Die Photosynthese ist ein lebenswichtiger Prozess, bei dem Pflanzen Sauerstoff produzieren. Es besteht in der Synthese organischer Verbindungen unter Beteiligung von Kohlendioxid aus der Luft, Wasser mit aus dem Boden gewonnenen Mineralsalzen und Sonnenenergie.
Dabei wird Lichtenergie in chemische Energie umgewandelt. So ernähren sich Grünpflanzen und einige Bakterien mit entsprechenden Assimilationspigmenten. Der bei der Photosynthese entstehende Sauerstoff ist sowohl für den Menschen als auch für viele andere Lebewesen lebensnotwendig, weshalb die Pflege des Grüns so wichtig ist. Wenn die Pflanzen sterben würden, würde der Erde der Sauerstoff ausgehen, was natürlich alle anderen Organismen töten würde.
Was bestimmt die Intensität der Photosynthese?
Die Photosynthese kann in Abhängigkeit von mehreren wichtigen Faktoren schneller oder langsamer sein. Der wichtigste Faktor ist natürlich die Lichtmenge, die die Pflanze erreicht. Je stärker die Lichtstrahlen auf die Blätter und den Stängel fallen, desto schneller findet die Photosynthese statt. Jede Pflanze hat ihre eigenen Lieblingslichtfarben. Manche absorbieren blaues Licht am meisten, andere bevorzugen gelbes und grünes Licht.
Es hängt alles von der Art und der chemischen Struktur des assimilierenden Pigments im Inneren der Pflanze ab. Unter günstigen Bedingungen können Pflanzen (hauptsächlich ihre Blätter) etwa 5% der Lichtenergie nutzen, um sie in chemische Energie umzuwandeln.
Da Kohlendioxid CO2 ein Nahrungsergänzungsmittel für Pflanzen ist, ist auch die Menge dieses Gases in der Luft während des Photosyntheseprozesses von großer Bedeutung. Je höher die Konzentration von Kohlendioxid, desto schneller erfolgt die Energieumwandlung. Diese Aussage gilt jedoch nicht für hohe Gaskonzentrationen, da CO2-Konzentrationen über 1 % die Photosynthese hemmen und zudem hohe Kohlendioxidkonzentrationen für Pflanzen gif.webptig sein können.
Der Prozess der Energieumwandlung in Pflanzen kann durch die Temperatur begrenzt werden. Wie Sie leicht erraten können, produzieren Pflanzen nur innerhalb eines bestimmten Temperaturbereichs Photosynthese. Bergpflanzen, die haltbarer sind als die unteren Blüten, können Fröste überleben, aber sie erreichen knapp unter Null.
Dies ist die untere Grenze gegen die Photosynthese. Die hohe Temperaturtoleranz ist viel höher, da die Obergrenze bei 55 Grad Celsius liegt. Die Wassermenge, die der Pflanze zur Verfügung steht, ist nicht direkt an der Photosynthese beteiligt, aber indirekt kann der Wassermangel den gesamten Prozess erheblich hemmen.
Eine dehydrierte Pflanze verschließt oder verschließt die Spaltöffnungen vollständig, was die Aufnahme von Kohlendioxid weitgehend verhindert und damit die Effizienz der Photosynthese deutlich reduziert.
Die Bedeutung der Photosynthese für die Umwelt
Die Photosynthese ist ein natürlicher Prozess, der für alle Lebewesen auf der Erde von großer Bedeutung ist. Ohne Photosynthese wäre Leben auf der Erde praktisch unmöglich. Ohne Sauerstoff und andere Produkte der Photosynthese könnten wir nicht essen, Energie verarbeiten und vor allem nicht atmen.
Der Schlüsselfaktor ist natürlich Sauerstoff, der für aerobe Organismen bei der Phosphorylierung der Atemwege, der wichtigsten Phase der Atmung, unbedingt erforderlich ist. Dies ist jedoch nicht die einzige Funktion dieses Gases. Auch Luftsauerstoff in der Stratosphäre trägt zur Bildung von Ozon bei, also Sauerstoff mit drei Atommolekülen.
Strahlen ultravioletter Strahlung der Sonne interagieren mit atmosphärischen Sauerstoffmolekülen, was zur Bildung von zwei einzelnen Sauerstoffmolekülen führt. Dann reagiert einer von ihnen mit dem doppelten Sauerstoffmolekül und erzeugt Ozon.
Die sogenannte die Ozonschicht, die unseren Planeten vor den schädlichen Auswirkungen gefährlicher Sonnenstrahlen schützt und dazu beiträgt, die richtige Temperatur auf der Erde aufrechtzuerhalten.
Interessanterweise benötigen auch die Pflanzen selbst Sauerstoff zum Atmen, insbesondere während der sogenannten Dunkelphase der Photosynthese. Der Anteil des aufgenommenen Sauerstoffs im Verhältnis zum produzierten ist jedoch vernachlässigbar. Pflanzen sind eine unerschöpfliche Quelle für Sauerstoff und Energie. Deshalb ist es so wichtig, die Vegetation zu pflegen und zu schützen.
Künstliche Photosynthese
In den 1970er Jahren wurde das Konzept entwickelt, die natürliche Photosynthese unter künstlichen Laborbedingungen nachzubilden. Diese Idee befindet sich noch in der Forschungsphase und bisher war es nicht möglich, das nützlichste und benötigte Verfahren der Welt zu kopieren, aber die Wissenschaftler geben nicht auf.
Ideen gab es viele, aber eine angemessene Lösung des Problems bleibt ein Rätsel. Wissenschaftler setzen ihre Hoffnungen auf ein künstliches Photosynthesesystem aus Ruthenium und Eisen, das Licht absorbiert, und Mangan, auf dem das Reaktionszentrum basieren soll.
Die künstliche Herstellung energiereicher Chemikalien aus Sonnenenergie, Kohlendioxid und Wasser wäre für unseren Planeten äußerst vorteilhaft. Wahrscheinlich würde eine solche Entdeckung helfen, den Energiebedarf zu decken, was das Problem der seit mehreren Dutzend Jahren andauernden Energiekrise lösen würde.
Außerdem würde die künstliche Photosynthese helfen, überschüssiges schädliches Kohlendioxid aus der Atmosphäre zu verwerten, was möglicherweise auch die gefährliche Ausdehnung des Ozonlochs stoppen könnte. Die Wissenschaftler hoffen zudem, dass das Laborverfahren auch eine wirtschaftlichere Alternative zur Gewinnung von Wasserstoff sein könnte.