Как приятно теплым летним днем наслаждаясь игривыми лучами солнца пройтись босиком по сочной зеленой траве. Получая удовольствие от солнышка и прогулки босиком, рано или поздно возникает вопрос – а почему трава зеленая?
Как формируется цвет предмета?
Что бы ответить на вопрос: почему трава зеленая нужно знать, как формируется цвет предмета у человека. Свет и цвет (в частности зеленая трава) это неразрывно связанные вещи. Дело в том, что по законам физики человеческий глаз видит цвет вещей таким, какой отражает от себя предмет.
Солнечный свет состоит из бесконечного количества (спектра) цветов, увидеть который можно при помощи призмы. Направив луч света на призму, с другой стороны получим разложенного его на цвета. Если собрать эти цвета обратно, с помощью второй призмы то получится опять белый свет.
Все предметы отражают, поглощают либо пропускают через себя эти цвета. Причем цвет предмета получается таким, какой цвет они отражают. Причем: если предмет отражает все цвета, то получится белый цвет у предмета, если поглощает все цвета, то получится черный цвет. Поэтому в черной одежде жарче, чем в светлой т.к. она поглощает все цвета (всю энергию света) а светлая отражает. И по этой же причине солнечные батареи черные – их задача как можно больше энергии света поглотить, что бы сделать из нее электричество.
Так почему же трава зеленая
Дело в том, что в клетках растений (в частности травы) содержится вещество – хлорофилл. Благодаря хлорофиллу растения поглощают углекислый газ и выделяют кислород, когда на их листья падают лучи солнечного света. Этот процесс называется фотосинтез. Именно хлорофилл поглощает в себя все цвета и отражает зеленый, поэтому цвет травы получается зеленым.
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?»
Почему трава зеленая?
В один теплый летний денёк ваш ребенок задает вопрос «Почему трава зеленая?» и ожидает ответа. Как вы поступите?
У вас есть 4 варианта:
- Уйти от вопроса.
- Ответить общей фразой.
- Объяснить чуть упрощенно, но так, чтобы в общем ребенок понял.
- Рассказать всё по-научному, но будьте готовы, что он скорее всего ничего не поймет.
Первый вариант для хорошего родителя конечно же не подходит.
Второй, типа «ну, так устроена природа» или «Бог создал мир таким и он такой есть» — это подобие первого варианта, ведь вопросы задаются для того, чтобы получить объяснения, а не общие, ничего не значащие фразы.
Наверное, наиболее подходящий вариант под номером 3.
Упрощенная версия для детей
Давайте попробуем всё это разобрать по-простому.
Трава зеленая из-за того, что она содержит так званый «хлорофилл» (в переводе означает «зеленый лист») — пигмент, содержащийся в растениях и имеющий зеленую окраску. Он необходим, чтобы растение могло превращать углекислый газ в кислород, при этом получая энергию для своей жизни.
Пигмент — красящее вещество в организме, придающее окраску.
На растение падает солнечный свет, который, как известно, состоит из всех цветов радуги. Хлорофилл поглощает все цвета, кроме зеленого, зеленый он отражает. Мы видим этот отраженный цвет и считаем, что растение зеленое.
Спрашивается, зачем же растению нужны все цвета, которые оно поглощает? А все дело в том, что растение с помощью этих лучей превращает углекислый газ в кислород, которым дышат все живые организмы. Именно благодаря этим чудесным свойствам растений на земле существует жизнь.
Для самых маленьких можно сказать еще проще: «Трава зеленая из-за того, что так она получает больше тепла от солнышка и лучше растет». Этот вариант уж очень подозрительно похож на 2, но теперь он является следствием упрощения, чтобы было доступно для ребенка, а не из-за вашего незнания, которое вы скрываете, чтобы ребенок не подумал, что вы, прожив долгий период времени, так и не узнали ответ.
Ну, а для тех, кто хочет детально разобраться в этом вопросе — научная версия.
Научная версия для любознательных
Итак, почему трава зеленая? А всё из-за того, что в ней содержится хлорофилл (об этом коротко говорилось в версии для детей).
Хлорофилл (от греч.χλωρός , «зелёный» и φύλλον , «лист») - зелёный пигмент, окрашивающий хлоропласты растений в зелёный цвет. При его участии осуществляется процесс фотосинтеза. (Wikipedia)
Он необходим для обеспечения процесса фотосинтеза и превращения углекислого газа в кислород, при этом получая энергию для жизнеобеспечения растения. Именно хлорофилл из всего цветового спектра отражает только зеленый цвет, при этом поглощая все остальные. Таким образом, трава приобретает свой характерный цвет.
Общеизвестно, что белый цвет состоит из 7 цветов радуги (К ОЖ З Г С Ф ).
Длина световой волны Каждому цвету соответствует своя длина световой волны, и чем меньше длина волны, тем больше ее энергия. Самые короткие волны, а соответственно больше всего энергии, имеют фиолетовые и синие цвета, поэтому хлорофилл их поглощает. Но зачем же ему оранжевые и красные?
Здесь немного по-другому. Поглощение красных цветов зависит от другой характеристики светового излучения — фотонов. Хлорофиллы активизируются не энергией, а фотонами, то есть чем больше фотонов, тем активнее реакция фотосинтеза. А количество фотонов возрастает с увеличением длины волны (красный цвет).
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.
Почему трава имеет именно зеленый цвет, а не черный, серый или фиолетовый? Ответить на этот вопрос не так просто. Придется обратиться за помощью к исследованиям сразу трех наук: физики, химии и биологии.
Трава имеет зеленый цвет, поскольку содержит в себе хлорофилл. Это пигмент, который придает клеткам растений соответствующий цвет. Он принимает активное участие в процессе фотосинтеза, то есть преобразования углекислого газа в кислород. Благодаря этому клетки растут и развиваются. При отражении хлорофилла на солнце мы видим зеленый оттенок, который поглощает все остальные.
Поглощение других цветов происходит не просто так. Хлорофилл активизируется благодаря фотонам. И чем больше фотонов, тем лучше для жизнедеятельности растений. Наибольшее количество компонентов содержится в лучах красного цвета, поэтому они активно поглощаются хлорофиллом.
Яркий насыщенный цвет растений, который имеет и свежая трава, говорит о том, что растение здоровое и выделяет большое количество кислорода. Если трава бледная, то это говорит о том, что в ней мало хлорофилла. Если в растениях отсутствовал хлорофилл, они были бы желтыми и блеклыми. Такими, какими мы видим их осенью. В эту пору световой день сокращается, солнечного света становится меньше. По этой причине хлорофилл не может вырабатываться в полной мере.
Немного химии
Стало понятно, почему трава приобретает зеленый цвет. Это происходит благодаря хлорофиллу. Но почему сам он становится именно такого цвета? По мнению исследователей в образовании цвета играют роль металлы. Например, в хлорофилле большое количество железа, которое и делает его зеленым. Соответственно он и придает именно такой зеленый оттенок растениям, в которых содержится, такого же цвета и трава. На сегодняшний день это мнение остается лишь предположением. Ученым есть еще над чем работать, чтобы мир узнал более точное объяснение почему трава зеленая.
Немного физики
Объяснение того, почему трава зеленая, лежит и в области физики. Цвет предмета зависит от количества света, которым он освещается. Ночью все предметы окружающего мира становятся для нас незаметными. Солнечные лучи имеют неоднородную структуру. Они состоят из 7 различных оттенков. Растения способны впитывать в себя все тона. Но отражать они способны только один – зеленый. Для фотосинтеза зеленые лучи не нужны, поэтому растения отражают их вовне. А вот фиолетовые и красные лучи хлорофилл поглощает. Благодаря им трава вырабатывает энергия, обеспечивается рост и развитие.
Объяснение для ребенка
Юные исследователи любят задавать сложные вопросы, но ответы на них должны быть максимально простыми и доступными. При ответе на вопрос «почему трава зеленая», к примеру, слово «хлорофилл» можно заменить переводом этого слова – «зеленый лист». Скажите малышу, что это специальная зеленая краска. Для жизни и роста растения необходим солнечный свет, который состоит из нескольких цветовых лучей. Трава впитывает только некоторые из них, те, которые нужны ей для преобразования энергии. А вот зеленые лучи она отражает. И получается, что трава зеленая и именно такими мы видим и остальные растения.
Для совсем маленьких деток подойдет такая версия:
«Трава имеет зеленый цвет, поскольку именно он помогает ей получать больше тепла от солнца. Благодаря этому она быстро и хорошо растет».
Вот еще один вариант объяснения. Расскажите ребенку, что трава – это живой организм. Такой же, как и животные, птицы и люди. Чтобы расти и развиваться она должна постоянно питаться. Главная пища для растений – это солнечный свет. «Переваривать» пищу помогает хлорофилл – вещество, придающее растениям зеленый цвет. Трава содержит его в большом количестве, поэтому она тоже приобретает именно зеленый цвет. Конечно, это объяснение нельзя назвать точным, но для любопытного малыша этой информации будет достаточно. В школе он сможет узнать более научную информацию, доступную для его возраста.
А давайте пофантазируем!
Наша планета хорошо освещается солнцем. Мы не испытывает недостатка в нем. А какими могли бы быть растения на других планетах. Учитывая то, что не все хорошо освещены солнцем? Если на планете нет озонового слоя и кислорода, растения будут поглощать максимальное количество инфракрасного излучения. По этой причине они приобретут не зеленый, а темно-красный оттенок.
Если спутник будет освещаться яркой звездой класса F, то трава и прочие растения будут отражать синий цвет, чтобы не перегреться и не сгореть. Если же планета будет освещаться тусклой звездой, и будет испытывать при этом дефицит света, то растения приобретут черный цвет. Другой вопрос заключается в том, будут ли такие растения нормально расти и развиваться. Хотя, если они приспособятся к тем условиям, в который будут обитать, то вполне возможно. Конечно, при этом они приобретут совершенно другие свойства, не те что нам привычны.
Объяснение того, почему трава зеленая будет полезно не только детям, но любознательным взрослым, которые упустили этот вопрос в детском возрасте.
