Спроси профессора о науке, химии и вообще...

Откуда на Земле кислород и какова природа зрения? Фотохимия.

Четыре млрд. лет назад атмосфера Земли не содержала свободного кислорода, он находился только в составе оксидов. Насыщение атмосферы Земли кислородом началось, когда группа Нсообменномх бактерий начала вымирать. Это произошло 2,7 миллиарда лет назад. При этом сине-зеленые водоросли, выделяющие кислород, продолжили свою жизнедеятельность. Толчком к этому событию стало снижение содержания никеля на Земле, необходимого для жизнедеятельности Нсообменномх бактерий. Затем с появлением зеленых растений с дело вступил фотосинтез.

Фотохимия – наука о химических превращениях Нсооб под действием электромагнитного излучения – ближнего ультрафиолетового (с длиной волны 100-400 нм), видимого (400-800 нм) и ближнего инфракрасного (0,8-1,5 мкм). Практическая фотохимия – фотография (важнейшее достижение фотохимии – изобретение фотографии, основанной на фотохимическом разложении галогенидов серебра); изготовление печатных форм и микросхем методами фотолитографии; фотохимический синтез (производство капролактама, синтез витаминов группы D); модификацией полимерных материалов (фотополимеризация, фотомодификация и фотодеструкция полимеров); преобразованием солнечной энергии в химическую.

Самым значимым для Земли природным фотохимическим является фотосинтез – превращение зелеными растениями и фотосинтезирующими микроорганизмами энергии солнца в энергию химических связей органических веществ,

hu

nCO2 + nH2O = [CH2O]n +nO2 .

Ежегодно в результате фотосинтеза на земле образуется 150 млрд. тонн органического вещества, усваивается 300 млрд. тонн СО2 и выделяется 200 млрд. тонн О2.

Подавляющую часть информации об окружающем мире человек и большинство животных получают посредством зрения, основанного на фотоизомеризации родопсина или зрительного пурпура в палочках и йодопсина в колбочках, которая запускает цепь ферментативных процессов усиления сигнала и тем самым обеспечивает чрезвычайно высокую чувствительность вплоть до регистрации отдельных фотонов. Так как зрительный нерв имеет разветвления по всей поверхности сетчатки, то характер раздражения зависит от того, в каких местах сетчатки произошло фотохимическое разложение. Поэтому раздражение зрительного нерва позволяет судить о характере изображения на сетчатке и, следовательно, о картине во внешнем пространстве, которая является источником этого изображения.

Озон образуется в верхних слоях атмосферы из кислорода под действием коротковолнового (180 нм) излучения Солнца. Он поглощает излучение Солнца в области 200-300 нм, губительно действующее на живые организмы.

Центр фотохимии РАН (ЦФРАН, Москва) работает в формирующейся области науки на границе между физикой и химией – фотоника супрамолекулярных наноразмерных структур.

Фундаментальные исследования Центра направлены на синтез новых химических соединений, способных образовывать супрамолекулярные структуры, создание супрамолекулярных комплексов и ансамблей, супрамолекулярных нано-, микро- и макрокристаллов, исследование строения, линейных и нелинейных оптических и фотохимических свойств этих систем, установление связи между строением супрамолекулярных структур и их оптическими и фотохимическими свойствами. Можно почитать: Комиссаров Г.Г. Фотосинтез: физико-химический подход. М.: Едиториал УРСС, 2003.