Корсак К.В., Плахотнік О.В. Основи сучасної екології - Енергія у біосфері (частина 2)

Скачати повну версію книжки (з малюнками, картами, схемами і таблицями) одним файлом Скачати підручник Основи сучасної екології

Для утворення одного моля (нагадаємо, що йдеться про таку кількість речовини, яка містить 6,23·1023 молекул) глюкози масою 180 г необхідно 264 г вуглекислого газу, 108 г води і 674 ккал енергії фотонів (21% добової енергетичної потреби середнього землянина чоловічої статі).
Оскільки у кожний певний момент рослини на території, яка дещо перевищує половину площі поверхні Землі, мають змогу здійснювати фотосинтез, то за рік його "продукція" (у сухій масі) досягає не менш як 50 млрд т (верхня межа оцінок досягає навіть 250 млрд т). З атмосфери вилучається на 40% більша маса вуглекислого газу, а маса виділеного кисню майже дорівнює синтезованій рослинами органічній речовині.
Можна захоплюватися грандіозністю всеземних фотосинтетичних явищ, але погляньмо, який коефіцієнт корисної дії (ККД) процесу фотосинтезу і яку частину всього потоку енергії від Сонця "консервують" для споживачів рослини.
Землі досягає усього одна двомільярдна частина загального випромінювання Сонця, але і його потужність перевищує 200 000 млрд кВт (N0). Розподіл потоку енергії Сонця зображено на рис. 12 (вертикальною стрілкою показано справжні здобутки фотосинтезу!).

Рис. 12. Розподіл потоку енергії Сонця (доступно при скачуванні повної версії)

Звичайно, можна дискутувати, що не 0,02% всього потоку енергії з неба накопичують рослини, а 0,04% (оцінювання, як вже зазначалося, не абсолютно точне, можливі помилки у 2-3 рази), але це не змінює основного: всі рослини суходолу та водорості океанів використовують для фотосинтезу менше 0,1% всього потоку сонячної енергії, який досягає атмосфери Землі.
Яка ж величина ККД самого процесу фотосинтезу? Теоретично – аж 32%!
Насправді ККД полів високоефективних зернових (кукурудза, рис, пшениця тощо) навіть у період найбільшої фотосинтетичної активності не перевищує 3%. Зрозуміло, середній за рік ККД зернового поля виявиться значно нижчим.
Зниження ККД зумовлюється багатьма причинами. Зокрема, до внутрішніх належить необхідність негайно витрачати трохи менше чверті вловленої енергії фотонів на дихання, мало не втричі більше – на роботу тих "помп", які проганяють крізь його судини і клітини дуже велику кількість води з мінеральними речовинами.
Такою високою є плата за те, що рослини "завоювали" сушу!
Ефективність фотосинтезу, як і маса кінцевого врожаю, лімітується (обмежується) також зовнішніми умовами, насамперед освітленням, температурою, опадами, родючістю грунту. Вся історія рослинництва є намаганням землеробів забезпечити рослини передусім необхідною кількістю води та органічними й мінеральними добривами, підвищити до максимуму родючість ниви. Раціонально керувати світлом і теплом вдається лише в теплицях. Останнім часом вчені розвинених країн створили досить складну математичну модель керування і програмування врожаю, застосування якої майже сповна реалізує всі можливості фотосинтезу наземних рослин.
З численних проблем, які розв'язують одночасно багато наук у сфері рослинництва і фотосинтезу, виокремимо дві.
Насамперед ідеться про застосування генної інженерії для конструювання нових рослин чи надання незвичних характеристик існуючим. Час від часу у пресі з'являються сенсаційні фото. Це може бути капуста, яка зростом значно перевищує людину, надкарликовий рис чи пшениця, у якої колос росте мало не від коріння, або щось таке, чого не було в природі. Цей шлях обіцяє у недалекому майбутньому підвищення врожайності завдяки застосуванню принципово нових методів створення нових сортів і видів рослин. Та його можливості обмежені згаданими вище принциповими перепонами.
Значно більшого можна чекати від завершення розшифрування ланцюгів реакцій, які здійснюються під час фотосинтезу, від створення його штучного аналогу на основі синтезованого хлорофілу або ж за рахунок використання принципово інших молекул. Це дасть змогу перетворити пустелі або частину поверхні тропічних морів у місця найвищої у світі біопромисловості, продукцією якої буде їжа та інші необхідні людям органічні речовини.
Вчені вже подолали більшу частину цього нелегкого шляху, але лишилося ще чимало нерозгаданого щодо заключних стадій фотосинтезу.

◄ Енергія у біосфері (частина 1)

Зміст підручника "Корсак К.В., Плахотнік О.В.Основи сучасної екології."

Енергія у техносфері (частина 1) ►

Скачати повну версію книжки (з малюнками, картами, схемами і таблицями) одним файлом Скачати підручник Основи сучасної екології

Загрузка...