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.

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.

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:

1. Уйти от вопроса.
2. Ответить общей фразой.
3. Объяснить чуть упрощенно, но так, чтобы в общем ребенок понял.
4. 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.chloros , «зелёный» и fyllon , «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 ).

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 трава - один из главных атрибутов лета. По росистым лугам приятно ходить босиком, в жаркий день лужайка возле реки становится идеальным местом для пикника. На прохладной зелени хорошо просто лежать, глядя в небо и наслаждаясь жизнью. В такие беззаботные мгновения в голову может прийти мысль: а почему трава зеленая, почему не синяя, как небо, или не черная, как земля?

Разноцветность мира

Человек видит цветной мир благодаря зрению и свету. Без света увидеть что-либо невозможно, глаза в полной темноте становятся бесполезным органом. Кроме того, при плохом освещении очертания вещей воспринимаются порой неясно, а цвета сильно искажаются. Например, ярко-зеленая поляна в сумерках кажется темно-серой или бесцветной. Лишь при достаточном свете цвета выглядят естественно.

Падающий на предмет белый свет на самом деле состоит из семи смешанных между собой цветов радуги: от красного до фиолетового. Разложить белый свет на его составляющие можно в домашних условиях с помощью стакана воды, источника света и белого экрана. Радужный спектр прекрасно виден на переливающейся поверхности мыльных пузырей и CD-дисков.

Каждый цвет имеет свою длину волны, весь видимый спектр представляет собой узкий интервал волн, начиная от самой короткой фиолетовой волны с длиной 380 миллимикрон и заканчивая красной волной длиной 760 миллимикрон. Поверхность любого видимого объекта способна поглощать часть световых волн, а остальные отражаются в окружающий мир. Сами по себе предметы бесцветны, человек видит только отраженные волны , которые улавливаются глазом и превращаются мозгом в цветной образ.

Зачем растениям цветы: функции и особенности строения

Например, оранжевый детский мяч поглощает видимые волны всех длин, кроме волн с длиной от 590 до 630 миллимикрон, соответствующие оранжевому цвету. Здесь же кроется ответ на вопрос: почему трава зеленая. Ее поверхность отражает волны от 490 до 530 миллимикрон, которые воспринимаются человеком как зеленый цвет разного оттенка, все остальные видимые волны в нормальных условиях поглощаются поверхностью травинок.

Чудо фотосинтеза

По сути, траву зеленой делает хлорофилл - особенный пигмент , название которого переводится дословно как «зеленый лист». Он в изобилии содержится в клетках летней травы и листьях растений, играя важнейшую роль в фотосинтезе. Трава относится к громадному царству Растений, благодаря которому стала возможна жизнь человечества на Земле. Растения обладают удивительным механизмом фотосинтеза, с его помощью они преобразуют световую энергию в органические вещества, а губительный для человека углекислый газ - в кислород.

В упрощенной форме жизнь растений и фотосинтез можно описать так:

• Из почвы вместе с влагой растения берут необходимые им для роста и жизнедеятельности такие химические вещества, как марганец, азот, фосфор, калий, всего таких веществ более полусотни. Но это лишь пятая часть их рациона, остальное добывается из воздуха и света.
• В отличие от животных и людей, растения дышат углекислым газом, а выделяют кислород. Получается очень взаимовыгодный природный симбиоз между растениями и живыми организмами, которые нуждаются в кислороде и превращают его в углекислый газ. Человек при дыхании выделяет от 5 до 18 литров углекислоты в час. Вот почему в жилищах желательны домашние растения, они насыщают воздух кислородом, делая его чище и пригоднее для дыхания.
• Если дыхание и питание из почвы у растений можно сравнить с человеческими, то процесс фотосинтеза присущ лишь растительному миру и совершенно чужд людям. Растения улавливают фотоны солнечного света, они в свою очередь запускают сложнейшие химические процессы преобразования световой энергии в органические вещества, весьма ценным побочным результатом этих процессов становится выделение в атмосферу кислорода.

Что правда, а что вымысел о пираньях

Для людей фотосинтез имеет жизненно важное значение. Без него на планете закончился бы кислород, а значит, исчезло бы человечество. Благодаря этому удивительному механизму формируется озоновый слой, защищающий все живое от космической радиации. Травяные луга и газоны являются надежным домом для множества живых существ. Кроме того, полученные во время фотосинтеза органические вещества скапливаются в растениях, превращая их в пищу для многих животных и людей.

Увидеть хлорофиллы можно, вооружившись микроскопом. Увеличенная поверхность травы предстанет в виде упорядоченной системы клеток, внутри них находятся хлоропласты - мизерные, но отлично видимые частички, содержащие зеленые сгустки. Это и есть хлорофиллы, которые улавливают фотоны света, создают из нее кислород и органику, а заодно окрашивают траву в зеленый цвет.

Существует четыре модификации этого пигмента, каждая из них равнозначно участвует в фотосинтезе, но придает растению различные цвета:

• Хлорофилл А является основным пигментом для 70% существующих высших растений, придает им светло-зеленый цвет.
• Хлорофилл В - дополнительный пигмент, содержащийся в 30% высших растений и окрашивающий их в желто-зеленый оттенок.
• Хлорофилл С и D содержится в основном в низших растениях и водорослях, придает им красный и бурый цвета.

Поздней весной и летом в траве преобладает хлорофилл А, который отражает волны зеленого спектра. Но во время длительного зноя и засух, а также осенью зелень теряет свою сочную раскраску.

Желтая трава

Во время засухи трава не получает необходимого питания с водой и медленно увядает, это для растения беда и форс-мажор, который исправляется искусственным поливом или хорошим ливнем. Пожелтение осенью - неизбежный и запрограммированной природой процесс. Растения обладают сезонной памятью, настроенной на ежегодные изменения окружающей среды. Когда дни становятся значительно короче, света меньше, воздух холоднее, хлорофилл, находящийся в клетках травы, начинает разрушаться.

Эрекция древнего паукообразного зафиксировалась в янтаре

На сцену выходят другие пигменты: ксантофиллы и каротиноиды. Они имеют схожую структуру между собой, но отражают световые волны разной длины, поэтому придают растениям разные цветовые оттенки. Каротиноиды отражают волны, воспринимаемые человеком как оранжевые, а ксантофиллы отражают волны, входящие в желто-красный спектр.

Вот почему зеленая трава, лишившаяся из-за наступления осени хлорофиллов, теряет свой летний цвет и становится желтой.

К траве зачастую относятся снисходительно, считая ее малозаметным и не очень важным для людей растением. Однако травяной покров занимает примерно пятую часть суши Земли, поэтому травы занимают значительное место в поддержании жизни на планете. Кроме того, некоторые травы могут соперничать высотой с многими деревьями. Одна из разновидностей вьетнамского проса вырастает до 15 метров в высоту, но рекордсменом является исполинский злак - бамбук, который относится к травам и достигает 30-метровой высоты.

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?»