13 февраля 2015 - Зеленое электричество

Почки раскрываются, появляются первые клейкие листочки, зеленеют, набирают силу… А задумывались ли вы, где молодые ещё листочки черпают эту силу — из земли? А может, питаются водой?

 

ЧЕМ ПИТАЮТСЯ РАСТЕНИЯ?

Много лет назад древнегреческий учёный Аристотель сравнил растение с животным, поставленным на голову. Корни играют у него роль рта. С их помощью растение и извлекает из земли готовую пищу. Проверить предположение Аристотеля в начале XVII века взялся голландский естествоиспытатель Ян Гельмонт. Он знал, что растениям нужна и почва, и вода, но что же важнее для роста и развития? Гельмонт насыпал в кадку землю, смочил её дождевой водой и посадил ивовый побег. Каждый день в течение пяти лет он старательно поливал растение. А когда извлёк подросшее деревце, то взвесил и его, и высушенную землю. Оказалось, что почва стала легче всего на 57 граммов, а вот ива потяжелела почти на 75 килограммов!

 

Значит, для роста и развития растению нужна прежде всего вода, — решил учёный и… оказался не прав! Одним из тех, кто первым усомнился в водной теории питания растений, был наш соотечественник Михаил Васильевич Ломоносов. Как же на скудных северных землях вырастают такие большие деревья? — удивился Ломоносов и предположил, что часть питания растения берут из воздуха, впитывая «еду» листьями. Однако природа газов в начале XVIII века ещё не была изучена, и учёному не удалось ни подтвердить, ни опровергнуть свою идею.

 

В 1766 году английский химик Джозеф Пристли сделал ещё один шаг в развитии гипотезы Ломоносова, доказав, что зелёные листья если и не обедают воздухом, то, во всяком случае, нечто в него выделяют. В экспериментах он искал способ очистки и оздоровления городского воздуха. Для этого помещал под колокол мышку и вместе с ней различные предметы. Обычно мышка быстро погибала. Но когда под колоколом оказался зелёный пучок мяты, животное не проявило никаких признаков недомогания. Лишь в начале XIX века швейцарский естествоиспытатель Никола Теодор Соссюр доказал, что то самое «нечто» — это необходимый для дыхания животных кислород, который растения выделяют при свете, усваивая при этом углекислый газ.

 

Если поближе рассмотреть листья китайской розы, вы увидите на них капли сахарного сиропа или даже крупинки сахара. Его даже можно попробовать на вкус — сладкий! Этим сахаром-то и питается растение. Но откуда взялся сахар? Оказывается, листья его производят сами из углекислого газа и воды, используя для этого солнечную энергию. Кислород же выделяется при этом  как побочный продукт. Весь этот процесс называется по-научному фотосинтез. Основоположник русской школы физиологов растений Климент Аркадьевич Тимирязев в своей знаменитой книге «Жизнь растений », вышедшей в 1878 году, говорит о фотосинтезе очень поэтично: «Когда-то, гдето на Землю упал луч солнца, но упал он не на бесплодную почву, он упал на зелёную былинку пшеничного ростка, или, лучше сказать, на хлорофилловое зерно. Ударяясь о него, он потух, перестал быть светом, но не исчез. Он только затратился на внутреннюю работу. В той или иной форме он вошёл в состав хлеба, послужившего нам пищей. Он преобразовался в наши мускулы, в наши нервы. Этот луч согревает нас. Он приводит нас в движение. Быть может, в эту минуту он играет в нашем мозгу...»

 

ХРАНИЛИЩЕ. ЭНЕРГИИ

Вот, оказывается, где берут силу растения, превращают энергию солнечного луча в иную форму энергии — химическую, которая запасается в листьях кустарников и трав, в стеблях и стволах деревьев. О масштабах фотосинтеза и его значении в природе можно судить уже по одному количеству солнечной энергии, перехватываемой зелёными листьями и «законсервированной » в растениях. Ежегодно только растения суши запасают в виде углеводов столько энергии, сколько могли бы израсходовать 100 тысяч больших городов в течение 100 лет!

 

Исследователи из Сиднейского университета, работающие совместно с японскими специалистами, утверждают, что обычный зелёный лист представляет собой удивительно дешёвую и эффективную солнечную батарею. КПД фотосинтеза может достигать 30 — 40%, в то время как лучшие из солнечных батарей, созданных людьми, пока не способны преобразовать больше 15 — 20% солнечной энергии. Другими словами, учёным есть чему поучиться у природы. Двигаясь в этом направлении, они, как выясняется, уже достигли определённого успеха.

 

В 1972 году М.Кальвин выдвинул идею создания фотоэлемента, в котором источником электрического тока служил бы хлорофилл, способный при освещении отнимать электроны от одного вещества и отдавать другому. Учёный использовал в качестве проводника, контактирующего с хлорофиллом, оксид цинка. При освещении этой системы в ней действительно возникал электрический ток! Однако фотоэлемент функционировал сравнительно недолго, поскольку хлорофилл быстро терял способность отдавать электроны.

 

Японский профессор Фудзио Такахаси для получения электроэнергии использовал хлорофилл, извлечённый из листьев шпината. И транзисторный приёмник, к которому была присоединена солнечная батарейка, работал, как от обычных батарей. А в 2004 году в лаборатории органической оптики и электроники американского Массачусетского технологического института создали вполне работоспособные солнечные батареи на основе фотосинтеза, которые могут вырабатывать электричество для зарядки аккумуляторов, скажем, ноутбука. В качестве естественного преобразователя света в электроток учёные использовали фотосинтетические белки, извлечённые из хлоропластов листьев шпината, а также из бактерий Rhodobacter sphaeroides. И кто знает, быть может, недалёк тот день, когда на планете отпадёт необходимость в традиционных источниках энергии и всё необходимое электричество даст нам простой и в то же время такой удивительный зелёный лист!