نقش کربن دی‌اکسید‌ و اکسیژن در فتوسنتز

گیاهان و بطور کلی پوشش‌های گیاهی حدود ۲۰ درصد از سطح زمین را پوشش می‌دهند و برای بقای موجودات زنده ضروری هستند. گیاهان با استفاده از فرآیند فتوسنتز غذا را سنتز می‌کنند. در طی این فرآیند، رنگدانه‌ی سبز موجود در گیاه انرژی نور خورشید را گرفته و کربن دی‌اکسید و آب را به قند یا گلوکز تبدیل می‌کند تا منبعی غذایی برای گیاه تأمین شود.

فتوسنتز

سلول‌های درون برگ گیاهان دارای ساختارهای خاصی به نام کلروپلاست هستند. فرآیند فتوسنتز درون کلروپلاست و با استفاده از نوعی رنگدانه‌ی خاص (کلروفیل) که گیرنده‌ی انرژی حاصل از نور خورشید است، انجام می‌شود. فتوسنتز به مواد شیمیایی اضافی نیاز دارد و همچنین مواد جانبی نیز تولید می‌کند. معادله‌ی شیمیایی کلی فتوسنتز بصورت زیر است:

گلوکز + اکسیژن → کربن دی‌اکسید + آب + نور خورشید

میزان آب و کربن دی‌اکسید موجود برای گیاه تعیین‌کننده‌ی سرعت فرآیند فتوسنتز است. در واقع فتوسنتز کربن دی‌اکسید را به اکسیژن و گلوکز تبدیل می‌کند.

گلوکز

گلوکز یک قند ساده است که از ۶ اتم کربن، ۱۲ اتم هیدروژن، و ۶ اتم اکسیژن تشکیل شده است. گیاهان و حیوانات از گلوکز به‌منظور رهاسازی انرژی استفاده می‌کنند که این امر وجود آن را برای زندگی بر روی کره‌ی زمین ضروری می‌سازد. گیاه به منظور تولید گلوکز در هنگام فرآیند فتوسنتز به کربن، هیدروژن، و اکسیژن نیاز دارد که آن‌ها را از محیط اطراف خود جذب می‌کند. برای تولید یک مولکول گلوکز، گیاه نیاز به جذب شش مولکول کربن‌دی‌اکسید و شش مولکول آب دارد و طی این روند شش اتم اکسیژن بعنوان ماده‌ی جانبی آزاد می‌شوند.

کربن دی‌اکسید

کربن دی‌اکسید ۰٫۰۴ درصد از گازهای موجود در جوّ زمین را تشکیل می‌دهد. مولکول‌های کربن دی‌اکسید، که یکی از عناصر سازنده‌ی گلوکز است، از یک اتم کربن و دو اتم اکسیژن تشکیل شده‌اند. آزمایشات ساده نشان می‌دهد که هر چه یک گیاه کمتر در معرض کربن دی‌اکسید قرار گیرد، توانایی انجام فتوسنتز در آن به شدّت کاهش می‌یابد. در نقطه‌ی مقابل هر چه محدوده‌ی تماس گیاه با کربن دی‌اکسید بیشتر شود، سرعت فرآیند فتوسنتز افزایش پیدا می‌کند. گلخانه‌های تجاری با بهره‌برداری از این واقعیت، میزان کربن دی‌اکسید محیط را به منظور سرعت بخشیدن به رشد گیاهان افزایش می‌دهند.

اکسیژن

اکسیژن به‌طور تقریبی ۲۱ درصد از جوّ زمین را تشکیل می‌دهد. گیاهان برای انجام فتوسنتز در حضور گاز کربن دی‌اکسید به هیدروژن نیاز دارند. فراوان‌ترین منبع هیدروژن روی کره‌ی زمین آب است و مولکول آب از دو اتم هیدروژن و یک اتم اکسیژن تشکیل شده است. گیاهان آب را از محیط اطراف خود جذب می‌کنند تا هیدروژن مورد نیاز را تأمین کنند. همچنین اکسیژن اضافی در مولکول آب مورد نیاز گیاه نیست و بعنوان ماده‌ی جانبی در جوّ آزاد می‌شود.