Бентоносные растения поглощают co2 о2 со
Обновлено: 19.09.2024
Экологическая обстановка в мире давно уже перестала радовать земные экосистемы. Множество заводов, без которых человечеству просто не обойтись, выбрасывают ежегодно в атмосферу около 10 миллиардов тон углекислого газа. Многие относятся к этому скептически, утверждая, что количество диоксида углерода не меняется в экосистеме Земли.
На деле, проблема не столько в превышении количества CO2, сколько в нарушении обмена веществ в экосистеме Земли. До начала промышленной деятельности человека углекислый газ, при взаимодействии с водой выпадал в осадок в виде карбонатов, потом переходил в почву, откуда служил для многих растений и водорослей удобрениями. Но это процесс, растянутый на десятки и сотни лет. Человечество же использует запасы миллионов лет в сокращенные сроки, перерабатывая твердые формы углерода в виде нефти и угля. При сжигании этих ископаемых в механизмах и на заводах происходит выброс диоксида углерода в воздух.
Единственный выход это воспользоваться другим механизмом и размножить флору. Фотосинтез — это естественный механизм, предусмотренный природой для переработки CO2. Сегодня эта система нужна, как никогда ранее. Производство диоксида углерода растет и соизмеримо выбросам должно расти количество лесов, джунглей, парков и искусственных насаждений. Растение поглощает углекислый газ и выделяет кислород.
Дневное дыхание растений
Дневное дыхание связано с двумя процессами: непосредственно дыханием и фотосинтезом. Процесс дыхания, как и у человека, связан с окислением органических соединений и выделением диоксида углерода, воды и энергии. Вместо человеческих легких выступает вся поверхность растения. Химическая формула, описывающая реакции в процессе дыхания растений:
Любое дерево способно дышать всей поверхностью, даже поверхностью плодов. Но наиболее активно процесс дыхания происходит через устья листа, откуда и попадает по межклеточному пространству большая часть необходимых газов.
Если речь идет о дневном времени суток, то дыхание не столь заметно, как ночью. Поскольку работа растения направлена большей частью на постоянное запасание энергии в виде органических соединений (глюкозы). Попадающий в листья газ, при содействии воды и энергии солнечного света в хлоропластах превращается в глюкозу, которую организм запасает для дальнейшего использования. Собственно дыхание и является этим дальнейшим использованием.
Запасенная глюкоза, с помощью воды и кислорода разлагается на молекулы аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ), углекислый газ и водород. АТФ – это твердая энергия. Биологический аккумулятор клеток, который обеспечивает энергетическими запасами все живое на планете. Позднее эти запасы будут использованы в жизнедеятельности каждой молекулы организма.
Кажется, что образуется замкнутый круг: фотосинтез происходит с образованием глюкозы и кислорода, но что толку, если потом в результате дыхания растений выделяется диоксид углерода и АТФ. А энергию растения расходуют лично на себя, ничего не оставляя другим. Но весь вопрос в количестве. Далеко не весь кислород, который образуется во время фотосинтеза, поглощается организмом во время дыхания. Растения производят в разы больше, чем поглощают. Может этим они и отличаются от человека. А все энергетические запасы растений рано или поздно переходят в запасы животных или человека. Так растения отдают все свои накопления ради существования экосистемы Земли.
В среднем 1 гектар лесов ежегодно выделяет 4 тонны кислорода и потребляет 5 тонн углекислого газа. Человек в день выдыхает до 1 килограмма диоксида углерода, в год — 365 кг. Следовательно, 1 гектар леса поглощает углекислоту, которую выдыхают 13 человек.
Ночное дыхание растений
Процесс дыхания растений мало чем отличается от дыхания животных и человека. Есть и ночное дыхание. Это явление было открыто Отто Варбургом в начале XX века. Ночью света нет, а значит нет и энергии для фотосинтеза. Растения перестают вырабатывать O2, но не могут перестать дышать. Кислород поглощается, а углекислый газ все так же продолжает выделяться.
Белки, жиры и углеводы, запасенные в процессе жизнедеятельности днем, благодаря циклу Кресса превращаются в углекислый газ, молекулы АТФ и водород.
АТФ расходуются на дальнейшие нужды, углекислый газ уходит в атмосферу по устьицам, а вот водород окисляется до воды. Растение не может позволить себе сбрасывать водород в атмосферу, поскольку легко может погибнуть от этого, поэтому происходит частичный выброс паров воды. Большая часть организма растения – вода. Она нужна во всех процессах, включая дневное и ночное дыхание. Окисленный водород будет использован вновь в следующих реакциях.
Именно из-за ночного дыхания не рекомендуется ставить цветы в спальнях. Это увеличивает содержание углекислоты в комнате. Что никак не скажется на цветах, но будет чувствительно для человека.
Для дыхания растений существует пороговое значение содержания кислорода. При увеличении содержания О2 в воздухе до 5-8 процентов – интенсивность дыхания у растений скачкообразно растет. Но после это рост практически прекращается. Сейчас кислорода в воздухе около 21 процента. А значит, растениям еще долго не нужно будет о нем беспокоиться.
В природе есть еще одно интересное явление, названное САМ — фотосинтезом. Это явление характерно для пустынных цветов и растений. В вечной погоне за сохранением водных ресурсов, эти растения приспособились к проведению фотосинтеза в ночь.
Водоросли и CO2
Под водорослями понимают все растения, находящиеся под водой и не имеющие корня. Интенсивнее всего, из водорослей, поглощает углекислоту одноклеточные водоросли — фитопланктон. В основном все водоросли дышат растворенным в воде кислородом, за исключением нескольких видов, осуществляющих бескислородный фотосинтез. Те в качестве акцептора электронов при дыхании используют элементную серу.
Получение энергии в группе цианобактерий
Фитопланктон обитает в верхних слоях воды, поскольку ему требуется большое количество солнечной энергии для фотосинтеза. При наличии в воде растворенного углекислого газа фитопланктон осуществляет фотосинтезирующий процесс, побочным продуктом которого является кислород. Большим отличием этих водорослей от наземных растений является количество производимого кислорода. За один цикл фотосинтеза фитопланктон производит кислорода в 3-4 раза больше собственного веса. Неудивительно, что при таких показателях 70 процентов атмосферного кислорода произведено в воде.
Фотосинтез
О фотосинтезе уже шла речь в этой статье. Стоит рассмотреть его более подробно. Как уже говорилось ранее, фотосинтез происходит в хлоропластах. За две фазы происходит процесс образования новой молекулы глюкозы, которая после используется в химических процессах растения.
Во время световой фазы используется энергия солнца. Под ее действием вода отдает электрон и распадается на положительно заряженные частицы водорода (Н) и радикалы гидроксида (ОН). После этого оставшиеся частицы ОН образуют воду и кислород, который сразу же удаляется в атмосферу. В хлоропласте остались электроны и положительно заряженные частицы водорода. Эти частицы накапливаются на различных сторонах мембраны тилакоида (одной из частей хлоропластов), из-за разницы концентраций протоны из большей концентрации стремятся проникнуть через мембрану к протонам с меньшей концентрацией. Когда разность потенциалов между ними достигнет 200 миллиВольт, произойдет разряд и молекула АТФ зарядится, а никотинамидадениндинуклеотидфосфат (сокращенно НАДФ) восстановится до НАДФ*Н. Эти два компонента и будут необходимы в темновой фазе фотосинтеза.
Схематический процесс фотосинтеза
В теневой фазе АТФ является аккумулятором, а НАДФ курьером, который доставляет в другую часть хлоропласта протон Н. К тому же растению нужен будет СО2, который послужит основой для будущей молекулы глюкозы. В итоге химических реакций из молекул СО2 и водорода, с помощью энергии из АТФ получается глюкоза С6Н12О6, которая и является первым питательным веществом во всех пищевых цепочках Земли.
Заключение
Хлоропласты — устройство для сбора солнечной энергии возрастом 3 миллиарда лет. Эта микроскопическая солнечная батарея дает жизнь лесам, полям, планктону морей, а также животным включая нас с вами.
Биосфера, работающая на солнечной энергии, собирает и обрабатывает в 6 раз больше энергии, чем вся человеческая цивилизация. Сейчас мы понимаем, как фотосинтез работает на химическом уровне. Мы способны повторить этот процесс лабораторных условиях, но у нас это получается хуже, чем у растений. Неудивительно, ведь природа занималась этим миллиарды лет, а мы только что начали. Но если бы мы смогли раскрыть тайны фотосинтеза, все источники энергии, от которых мы зависим сегодня — уголь, нефть, природный газ ушли в прошлое. Фотосинтез — идеальная экологическая энергия, она не загрязняет воздух, не даёт выбросов углерода. Искусственный фотосинтез в достаточно больших масштабах позволил бы снизить парниковый эффект, ведущий к опасному изменению климата …
Самостоятельная работа студента при помощи и под контролем преподавателя
Цель занятия: Знакомство с гигиеническими принципами нормирования качества питьевой воды.
Студент должен знать: Санитарно- гигиенические требования, предъявляемые к питьевой воде.
План занятия:
Отбор проб воды для анализа.
а ) на химический анализ.
б) на бактериологический анализ.
2. Определение органолептических свойств воды.
3. Гигиеническая оценка качества питьевой воды на основании нормативных документов
Литература для студентов
Когда вы дышите, ваше тело поглощает кислород и выделяет углекислый газ. Во время фотосинтеза растения поглощают углекислый газ и выделяют кислород. Эта противоположная схема делает растения и людей естественными партнерами. Но может ли добавление растений во внутренние помещения повысить уровень кислорода? И давайте разберемся с бытующим мнением, что комнатные растения способны оздоравливать воздух, выделяя фитонциды.
Базовая биохимия говорит, что растения в процессе фотосинтеза и дыхания выделяют кислород. Но сколько всего про очищающие свойства комнатных растений напридумано и то и дело встречается в интернете — голова идет кругом. Давайте разберемся с этой комнатной цветочной мифологией!
Частые заблуждения о дыхании комнатных растений:
- Комнатные растения обогащают воздух кислородом
- Комнатные растения поглощают углекислый газ
- Растения выделяют фитонциды, которые убивают вирусы и бактерии в воздухе?
- Комнатные растения очищают воздух от тяжелых металлов и других опасных примесей?
Частые заблуждения о дыхании комнатных растений
Обращали ли вы внимание на совершенно безликие псевдонаучные тезисы? Когда какой-то ахинее нужно придать дополнительный вес, авторы ссылаются на далекий американский штат или поступают по классике жанра, посылая читателя в Массачусетский технологический институт. Например, мы позабавились вот такому утверждению:
"По словам исследователей из Университета штата Канзас, добавление растений в больничные палаты ускоряет выздоровление хирургических пациентов. По сравнению с пациентами в комнатах без растений, пациенты в комнатах с растениями требуют меньше обезболивающих, демонстрируют более низкую частоту сердечных сокращений и артериальное давление, меньше утомляются и раньше выписываются из больницы".
Или вот такой перл:
"Голландский совет по продукции для садоводства заказал исследование, в ходе которого было обнаружено, что добавление растений в офисные помещения снижает усталость, простуду, головные боли, кашель, боль в горле и симптомы гриппа. В другом исследовании, проведенном Сельскохозяйственным университетом Норвегии, заболеваемость в офисах с растениями снизилась более чем на 60 %".
Наверное, школьный курс биологии не многим копипастерам оказался по зубам. Итак, чтобы новички комнатного цветоводства не совершали драматичных ошибок и не повторяли благоглупости, мы публикуем основные факты о свойствах комнатных растений.
Что действительно улучшит воздух в квартире, так это качественный увлажнитель
Комнатные растения обогащают воздух кислородом
Это действительно так: в процессе фотосинтеза растения выделяют кислород как побочный продукт. Однако вряд ли можно рассчитывать, что комнатные растения играют какую-то существенную роль в насыщении кислородом воздуха в вашей квартире.
Во-вторых, говоря о растениях как источниках кислорода, многие забывают, что кроме фотосинтеза у них существует еще и дыхание – процесс, по сути противоположный фотосинтезу, в том числе и в плане побочных продуктов. Из простейшего школьного курса биологии нам известно, что растения производят кислород только в световой фазе фотосинтеза, то есть днем. Ночью процесс прекращается и растения начинают даже немного поглощать кислород в процессе клеточного дыхания – но в количествах гораздо меньших, чем выделяемые за день (до 30%). Баланс, конечно, сходится в положительную сторону, но по всему выходит, что в ночное время растения не только не дают нам кислород, но еще и слегка его отнимают.
Так что не стоит надеяться на комнатные растения как значимый источник кислорода: частое проветривание помещений и эффективнее, и полезнее.
Комнатные растения поглощают углекислый газ
И это тоже правда: углекислый газ (СО2), поглощаемый растениями в процессе фотосинтеза, – источник углерода (С), из которого растения синтезируют вещества, необходимые им для жизни. Однако этот процесс, как и выделение кислорода, идет только на свету. Ночью все становится наоборот: в темноте фотосинтез прекращается, а клеточное дыхание продолжается, так что растения не только поглощают кислород, но еще и выделяют углекислый газ. Тем же самым занимаемся и мы сами, когда дышим, поэтому ночью растения оказываются дополнительным источником СО2.
Впрочем, есть и исключения: растения, которые из-за сложных условий в местах их естественного обитания выработали особый путь фотосинтеза. Он называется САМ – фотосинтез (Crassulaceae acid metabolism – кислотный метаболизм толстянковых). Эти растения способны поглощать СО2 в ночное время. Механизм был открыт у растений семейства Толстянковые, но существует не только у них.
И снова имеет смысл поговорить о количествах. Уже упоминавшийся взрослый человек в спокойном состоянии, выдыхает в час примерно 22 литра углекислого газа, то есть около 500 л в сутки. Для утилизации такого количества СО2 нужно намного больше зеленой массы, чем мы можем разместить в квартире. Так что даже если все подоконники в вашем доме уставлены горшками с комнатными растениями, никакого значимого вклада в уменьшение количества углекислого газа они не внесут – в отличие от того же проветривания.
Конечно, растения не задушат нас ночью – количество выделяемого ими углекислого газа весьма мало, но факт остается фактом, так что превращать свою спальню в оранжерею – все-таки не лучшая идея.
В свете этого очень забавным кажется совет, который регулярно мелькает в Интернете: "Если у вас в квартире установлена газовая плита, заведите в кухне побольше растений для поглощения углекислого газа". Способность растений к фиксации СО2 количественно не сравнима с теми объемами, которые выделяет работающая плита – особенно если вы готовите праздничный ужин, на который пригласили гостей. Зато хорошо известно, что микроклимат кухни с его перепадами температуры и влажности вреден для большинства растений, поэтому пользы от следования этому совету не будет ни людям, ни цветам. Ну а подборка комнатных растений, подходящих для кухонных условий, здесь >>>>
Растения выделяют фитонциды, которые убивают вирусы и бактерии в воздухе?
Фитонциды – модная тема, которая регулярно поднимается в последнее время, особенно в свете пандемии коронавируса. В общественном сознании прочно закрепилась мысль, что некие летучие вещества, вырабатываемые растениями, способны чуть ли не стерилизовать окружающий воздух. Так ли это на самом деле, а главное – применимо ли это к комнатным растениям? Посмотрим, что говорит наука.
Даже если открыть статью о свойствах фитонцидов в Википедии, можно обнаружить, что ни в одном из разделов нет ссылок на достоверные источники информации, а имеющаяся библиография ведет либо на очень старые публикации советских специалистов, либо на словарные определения фитонцидов. Ни одной ссылки на современные исследования там нет. И недаром: поиск по базам свежих научных публикаций выдает некоторое количество очень слабых исследований, посвященных фитонцидам, с низкой достоверностью полученных результатов. Причем ни в одном из них комнатные растения не фигурируют. Есть исследования, посвященные антибактериальным и антивирусным свойствам сока некоторых растений, но это не новость: о том, что растения могут быть лекарственными, человечество знает с древнейших времен. И речь идет не конкретно о фитонцидах, а о других компонентах сока растений.
В самом существовании фитонцидов никто не сомневается, но открытыми остаются вопросы:
- насколько комнатные растения способны их выделять и
- насколько эти фитонциды могут быть эффективными против инфекций, которые опасны для нас, а не для растений. Ведь люди и томаты болеют очень разными болезнями, и возбудители у них тоже разные. А защитные механизмы растения вырабатывали не для нас, а для себя.
Пока нет ни одного серьезного исследования, которое давало бы на эти вопросы обнадеживающие ответы.
Исходя из общих знаний биологии, можно предположить, что комнатные растения если и продуцируют фитонциды, то в исчезающе малых количествах, которые к тому же легко удаляются из помещения при проветривании (о пользе проветривания мы уже договорились). Так что фитонциды наших зеленых домашних питомцев вряд ли могут существенно поспособствовать сохранению нашего здоровья.
Комнатные растения очищают воздух от тяжелых металлов и других опасных примесей?
"Согласно исследованиям NASA, растения удаляют токсины из воздуха - до 87% летучих органических соединений (ЛОС) каждые 24 часа. ЛОС включают такие вещества, как формальдегид (присутствующий в коврах, виниле, сигаретном дыме и продуктовых пакетах), бензол и трихлорэтилен (оба содержатся в искусственных волокнах, чернилах, растворителях и красках). Бензол обычно содержится в высоких концентрациях в учебных заведениях, где имеется много книг и печатных документов.
В современных герметичных зданиях с климат-контролем летучие органические соединения улавливаются внутри. Исследование NASA обнаружило, что растения очищают этот захваченный воздух, втягивая загрязнители в почву, где микроорганизмы корневой зоны превращают ЛОС в пищу для растений".
Утверждения о том, что комнатные растения очищают воздух, основаны на довольно старых (1980-е годы прошлого века) экспериментах NASA. Во время этих экспериментов растения помещали в герметичные камеры и через некоторое время замеряли содержание в этих камерах различных вредных веществ.
Оказалось, что спатифиллум, хризантема, сансевиерия и некоторые другие растения способны поглощать аммиак, формальдегид, бензол и другие канцерогены. Однако научное сообщество, комментируя результаты экспериментов, справедливо указывало на существенный момент: квартира или офис – это не герметичная камера. И действительно, попытки воспроизвести многообещающие результаты в реальных условиях не удались: в настоящих офисах, где проводились новые эксперименты, растения не оказали никакого влияния на количество примесей в воздухе. Это вполне объяснимо даже с точки зрения простого здравого смысла. Количество примесей в воздухе помещения зависит от качества наружного воздуха, постоянно поступающего при вентиляции, и от наличия постоянных загрязняющих агентов. Если, например, в помещении регулярно курят или оно отделано материалами, выделяющими формальдегид, то пара-тройка горшков с сансевиериями вряд ли повлияет на положение дел. Чисто теоретически возможно сделать точный расчет нужного количества растений с учетом всех факторов, но осилить такую работу самостоятельно не представляется возможным.
Кстати, о тяжелых металлах в экспериментах NASA и последующих речь не шла. Откуда же взялась информация о том, что такое якобы возможно?
Однако об очистке воздуха помещений от тяжелых металлов речь опять-таки не идет. Нет никаких достоверных научных данных о том, что комнатные растения имеют значимую способность к фиксации частиц тяжелых металлов из воздуха. В самом деле, в воздухе больших городов, особенно промышленных, можно обнаружить чуть ли не всю таблицу Менделеева, но могут ли растения как-то существенно на это повлиять – вопрос открытый. Говорить об этом как об установленном факте, как это иногда преподносится в Интернете, пока очень преждевременно.
Мхи, лишайники, цианобактерии и другие нерастительные фотосинтезирующие организмы оказались одним из важнейших природных поглотителей углекислого газа - они перерабатывают до 7% углекислоты от общего количества СО2, которое вся биосфера Земли поглощает за год, заявляют климатологи в статье, опубликованной в журнале Nature Geoscience.
На Земле существует множество одноклеточных и многоклеточных организмов, поглощающих углекислый газ и использующих его для производства питательных веществ. Несмотря на большое количество и разнообразие таких организмов, их роль в круговороте углерода в природе пока остается плохо изученной.
Группа климатологов под руководством Ульриха Пошля (Ulrich Poschl) из Института химии Общества Макса Планка в городе Майнц (Германия) оценила вклад этих организмов в глобальный баланс углерода и углекислого газа в природе, проанализировав результаты более 200 научных работ, посвященных жизнедеятельности мхов, лишайников, цианобактерий и других организмов.
Сопоставление и интеграция наработок других климатологов позволили Пошлю и его коллегам получить данные о колониях этих организмов во всех регионах Земли и оценить их общий вклад в круговорот углерода.
В целом, мхи, лишайники и другие фотосинтезирующие организмы поглощают около 14,3 миллиардов тонн углекислоты, что составляет примерно 7% от общего количества углекислого газа, который поглощается всей биосферой за год. Данный объем углекислого газа сопоставим с количеством СО2, которое выделяется всеми промышленными предприятиями Земли.
По расчетам ученых, эта группа организмов наиболее эффективно поглощает углекислоту в лесах умеренного и субтропического пояса, и меньше всего - в экваториальных и тропических областях. Поэтому колонии лишайников и мхов в Европе оказались наиболее продуктивными с точки зрения преобразования углекислоты в биомассу, а их африканские собратья - наименее активными.
Кроме того, данная группа организмов является основным поставщиком азота в биосферу - они фиксируют от 30 до 80% от общего количества биологического азота в зависимости от типа местности и климатических условий. В целом, они добавляют до 49 миллионов тонн азота в биосферу, что составляет примерно 46% от ежегодного прироста массы органического азота.
По словам исследователей, столь высокая роль в фиксации азота должна отражаться на способности обычных растений фиксировать углекислоту. Как отмечают исследователи, недостаток азота в почве ограничивает способность растений по переработке СО2 и большие колонии лишайников, мхов и цианобактерий могут положительно влиять на эффективность фотосинтеза листьев деревьев, кустарников и трав.
"В целом, результаты нашей работы указывают на то, что эти фотосинтезирующие организмы на поверхности почвы и на коре растений играют существенную роль в цикле углерода и азота и поэтому должны явно учитываться в моделировании климата Земли", - заключают авторы статьи.
Читайте также: