Загадка — Чому трава зелена?

[bytebuster]

Поговорив з другом-науковцем. У процесі спілкування, виникло гарне запитання: чому трава зелена?
Ну, тобто, не синя, не блакитна, не червона…
Особливо важливий натяк: чому трава не чорна? Адже якби трава була чорною, то це означало б, що усе світло, яке на неї потрапляє, використовується для фотосинтезу. А якщо трава зелена, то це значить, що зелене світло відбивається і не використовується.
Ба більше! У спектрі випромінювання Сонця зелений — найбільш потужний. Тим не менше, саме він відкидається.
Чому?

P.S. Підглядати у Ґуґлі негарно. Спробуйте здогадатися самостійно. Для роздумів достатньо базових знань з фізики.

Пруф щодо спектру.


Оʼкей, дуже тезисно. Ключові слова — квант і перегрівання.

Про фотон

• Фотони мають різні енергії, енергія залежить лише від його частоти. E=hν, де h — постійна Планка, а ν — частота. Червоні слабші, фіолетові потужніші (майже удвічі).
• Фотони видимого світла мають енергію від 750 нм (=1.7 еВ) (червоні) до 380 нм (=3.2 еВ) (фіолетові).
• Фотон використати «наполовинку» не можна, бо він квант.

Про фотосинтез

• Фотосинтез — це реакція, при який поглинається фотон.
• Енергія витрачається на зміну енергетичного стану, а наприкінці так чи інакше — на побудову хімічної енергії молекулярного звʼязку.
• Зміна енергетичного стану атома — це коли електрон переходить з однієї орбіти на більш високоенергетичну.
• Цей стан є квантовим, тобто, потребує/виділяє чітко певну кількість енергії — не більше і не менше.
• Якщо прикладено менше енергії — реакції не відбувається. Якщо занадто багато — решта йде у перегрів.
• Деякі молекули (як-то хлорофіл) вміють поглинати фотони кількох енергетичних станів. Наприклад, 1 фіолетовий ~= 2 червоних фотони. Але рано чи пізно енергія передається до «основного» енергетичного ланцюжку.

Для прикладу, розглянемо хлорофіл, просто для точності цифр.
Хлорофіл «живиться» фотонами довжини спектру близько 680 нм (червоними). (для реакції їх треба 4 штуки, але розглядаємо лише один).
Хлорофіл має «вторинний» ланцюжок, який вміє використовувати, грубо кажучи, один фіолетовий квант (340 нм) замість двох червоних.
Маємо наступні варіанти:

• Прилетів один «дуже інфрачервоний» фотон — він не поглинається, квантового переходу не відбувається.
• Прилетів простий червоний фотон, 1.6 еВ — поглинений, квантовий перехід відбувся
• Прилетів один фіолетовий (високоенергетичний) фотон на 3.2 еВ — поглинений допоміжним ланцюжком, у підсумку квантовий перехід відбувся у двох атомах.
• Прилетів «зелений» фотон — квантовий перехід відбувся, решта енергії пішла на перегрів. На вторинний ланцюжок енергії не вистачило (бо там також квантова система).

Біохімічні процесси дуже чутливі до температурного режиму. Там навіть зайві 5 градусів можуть зруйнувати увесь процес.
У світі існує величезна кількість молекул, які мають властивість фотосинтезу.
Але вони:

• або чорні, тобто, поглинають усі фотони упідряд, від чого сильно гріються;
• або пристосовані до поглинання фотонів таких енергій, яких Сонце виробляє недостатньо. Наприклад, зелений плюс жорсткий УФ (2*зелений). Але кількісно виходить, що у спектрі сонця УФ+зеленого менше, ніж фіолетового+червоного.

Відповідь. Хлорофіл був обраний у процесі еволюції саме за те, що він позбавлений цих двох недоліків — а саме, він НЕ поглинає серединку спектру (і тому не гріється) і одночасно поглинає ті частоти спектру, яких у сумі найбільше випромінюєтсья Сонцем.

Comments

...

[bytebuster]

Це називається — як зірвати олімпіаду. Це ж маладьож, вони ж гигикатимуть і не матимуть часу відповідати на запитання. :)

...

[jonathan_simba]

Там був жорсткий відбір (9-й клас) - тільки перевірені бійці та бійцині пубертатного фронту. :)