Фотосинтез. Тайна накопления солнечной энергии в живом зелёном листе.

Все, конечно, читали про путешествия Гулливера? Однако немногие, наверное, помнят, что, кроме странствий в страну лилипутов и страну великанов, давным-давно, ещё в 1726 году, английский писатель Джонатан Свифт описал и путешествие своего героя на летающий остров Лапуту. Здесь-то Гулливер и встретился с человеком, который восемь лет "разрабатывал проект извлечения солнечной энергии из огурцов".

И уж совсем мало кому известно, что подобный человек жил на свете! То был великий русский учёный К.А. Тимирязев. Свою лекцию в Лондонском королевском обществе он начал так:

"Для первого знакомства я должен откровенно признаться, что перед вами именно такой чудак. Более тридцати пяти лет провёл я, уставившись если не на зелёный огурец, то на нечто вполне разнозначащее - на зелёный лист в стеклянной трубке, ломая себе голову над разрешением вопроса о запасании впрок солнечных лучей..."

Тимирязев - и это научный подвиг! - приоткрыл завесу над тайной накопления солнечной энергии в живом зелёном листе - тайной фотосинтеза. Он показал, что под действием света негорючие вещества (такие, как вода) превращаются в растениях в топливо (водород и кислород), а несъедобные элементы почвы и воздуха становятся продуктами питания - белками и углеводами.

То, что делают растения, захотели повторить и люди. Более двух столетий физики, химики, биологи пытаются разгадать механизм фотосинтеза. Было много открытий, но ещё больше ошибок и разочарований...

Не столь давно в Институте химической физики учёные под руководством профессора А.Е. Шилова нашли раствор, содержащий соли ванадия, который может при освещении выделять водород. Ну и что из этого? Многое. Но сначала давайте припомним, что в зелёном листе во время процессов фотосинтеза обычная вода под действием света разлагается на составляющие её элементы - водород и кислород. И всё это шито-крыто, незаметно, без тех многомиллионных киловатт электроэнергии, которые потребляют промышленные установки.

Это-то и не давало покоя учёным. И вскоре в той же лаборатории нашли раствор, с помощью которого можно "вытягивать" из воды кислород. Это оказалась... обыкновенная марганцовка! Чтобы процесс шёл более-менее устойчиво, к раствору марганца лишь добавили редкий металл - рутений.

Итак, водород и кислород из воды получены. Загадка зелёного листа разгадана? Не тут-то было! Во-первых, чтобы заставить ванадиевый раствор выделять водород, его, этот раствор, пришлось освещать не обычным светом, а ультрафиолетовым - тем самым, что вы видите при электросварке. Во-вторых, при выделении кислорода зелёные листья обходятся без всякого рутения. А в-третьих, реакции получения водорода и кислорода идут в природной лаборатории слитно, а тут пришлось отыскивать два разных раствора, проводить разные реакции...

А уж про собственную ГЭС зелёного листа и говорить не приходится. Нет в распоряжении людей энергетических элементов столь маленьких и столь надёжных.

Так что специалистам снова пришлось засучить рукава. В конце концов стало понятно, как работает "батарейка" зелёного растения. "Всё дело в биологических мембранах - тончайших плёночках, отделяющих одну часть листа от другой", - полагают учёные.

Мембрана, словно регулировщик на перекрёстке, направляет электроны - крошечные частицы электричества - в строго определённом направлении. А движение электронов в одном направлении и есть электрический ток. Чтобы получать его, люди построили целые каскады электростанций. И они, конечно, пока палочки-выручалочки, но ведь сколь дороги и громоздки! Природа же разместила свою электростанцию, напомним, в маленьком трепетном листочке. А толщина самой мембраны, отвечающей за преобразование энергии света в энергию электрических зарядов, и вовсе... лишь миллионная доля сантиметра! Как же работать с такими крохами? Как понять их устройство?..

И всё-таки учёные разобрались: в зелёном листе за перенос электрического заряда отвечают хлоропласты - частицы живых клеток, содержащие в своём составе хлорофилл (вещество, которое и красит листья в зелёный цвет). Однако использовать его в промышленности пока невозможно - ведь листья в природе живут обычно всего 3-4 месяца. Создавать установку, которая бы работала на хлорофилле лишь от весны до осени, бессмысленно. Что делать?

Ответ, кажется, знают в одной из лабораторий Московского физико-технического института. Здесь под руководством профессора Э.М. Трухана ищут искусственные аналоги природных хлоропластов. Один такой родственник найден. Основой для его получения послужила... окись цинка! Иначе говоря, обыкновенные цинковые белила - белая краска, которой папа подновляет подоконники и двери при ремонте квартиры.

... Вот так, шаг за шагом, раскрываются вековые тайны природы, сбываются давние мечты учёных. Один из них, физик-ядерщик Ф. Жолио-Кюри, человек, очень много сделавший для раскрытия секретов атома, говорил: "Хотя я верю в будущее атомной энергии и убеждён в важности этого изобретения, однако я считаю, что настоящий переворот в энергетике наступит только тогда, когда мы сможем осуществлять массовый синтез, аналогичный хлорофиллу или даже более высокого качества..." И осуществят такой переворот люди, до конца познавшие тайны зелёного листа. Это же знание поможет и накормить нас всех досыта. Ведь зелёные листья умеют добывать питательные вещества почти что из ничего - из почвы и воздуха. Но об этом - другая история.