti aga kõrge gaasikontsentratsiooni puhul, sest üle 1% CO2 kontsentratsioon pärsib fotosünteesi ning pealegi võib kõrge süsinikdioksiidi kontsentratsioon olla taimedele mürgine.
Energia muundamise protsessi taimedes saab piirata temperatuuriga. Nagu võite kergesti arvata, fotosünteesivad taimed ainult teatud temperatuurivahemikus. Alumistest õitest vastupidavamad mägitaimed võivad külma üle elada, kuid need ulatuvad veidi alla nulli.
See on fotosünteesi alumine piir. Kõrge temperatuuri taluvus on palju suurem, kuna ülempiir on 55 kraadi Celsiuse järgi. Veekogus, millele taim ligi pääseb, ei ole otseselt fotosünteesiga seotud, kuid kaudselt võib veepuudus kogu protsessi oluliselt pärssida.
Kuivatatud taim sulgeb või sulgeb täielikult stoomi, mis suures osas takistab tal süsihappegaasi neeldumist ja seega väheneb oluliselt fotosünteesi efektiivsus.
Fotosünteesi tähtsus keskkonnale
Fotosüntees on loomulik protsess, millel on suur tähtsus kõigi Maa elusorganismide jaoks. Ilma fotosünteesita oleks elu Maal praktiliselt võimatu. Ilma hapniku ja muude fotosünteesiproduktideta ei saaks me süüa, energiat töödelda ja ennekõike hingata.
Loomulikult on võtmeteguriks hapnik, mis on aeroobsete organismide jaoks hädavajalik hingamise fosforüülimise protsessis, mis on hingamise kõige olulisem etapp. Kuid see pole selle gaasi ainus funktsioon. Atmosfääri hapnik stratosfääris aitab kaasa ka osooni ehk kolme aatomimolekuliga hapniku tekkele.
Päikese ultraviolettkiirguse kiired interakteeruvad atmosfääri hapnikumolekulidega, mille tulemusena moodustuvad kaks üksikut hapnikumolekuli. Seejärel reageerib üks neist kahekordse hapnikumolekuliga, tekitades osooni.
Niinimetatud osoonikiht, mis kaitseb meie planeeti ohtlike päikesekiirte kahjulike mõjude eest ja aitab hoida Maal õiget temperatuuri.
Huvitaval kombel vajavad ka taimed ise hingamiseks hapnikku, eriti fotosünteesi nn pimedas faasis. Kuid omastatud hapniku protsent toodetud hapnikust on tühine. Taimed on ammendamatu hapniku- ja energiaallikas. Seetõttu on taimestiku eest hoolitsemine ja kaitsmine nii oluline.
Kunstlik fotosüntees
1970. aastatel töötati välja loomuliku fotosünteesi taasloomise kontseptsioon tehislaboritingimustes. See idee on alles uurimisfaasis ja siiani pole õnnestunud maailma kõige kasulikumat ja vajalikumat protsessi kopeerida, kuid teadlased ei anna alla.
Ideid oli palju, kuid probleemile sobiv lahendus jääb saladuseks. Teadlased on pannud oma lootused kunstlikule fotosünteesisüsteemile, mis koosneb ruteeniumist ja rauast, mis neelab valgust ning mangaanist, millel hakkab põhinema reaktsioonikeskus.
Kõrge energiatarbega kemikaalide kunstlik tootmine päikeseenergia, süsihappegaasi ja vee abil oleks meie planeedile äärmiselt kasulik. Küllap aitaks selline avastus katta energianõudlust, mis lahendaks juba mitukümmend aastat kestnud energiakriisi probleemi.
Veelgi enam, kunstlik fotosüntees aitaks ära kasutada atmosfääri liigset kahjulikku süsinikdioksiidi, mis võib peatada ka osooniaugu ohtliku laienemise. Teadlased loodavad ka, et laboriprotsess võib olla ka säästlikum alternatiiv vesiniku saamiseks.