Fotosinteza, producția de oxigen și schimbările climatice

După cunoștințele noastre actuale, Pământul este o planetă unică, deoarece are o biosferă. Conceptul de biosferă a fost introdus la sfârșitul secolului al XIX-lea de un geolog australian, Eduard Suess. Mai simplu spus, este stratul subțire al Pământului unde există viață, unde au loc procese biologice, un sistem care include ființe vii, toate tipurile lor de relații între ele și cu mediul neînsuflețit. Când vedem planeta noastră din spațiu, domină în mare parte albastru și alb, ceea ce este rezultatul împrăștierii radiației solare în diferite moduri (împrăștierea Rayleigh, Mie). O culoare tipică este și verde, care este culoarea vegetației, aceasta este cauzată de un colorant numit clorofilă, care stă la baza fotosintezei.

Sursa: https://earthobservatory.nasa.gov

La tropice, flora și fauna sunt cele mai diverse, denumirea sa oficială este că biodiversitatea este cea mai mare. Aici nu a existat o perioadă de gheață care să fi putut distruge speciile care au trăit și s-au dezvoltat acolo, fie că sunt plante, animale, ciuperci sau bacterii. Am mai vorbit despre Amazon și despre știrile controversate despre incendiile forestiere. Cu ce omul a preluat treptat controlul asupra biosferei, supărând echilibrul, ceea ce duce aparent la dezastre naturale.

Biologul britanic James Lovelock a formulat teoria Gaia, conform căreia toate părțile vii și neînsuflețite ale Pământului sunt conectate, formează un sistem, iar lumea vie are, de asemenea, un efect de formare a climei. De exemplu, ozonul (O3) este fabricat din oxigen, ozonul protejează biosfera, astfel plantele au capacitatea de a fotosinteza, ducând la oxigen, din care se formează ozonul. Dacă ne întrebăm dacă găina a fost prima sau oul, atunci oul: fotosinteza a început astfel în oceane.

Așadar, biosfera nu numai că se adaptează condițiilor climatice, ci și o modelează.

Cu toate acestea, faptul că omul, care este de fapt parte a biosferei, a pătruns în natură poate accelera această schimbare, reducând astfel șansele ca organismele biologice să poată urma schimbarea, deoarece evoluția este un proces și mai lent. Ar trebui imaginat ca și cum clima ar fi o linie dreaptă (albastră), iar evoluția ar fi fost înfășurată în jurul acelei linii (verde), ținând astfel pasul cu ea. Cu toate acestea, dacă trageți linia mult mai repede (albastru) decât trageți elica (verde), atunci lucrurile vii nu pot ține pasul cu schimbările climatice.

Viața are nevoie de energie.

Această energie este absorbită de diferite ființe vii în moduri diferite. Eu, de exemplu, într-o dimineață de toamnă sub formă de terci de mere-scorțișoară, cineva ca o felie de pâine prăjită și altul ca un ou prăjit. Iar golden retriever-ul nostru nu atât de vechi, dar și mai vechi, așteaptă în permanență ultima bucată de brânză sau vârful de croissant rămas de la micul dejun.

Există două tipuri de ființe vii, organismele care se construiesc și cele care se descompun. Constructorii produc materie organică, pe care descompunătorii o elimină după numele lor, câștigând astfel substanțe nutritive și energie pentru viață. Cu toții suntem organisme heterotrofe, degradante sau consumatoare. Organismele autotrofe sunt capabile să producă materia organică necesară pentru alimentarea proceselor de viață din compuși anorganici simpli, dioxid de carbon, apă și săruri minerale folosind o sursă de energie externă. Chemosintetizatorii folosesc energia chimică, iar fotosintetizatorii folosesc energia luminii, Soarele. Organismele heterotrofe se hrănesc cu materie organică produsă de autotrofi (adică, de fapt, energia luminii).

Unul în ceea ce privește viața terestră, dar poate cel mai important proces este fotosinteza. Materia organică produsă, pe de o parte, și „Produsul secundar” al acestuia este oxigenul și, de fapt, stratul de ozon, deoarece ozonul se formează din oxigenul din stratosferă sub influența radiației UV, care este o stare de echilibru, adică cantitatea de ozon nu se modifică în timp. Sub lumină, există doar formarea și descompunerea ozonului, dacă nu există lumină, concentrația de ozon rămâne constantă, deoarece nu există un mecanism de consum și de producere. Toate procesele de mai sus sunt esențiale pentru viața pe Pământ.

Foarte simplu în timpul fotosintezei, apa și dioxidul de carbon sunt transformate în glucoză și oxigen prin energia luminii. Poate fi împărțit în două secțiuni paralele: secțiuni deschise și întunecate. Reacția luminii are loc în faza luminoasă atunci când energia luminii absorbite de clorofila verde (precum și carotenul galben și xantofila) deja menționate mai sus este legată și transformată în energie chimică. Faza întunecată nu are loc în întuneric, pur și simplu nu necesită lumină, apoi dioxidul de carbon este captat și transformat în carbohidrați, care sunt apoi folosiți de plantă. „Produsul secundar” al secțiunii de lumină este oxigenul.

Deci lumina este esențială pentru plante, afectează și creșterea și reproducerea. Curba de răspuns la lumină reprezintă fotosinteza netă în funcție de iradiere. Această curbă arată efectul luminii asupra fotosintezei, adică a plantei. Fotosinteza este adesea caracterizată prin sechestrarea dioxidului de carbon. Când nu există lumină, nu există sechestrare de carbon și chiar și plantele respiră ca oamenii, emitând dioxid de carbon. Deasupra punctului de compensare a luminii, intensitatea fotosintezei crește și până la un anumit punct de saturație, până acum planta este dependentă de lumină, limitată de lumină. După aceea, planta primește deja „suficientă” lumină, nu îi lipsește, un alt factor intră în imagine, care determină și limitează încorporarea dioxidului de carbon. Acest punct de compensare a luminii variază, de asemenea, în funcție de dezvoltare și specie.

Imagine: tankonyvtar.hu

Când îl plantăm în grădina noastră, la ce mai acordăm atenție? Pe lângă faptul că planta noastră iubește lumina sau umbra, trebuie să luăm în considerare și temperatura, deoarece nu pot lăsa mai slab afară iarna, trebuie dusă în pivniță! Diferite specii se simt confortabil în diferite intervale de temperatură, acest lucru este evident și în fotosinteza lor.

Imagine: tankonyvtar.hu

Procesele biochimice sunt, de asemenea, afectate de temperatură. În figura (A), 380 ppm este nivelul concentrației de dioxid de carbon atmosferic, care din păcate este mai mic decât nivelul actual, deoarece a depășit 400 ppm în ultimii ani. Figura (B) prezintă 6-700 ppm. Plantele C3 realizează o saturație de lumină a fotosintezei la intensități de lumină mai mici, astfel încât se „simt mai bine” la umbră, spre deosebire de plantele C4. Prin urmare, pe termen mai scurt, creșterea concentrațiilor de dioxid de carbon va crește intensitatea fotosintezei dacă există o cantitate adecvată de apă și alți nutrienți și nu există secetă, ceea ce nu este clar pentru viitor. Nici nu trebuie să uităm că excesul de dioxid de carbon pe care îl avem în dificultate provine din surse umane, deoarece nu are o chiuvetă naturală. Acest surplus provine din reziduurile de plante și animale depozitate pe parcursul a milioane de ani (combustibili fosili).

Deci, faptul că avem mai multe câmpuri de porumb, nu putem reduce semnificativ cantitatea de dioxid de carbon din atmosferă, deoarece porumbul stochează dioxidul de carbon doar pentru o perioadă scurtă de timp., mai ales dacă îl mâncăm la cinema sub formă de popcorn, folosim energia obținută din acesta și expirăm dioxidul de carbon. Rețineți totuși că, în acest caz, de fapt, folosim energia Soarelui, deoarece această energie a fost legată de porumb.

Biosfera și atmosfera schimbă apă, cărbune și energie, iar astfel de procese de schimb sunt factori importanți ai climei de pe Pământ. Măsurând aceste procese de schimb, putem crea modele empirice extinse empiric pentru a aproxima variabilele cheie din biosferă. Un exemplu al rezultatului unui astfel de model este prezentat în figura de mai jos:

Modele globale de fluxuri de dioxid de carbon, căldură latentă și căldură sensibilă derivate din observația Eddy Covarianță, satelit și meteorologie

Figura prezintă valorile de corelație, adică modul în care valorile GPP și TER într-o anumită zonă geografică sunt legate de temperatură (roșu) și precipitații (albastru).
Dar ce înseamnă aceste cuvinte mozaic? GPP este producția primară brută, cantitatea de dioxid de carbon absorbită de vegetație din atmosferă, care are ca rezultat reducerea dioxidului de carbon la carbohidrați în timpul fotosintezei. O parte din carbonul legat este cheltuit de plantă pentru respirație, restul de carbon legat în stocul de plante este NPP, adică producția primară netă, care este creșterea biomasei vegetale. Activitatea respiratorie a ecosistemului terestru este TER, care include și activitatea respiratorie a organismelor autotrofe și heterotrofe. Bilanțul net de carbon al unui ecosistem este cantitatea de TER-GPP.

Și atunci ce reprezintă hărțile de mai sus? În regiunile subtropicale, diferențele anuale în GPP și TER sunt mai strâns legate de schimbările interanuale ale precipitațiilor, după cum se poate observa din culoarea albastru închis. Zonele roșii închise care indică regiuni reci, reci și umede sunt mai expuse la schimbarea temperaturii în general. La tropice domină și albastru închis și roșu închis, datorită faptului că respirația solului este mult mai limitată de umiditate decât de temperatură.

Modul în care plantele se vor adapta viitoarelor schimbări climatice (precipitații, temperatură) este un subiect puțin cunoscut, cercetat activ. În orice caz, nu ne putem baza pe pădurile tropicale pentru a ne rezolva situația, deoarece ele folosesc și cea mai mare parte a oxigenului produs. Pe de altă parte, efectul lor de schimbare a climei, rolul lor în gestionarea căldurii și a apei de pe Pământ, care este un element pilon al sistemului climatic, este incontestabil și incredibil de mare.!