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.
Зачастую, на заданный ребенком вопрос: почему трава зеленая, родители не в силах правильно ответить. Кто или что окрашивает траву, и почему именно в такой цвет - ответить помогут школьные науки.
На вопрос отвечает биология
На уроках биологии при рассмотрении зеленого листка под микроскопом не трудно было заметить ярко выраженные частицы - хлоропласты, содержащие хлорофилл. В переводе с греческого языка хлорофилл означает «зеленый лист» - это пигмент, содержащийся в растениях и имеющий зеленую окраску.
Еще со школьной скамьи нам известно, что под воздействием света солнца на листья и стебли травы активируется процесс фотосинтеза, ведущую роль в котором играет этот зелёный пигмент. Именно хлорофилл из всего цветового спектра отражает только зеленый цвет, поглощая все остальные. Таким образом, трава приобретает характерный для большинства представителей флоры зеленый цвет.
Осенью хлорофилл разрушается, так как темнеет раньше, солнечного света становится меньше и поэтому окружающие нас деревья и травы теряют свою окраску и становятся желтыми. Как раз в осеннюю пору, когда листва засыхает, можно увидеть, какими были бы растения без зеленого хлорофилла в их клетках.
Точка зрения химии
Дало свое научное объяснение вопросу, почему трава зеленая, и химическое учение. Мы выяснили, что вещество хлорофилл зеленого цвета, благодаря чему растения также приобретают этот цвет. А что окрашивает в зеленый сам хлорофилл?
Учёные предполагают, что различные органические соединения окрашиваются в тот или иной цвет благодаря определенному соотношению содержания в них металлов. К примеру, в составе гемоглобина присутствует железо, окрашивающее нашу кровь в красный цвет. В свою очередь растения мы видим зелеными из-за содержащегося в хлорофиллах магния.
Несмотря на такое правдоподобное обоснование, учеными установлено, что замена магния в составе хлоропластов, к примеру, на цинк, цвет травы не изменится и останется зеленым.
А что говорит физика?
Не остались в стороне в вопросе о цветовой принадлежности травы и более точные науки. С физической точки зрения цвет предмета объясняется как отношение между светом полученным и поглощенным определенным предметом, и светом, отраженным от него.
Солнечный свет состоит из семи составляющих - красного, оранжевого, желтого, зеленого, голубого, синего и фиолетового. Трава принимает на себя солнечное освещение в виде семи цветов спектра, а отражает всего один луч - зеленый.
Почему хлорофилл отражает именно зеленый цвет? Ответ кроется в самом процессе фотосинтеза: для его осуществления зеленые лучи, исходящие от солнца, не нужны. В то время как красные и фиолетовые лучи поглощаются хлорофиллом для выработки энергии и дальнейшей ее передачи клеткам растения.
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?»
Мир, окружающий нас, состоит из множества удивительных вещей - и мы проходим мимо большинства из них, даже не замечая. Только непосредственные детские вопросы заставляют нас задуматься над простейшими, но очень интересными явлениями.
Например, почему трава зеленая? Многие взрослые растеряются, не зная, что ответить - а в самом деле, почему она не красная, не синяя и не белого цвета? Ответ смогут дать физика и биология.
Серьезный ответ на детский вопрос
Чтобы понять, почему трава, как и листва, обладает именно зеленым цветом, для начала нужно вспомнить курс физики.
- Весь свет, окружающий нас, мы получаем от Солнца - и в начальном состоянии этот свет совершенно белый, но может преломляться на цвета спектра.
- Оттенок любого предмета на Земле зависит от особенностей поглощения этим предметом тех или иных спектров. Например, небо над нашими головами голубое потому, что именно голубая часть спектра наиболее беспрепятственно проходит через атмосферу и улавливается нашим глазом.
- Нетрудно догадаться, что в случае с травой доминирующим оттенком спектра является зеленый. Почему? Потому, что клетки травы, а точнее, присутствующий в них в огромных количествах хлорофилл, поглощают все оттенки - кроме зеленого, который как бы «отражают». Его-то мы и видим, и именно такой цвет присущ траве и большей части растений в целом.
Кстати, изменение цвета травы и листвы с наступлением осени тоже связано с особенностями поглощения и отражения света клетками растений. Дело в том, что осенью выработка хлорофилла почти прекращается, и намного больше в клетках травы становится каротиноидов и ксантофиллов. А вот для них доминирующими оттенками спектра являются уже цвета от желтого до глубокого коричневого.
Как объяснить это явление маленькому ребенку?
Если вопрос прозвучал из уст малыша, пока еще незнакомого ни с физикой, ни с биологией, ответить нужно попроще. Но совсем необязательно при этом менять суть объяснения.
Например, в разговоре с ребенком можно смело опустить до поры до времени ту часть, которая касается понятия солнечного спектра и его особенностей. Однако можно дать базовые представления о биологии - например, рассказать, что каждая травинка питается не только водой, но и светом, и что свет этот поглощают маленькие, незаметные глазу частички под названием хлорофилл. Под воздействием лучей светила они становятся зелеными - вот мы и видим траву в зеленом цвете.
В один прекрасный день мы узнаем, что фламинго розовые, потому что в креветках, которые они едят, содержится много специальных красных пигментов - каротиноидов. Каротиноиды также встречаются в красных, оранжевых, желтых и других пищевых продуктах, таких как морковь, помидоры и яичные желтки. А еще они обуславливают цвет осенних листьев и травы. Как много интересного вокруг, не так ли?
Почему трава зеленая, а молоко белое?
Так же, как фламинго и морковь, травинки содержат специальное вещество, которое придает им зеленый цвет. Оно называется хлорофиллом.
Хлорофилл - это пигмент, участвующий в фотосинтезе. А фотосинтез - это такой процесс, благодаря которому растения кушают. Они поглощают воду и соли из почвы, а из воздуха - углекислый газ, и под действием солнечного света превращают их в сахар и кислород, которым мы дышим.
Примерно так терпеливому родителю следует отвечать на вопрос своего чада о том, почему трава зеленая. Но вот дальше, несомненно, посыплются все новые и новые вопросы! Например, о том, зачем растениям сахар.
В отличие от зверей, которые охотятся, чтобы получить пищу, растения умеют создавать себе еду самостоятельно с помощью солнечного света. Но если мы лишим цветочек света, то ему станет нечего кушать и он умрет. Кстати, малышу будет очень интересно наблюдать этот процесс, начиная от прорастания семечка и заканчивая значением воды и света в жизни растения. Почему бы вам не провести совместный научный эксперимент?
Почему небо синее, а трава зеленая?
С этим все вроде бы ясно, но почему же хлорофилл именно зеленого цвета? Дело в том, что каждый предмет на нашей планете имеет свой определенный цвет. Солнечный свет кажется белым, хотя он на самом-то деле состоит из целого спектра цветов: фиолетового, синего, голубого, зеленого, желтого, оранжевого, красного.
Когда белый свет попадает на какой-либо предмет, то часть его поглощается, а другая отражается от его поверхности. И когда мы смотрим на этот предмет, то видим только те цвета, которые он отражает.
Небо, например, поглощает все цвета, за исключением синего, поэтому в солнечный ясный день оно кажется нам голубым. А как насчет пасмурной погоды? Почему оно вдруг становится грозным и свинцово-серым? Все просто! В пасмурную погоду большая часть света просто не доходит до поверхности Земли - его задерживают капельки воды в атмосфере, что и придает небу серый оттенок.
Как мы узнаем цвета?
Вспомните, как вы играли с друзьями в мяч. Красный резиновый мяч поглощает весь свет за исключением красного. И когда вы смотрте на красный мяч, бегущий по траве, глаза видят мяч, отражающий красный свет. Они отправляют эту информацию в мозг, который и говорит тебе, что мяч красный.
Теперь, когда твои друзья спросят тебя, почему трава зеленая, ты расскажешь им, что трава зеленая, потому что она поглощает весь свет, за исключением зеленого, а зеленый отражается от травы. И когда он достигает твоих глаз, ты видишь у своих ног зеленую траву.
Версия для детей постарше
Разумеется, такой полусказочный рассказ мы можем озвучить только малышам-дошкольникам, а что мы ответим 10-12-летним отпрыскам, когда те спросят, почему трава зеленая? Здесь уже можно углубляться в основы молекулярной химии, физики и биологии. Так хлорофилл - это идеальный носитель и хранитель энергии. Кстати, именно это свойство растений лежит в основе создания и функционирования солнечных батарей. Окисляясь, молекула хлорофилла запасает энергию, а затем, восстанавливаясь, отдает ее.
Но тогда почему трава зеленая летом, а осенью желтеет? Все просто! Ближе к осени интенсивность солнечного света снижается, и хлорофилл уже не в силах выполнять свои функции, а потому он за ненадобностью разрушается и превращается в ксантофиллы и каротиноиды - пигменты, имеющие цвета от желтого, оранжевого до красного и коричневого. Кстати, с появлением этих пигментов связаны и процессы старения растений.
Не так уж сложно понять, как объяснить ребенку, почему трава зеленая, небо синее, а мяч красный. Достаточно лишь школьного курса химии, физики и биологии, немного терпения и безграничной родительской любви. Зато в награду за все ваши усилия вы получите маленького вундеркинда, способного поразить своими познаниями в области естественных наук любого взрослого.
