Известно, что самыми сложными нередко оказываются очень простые, практически детские, вопросы. На самом деле, взрослые льстят себе, считая, что подобные вопросы задают маленькие дети, потому что они мало знают. Просто дети не находятся в плену стереотипов, к тому же они любознательны, чего, увы, часто не скажешь о взрослых. Но спросите у взрослого, почему трава зелёная, а небо голубое, и, с высокой долей вероятности, точного ответа вы не получите.
Сначала о траве
Здесь всё относительно просто. Известно, что растения на Земле поглощают солнечную энергию, расщепляя её, «строя», таким образом, свои ткани. Другими словами, солнечный свет - это топливо, которое позволяет растениям жить.
Но если есть топливо, должна быть и печка, в которой оно сжигается. Такой печкой является особое вещество - хлорофилл. Именно в его клетках происходит усваивание солнечной энергии.
Крохотные, невидимые зёрнышки хлорофилла покрывают собой каждый лист, каждую зелёную иголочку. Их молекулы - настоящие фабрики, работу которых можно упрощённо описать следующими операциями:
- Поглощение солнечного света.
- Разложение его на составляющие.
- Использование полученной энергии для расщепления углекислого газа.
- Выработка сахаров, крахмалов и белков.
- Отражение зелёного спектра солнечного цвета.
Таким образом, хлорофилловые зёрна, получив солнечные лучи и использовав их для своих целей, отражают обратно только ту часть спектра, которая воспринимается нашим глазом как зелёный цвет. И мы говорим: трава зелёная!
История голубого неба
С окрашиванием неба в голубой цвет всё немного сложнее. Вернее, ещё в середине XIX века учёным казалось, что здесь тоже нет загадок. Ведь уже тогда было известно, что наша атмосфера состоит из нескольких газов, преимущественно углекислого, азота и кислорода.
Знали физики уже и то, что солнечный свет, хотя и кажется белым, имеет в своём составе 7 цветов, известных всем и поныне, как цвета радуги. Белый цвет можно без проблем разложить на эти цвета, или, говоря языком науки, получить полный спектр.
Поэтому сразу выдвинули теорию, которая гласила: молекулы газов, составляющих атмосферу Земли, способны раскладывать белый солнечный свет на спектр и задерживать в себе большую его часть, пропуская к наблюдателю на поверхности планеты только сине-голубые лучи. Таким образом, человек на Земле видел бы небо голубоватым.
Все остались были довольны эти объяснением, пока английский учёный Д. Рэлей в самый последний год XIX века не провёл ряд опытов, в которых уверенно доказал: молекул воздуха и частиц пыли для подобного разложения недостаточно! Научный мир изумился…
Но, к счастью, тот же Рэлей вскоре нашёл и новое объяснение. Оказывается, фотоны света, встречаясь с молекулами воздуха, активируют их, и уже активированные молекулы, в свою очередь, испускают новые фотоны, но уже не белые, а синие и голубые. Вот почему мы видим наше небо голубоватым. И, кстати, даже если смотреть на планету из Космоса, она тоже выглядит голубым шариком: ведь «голубые» фотоны вылетают из атмосферы и вверх, и вниз.
Вот такой, совсем непростой ответ мы получили на обычный детский вопрос. Кстати, если отвечать на него маленьким детям, достаточно будет сказать, что голубым солнечный свет становится из-за того, что он фильтруется атмосферой Земли, как грязная вода очищается, проходя сквозь плотную бумажную салфетку.
А нам, взрослым, услышав от ребёнка, почему трава зелёная, а небо голубое, не стоит сразу смотреть на малыша «сверху вниз». Для начала подумаем: а знаем ли мы сами правильные ответы на такие незамысловатые вопросы? И, кстати, можем приготовиться к следующему возможному вопросу: «А почему же тогда небо на закате оранжевое?».
А ведь хороший вопрос, почему трава зелёная? Интересовал ли вас ответ на этот вопрос или вы даже не задавались тем, что вам не под силу изменить или предугадать.
Года в три-четыре каждый ребёнок задаёт такой же вопрос свои родителям. В ответ можно услышать всё, что угодно – от «не приставай, мне некогда» до научно-популярной версии о фотосинтезе и зелёном хлорофилле. Но разве это ответ? Можете ли вы объяснить себе, почему трава всё-таки зелёная – а не розовая, оранжевая или цвета индиго? Конечно, вы скажете: потому что в хлоропластах растений содержится хлор – а в кристаллической форме он зелёный. Неплохо. Ну а дальше-то что? Почему в ходе эволюции выбор пал на него, а не на периодический элемент иного цвета? Вот вам и задачка… Но в истории развития жизни на Земле не было случайностей.
Доступным языком о физике
Даже самые далёкие от точных наук люди знают, что жизнь на планете обязана своим существованием солнечным лучам. Глубоко в недрах нашей звезды происходят ядерные реакции синтеза гелия из водорода. В результате распада высвобождаются фотоны (кванты света). Они проявляют свойства волн и частиц одновременно: эти электромагнитные импульсы излучаются «порциями», однако не имеют ни массы, ни заряда. Их роль в нашей жизни куда важнее: они обеспечивают взаимодействие между электрическими зарядами элементарных частиц, составляющих атомы, затем молекулы и, наконец, клетки живого организма.
Фотоны могут жить только в движении со скоростью света в вакууме. Рождаясь в солнечном ядре, они сперва несут в себе колоссальный импульс. Но чтобы сквозь солнечную мантию пробиться к поверхности звезды, эти частицы тратят почти миллион лет! Поэтому не смотря на то, что с этого момента свет преодолевает расстояние до Земли всего за 8,3 минуты, мы наслаждаемся тёплыми лучами, которые ждали встречи с нами ещё в середины Плейстоцена.
Так вот: в целом импульс фотонов капитально уменьшается ещё до прощания с родной звездой, а при прохождении земной атмосферы кванты света уже ожидают новые препятствия. В озоновом слое фотоны сталкиваются с молекулами, из-за чего изменяются импульс и длина волн – то есть, свет разделяется на спектр (дисперсия). Самые опасные для земных обитателей длины волн озоновый слой не пропускает - включая большую часть ультрафиолета. Поэтому мы различаем цвета радуги начиная от фиолетового и заканчивая красным. Иинфракрасную длину волны мы всё ещё ощущаем как тепло, а слабое микроволновое и другие излучения нас и вовсе не беспокоят.
Каждому из видимых цветов соответствует длина волны света, которую отражают материальные объекты (все остальные им поглощаются). Казалось бы, ничего загадочного: растения используют хлорофилл, который поглощает все цвета кроме зелёного. Но всё наоборот: сначала растения сознательно выбрали цвет, а потом подобрали к нему нужный «наполнитель». Здесь нам придётся обратиться к богатому опыту агрономов и ботаников. Многочисленные опыты и исследования раскрывают некоторые секреты растений, о которых почему-то не рассказывают в школе на уроках биологии.
Фотоны и растения
Вообще для фотосинтеза подходят волны любой длины, включая невидимые нашему глазу. Современные растения приспособились использовать излучение в диапазоне от 400 (фиолетовый) до 700 нм (красный). Причём для нормального функционирования растений (рост, цветение, плодоношение, запасание полезных веществ) необходимо присутствие в спектре всех этих цветов в определённых пропорциях. Это объясняется тем, что некоторые химические реакции могут начаться при облучении вещества светом низкой или средней частоты (тёплые цвета радуги), а другим для инициирования реакции требуется свет с частотой выше определённого порогового значения (холодные цвета).
Если зелёный свет может передать достаточно большие импульсы – какой же смысл растениям от него отказываться? Однако факт есть факт: 80-90% энергии растения вырабатывают за счёт поглощения синих и красных фотонов. Синие при этом более интенсивные, зато красных – подавляющее большинство. Остальные 10-20% приходятся на другие цвета, а сам зелёный в качестве «основного наряда» был выбран, очевидно, за свою высокую проникающую способность: в то время как синий и красный почти полностью поглощаются верхними ярусами листьев, зелёный способен проникать сквозь них и «вдыхать жизнь» в нижние ярусы, какими бы густыми они ни были. Это значит, что первые водоросли, которые только выбирались на сушу, уже планировали своё дальнейшее завоевание континентов и превращение в многоярусные леса – от мхов и трав до кустарников и деревьев.
Где же гарантия, что растения просто отражают или пропускают сквозь себя большую часть зелёного света? – Её и не будет, ведь и это не совсем правда. Это всё человеческое зрение, которое нельзя назвать самым надёжным (в сравнении с некоторыми животными), даёт нам «зелёную картинку». Этот цвет мы видим однородным из-за несовершенства своего зрительного анализатора. На самом же деле это наложение световых волн разной длины – преимущественно жёлтых и синих. А как же иначе? Часть цветных пигментов (каротин, антохлор, ксантофилл) специализируются на поглощении синих фотонов, отражая преломлённые лучи в красновато-жёлтом «формате». Другие пигменты (хлорофил и антоцианы) поглощают красноватые фотоны, отражая лучи приблизительно цвета морской волны. Накладываясь, они образуют изумрудный (по крайней мере, так его видят люди).
По мере сокращения светового дня и изменения угла освещённости (что влияет на преломление света ещё в слоях атмосферы), фотонов с большой частотой (и маленькой длиной волны) становится всё меньше. Некоторое время растения пытаются приспособиться к этому и переключают внимание исключительно на сбор «высококалорийных» порций света. Поглощая синие и зелёные фотоны, листья растений начинают отражать соответственно жёлтый или красный цвета. Когда синих фотонов становится критически мало, растения сбрасывают листву.
Какими могут быть растения с других планет?
Как вы догадываетесь, всё зависит от особенностей светового спектра, который формируется во время прохождения атмосферы или жидкой среды. Если кислорода и озонового слоя на планете нет, то от жгучего ультрафиолета растения может спасти только толща воды – они, очевидно, будут поглощать максимум инфракрасного излучения, а сами приобретут тёмно-красный цвет (на нашей планете так поступает пурпурная аноксигенная бактерия). Обитаемый спутник яркой звезды класса F должен получать очень много света, поэтому растения на нём отражали бы синий цвет - во избежание перегрева. А планета, освещаемая тусклой звездой класса М («красный карлик»), должна испытывать дефицит света – и, чтобы максимально использовать его, растения наверняка сделают выбор в пользу чёрной окраски. Да вы представьте только себе эти три фиолетовых глаза, полных надежды: «Мама-мама, а почему трава чёрная?»
Нашу планету принято называть голубой, так как из космоса она видится именно в таком цвете. Это и понятно – большую часть земной поверхности занимают океаны. Но преобладающий цвет на суше – всё же зелёный. Тайга, тропические леса, луга, степи, пампасы, прерии, саванны – их сочная изумрудная зелень говорит о процветании жизни на планете, обилии живительного кислорода и о наличии потребляющих этот кислород высокоорганизованных существ, называющих себя разумными.
Растительность нуждается в защите
На самом деле вряд ли можно назвать разумными тех, кто планомерно вырубает леса ради сиюминутной выгоды, тем самым лишая своих потомков чистого свежего воздуха. Растительности становится всё меньше, атмосфера в урбанизированных местностях уже сейчас вредна для здоровья. Если уничтожение лесов будет продолжаться такими же темпами, то очень скоро (по геологическим меркам) Земля может превратиться в безжизненную пустыню.
Хлорофилл – удивительное вещество
Зелёные растения представляют собой настоящие химические фабрики. Листья и травинки содержат сложное органическое вещество – пигмент под названием хлорофилл. Под воздействием фотонов (квантов света), попадающих на листву и траву, зелень поглощает из окружающей атмосферы углекислый газ и выделяет чистейший кислород, благодаря которому на планете возможно существование животных и людей.
В результате фотосинтеза хлорофилл поглощает свет только синего и красного спектров, а зелёного отражает, поэтому мы видим растения зелёными.
Но как вообще возможно это чудо, в своё время изумившее Христа? Знаменитый библейский персонаж как-то привёл пример мельчайшего горчичного зёрнышка, из которого произрастает большое ветвистое дерево. Откуда растения берут питательные вещества? Из чего строят самих себя? Эти вопросы часто задают дети, но не все взрослые могут исчерпывающе на них ответить. А зря, потому что эта информация помогает в какой-то мере приблизиться к постижению величия Творения и гармоничности мироздания.
Из чего и как строит себя растение?
Органическая жизнь на Земле строится на основе углерода. Во всех живых тканях – человека, животных и растений, в натуральных и искусственных материалах органического происхождения, равно как изготовленных из нефти, содержится углерод.
Человек и животные получают углерод (входящий в состав аминокислот, белков и углеводов) с питанием, а растения всё это синтезируют сами с помощью хлорофилла.
Под воздействием света из углекислого газа (CO2 ), взятого из воздуха, а также благодаря воде и энергии солнечного света трудолюбивый хлорофилл синтезирует белок, из которого строятся новые отростки, ствол, ветви, листья, цветы и все остальные части растения. При этом в атмосферу выделяется освободившийся из молекул воды животворный кислород. Именно поэтому за городом так легко и приятно дышится и вот почему горожане так любят выезжать в выходные на природу.
Такие вот удивительные и сложные процессы происходят в привычной глазу листве за окном, в обыденной траве, по которой мы шагаем, не задумываясь о чудесных метаморфозах, происходящих в этих крошечных зелёных лабораториях.
Но это ещё не всё. Растения способны аккумулировать энергию солнечного света и отдавать её, например, при сгорании. А травоядные животные, поедая зелень, усваивают накопленные питательные вещества, получают энергию, растут, крепнут и, в свою очередь, становятся пищей для людей.
Зелень лугов и цепочка питания
Сказочно красивый, пёстрый от цветов, зелёный луг даёт пристанище и питание огромному множеству существ. Речь идёт о мириадах насекомых, которые собирают пыльцу и питаются сладким цветочным нектаром. При этом насекомые не только кормятся, но и попутно выполняют очень важную работу – опыляют цветы, способствуя тем самым размножению растений.
В свою очередь насекомые служат пищей для птиц, лягушек и мелких животных. Птицы также участвуют в размножении растений – они питаются ягодами, косточки которых не перевариваются, а извергаются наружу. Хищные животные охотятся на птиц и мелких зверей, кормясь ими и тем самым имея возможность продолжить свой род. Человек замыкает эту пищевую цепь.
Таким образом, в природе, живущей по законам гармонии, всё взаимосвязано, и если выпадет хотя бы одно звено цепочки, то рухнет вся экосистема планеты. А ведь начинается всё с зелёного разнотравья и лесных угодий.
Очень часто дети задают вопросы об окружающем нас мире, например: почему почти вся трава зеленая? Каждый родитель и просто образованный человек обязательно должен знать правильный ответ. Предлагаем подробное обоснование данного явления.
Вконтакте
Однокласники
Простой ответ на сложный вопрос
Подрастая, дети нередко ставят в тупик своих родителей вопросами, к примеру: почему трава зеленая? Интерес нового поколения понятен, к тому же это касается школьной программы, которую проходили все. Однако далеко не каждый вспомнит и сможет объяснить малышу в доступной форме. Эта статья создана для всех тех, кто интересуется формированием окраски травяного покрова нашей планеты.
Для полнейшего объяснения необходимо обратиться к точным наукам - биологии, химии и физике. Трава на нашей планете бывает красной, желтой, что связано с пигментом, входящим в состав ее клеток, но в основном она бывает зеленого цвета.
Ответ биологии
При изучении травы под микроскопом можно разглядеть хлоропласты, содержащие хлорофилл, который с греческого языка дословно переводится как «зеленый лист». Этот пигмент имеет зеленый окрас и придает его всем растениям. Под влиянием солнечного света в растениях происходит фотосинтез, главную роль в котором осуществляет именно хлорофилл. В этом естественном процессе происходит переработка углекислого газа в кислород, необходимый для существования всех живых организмов на планете. Вещество поглощает все цвета, кроме зеленого, а потому отражает только его. Таким образом, трава и многие растения приобретают этот окрас.
Клетки травы с хлорофиллом под микроскопом
С наступлением осени сокращается продолжительность светового дня, солнечный свет меньше освещает растения. Именно поэтому хлорофилл разрушается, а трава желтеет и засыхает.
Химическая точка зрения
Химия по-своему отвечает на вопрос: почему трава зеленая? Ученые объясняют любую окраску предметов концентрацией определенных металлов. Например, кровь имеет красный цвет из-за содержания в гемоглобине железа. Растительность имеет зеленый окрас из-за содержания в хлорофилле магния.
Самое удивительное, что при достаточно правдоподобном научном объяснении имеется несовпадение. Замена магния, допустим, на цинк не меняет расцветку растений, они все равно остаются зелеными.
Объяснение физики
С физической точки зрения расцветка предметов определяется пропорцией полученных и поглощенных цветов к отражаемому цвету. Все, что нас окружает, имеет такой цвет, какой отражает. Например, если отражаются все цвета, то расцветка получится белой, а если поглощаются, то будет черной. Это объясняет тот факт, что в жаркое время лучше носить одежду светлых тонов, а, например, солнечные батареи имеют черную окраску.
Солнечный свет имеет палитру из семи основных цветов, которую получает трава и другие растения. Отражается только зеленый цвет, который не участвует в процессе фотосинтеза. Хлорофиллу гораздо выгоднее добывать энергию для питания и роста от фиолетового и красного спектра, а зеленый цвет отдает слишком много энергии, что может повредить пигмент.
Вот так отвечают точные науки на вопрос: почему трава зеленая? Теперь каждый читатель сможет доходчиво объяснить ребенку это явление и запомнить все возможные научные объяснения привычного окраса травы у нас под ногами.
Зеленая, зеленая трава… Почему трава именно зеленая, а не розовая, белая или черная? Найти объяснение нам помогут сразу 3 науки, которые учат в школе: биология, химия и физика.
Фотосинтез и хлорофилл
Если рассмотреть траву под микроскопом, можно увидеть хлоропласты - ярко выраженные частички, в которых есть хлорофилл. Это пигмент, который содержится во всех растениях и придает им зеленую окраску. Само слово «хлорофилл» так и переводится с греческого - «зеленый лист».
Более подробное объяснение дает фотосинтез, в котором участвуют все растения на земле. О нем каждый знает из школьных уроков биологии. Трава поглощает углекислый газ и перерабатывает его под воздействием солнца. В результате в атмосферу выделяется чистый кислород, которым мы дышим. Ключевую роль в этих процессах играет именно зеленый пигмент. Если трава бледная, в ней мало хлорофилла для нормального фотосинтеза. Ярко-зеленые растения насыщены этим пигментом. Они перерабатывают много углекислого газа и выделяют большое количество кислорода.
Осенью трава желтеет, с деревьев опадают засохшие листья. Именно такими были бы все растения, если бы в них не было хлорофилла. Дело в том, что с наступлением осени становится темнее и прохладнее. Из-за недостатка солнечного света хлорофилл начинает разрушаться, поэтому растения постепенно теряют зеленую окраску.
Химические процессы
Если траву окрашивает хлорофилл, остается непонятно, почему сам пигмент именно зеленый. Ответить на этот вопрос поможет химия.
Ученые полагают, что окраска органических соединений зависит от содержания металлов. В гемоглобине, например, есть железо. Оно придает крови красный цвет. В хлорофилле содержится магний. Поэтому пигмент сам становится зеленым и передает такой оттенок растениям.
Это предположение пока не до конца изучено. Ученые также выяснили, что при замене магния на цинк хлоропласты в составе травы все равно остаются зелеными.
Поглощение и отражение света
Физика также может объяснить, почему трава зеленая. Дело в том, что цвет предмета напрямую зависит от света. Наглядный пример: в ночной темноте даже самые яркие предметы утрачивают свою окраску и становятся практически невидимыми.
Солнечный свет неоднородный. В нем 7 основных оттенков, как в радуге: красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий и фиолетовый. Трава поглощает все цвета спектра. Отражает она только один оттенок - зеленый. Это происходит по той причине, что для фотосинтеза растениям не нужны зеленые лучи, исходящие от солнца. При этом хлорофилл принимает на себя красные и фиолетовые лучи. С их помощью он вырабатывает энергию и затем передает ее клеткам растения. Глаз человека улавливает зеленый цвет, отраженный от травы, поэтому она и кажется нам зеленой.
