에너지로서의 빛

개요

광합성(photosynthesis)을 수행하는데 필요한 에너지는 빛이며 일반적으로 태양으로부터 방사됩니다. 전자기 입자(electromagnetic particle)는 광자(photon)라고 불리며 파장에 따라 정의된 양의 에너지를 운반합니다. 모든 파장은 전자기 스펙트럼(electromagnetic spectrum)이라고 불리는 범위 안에 있습니다. 식물은 400nm에서 700nm의 파장을 이용하여 광합성을 수행하며, 주로 엽록소(chlorophyll)라고 불리는 색소를 사용합니다. 이 색소는 빨간색과 파란색 빛을 흡수하고 녹색 빛을 반사하기 때문에 잎이 녹색으로 보이게 만듭니다.

광자

광자는 별개의 전자기 입자 또는 에너지 묶음입니다. 광자는 항상 움직이고 빛의 속도로 이동합니다. 광자는 파동의 특성과 같이 주파수(frequency), 파장(wavelength), 진폭(amplitude)으로 특정지을 수 있습니다. 더 높은 주파수를 가진 파동은 더 많은 에너지를 전달하고 더 짧은 파장을 가지고 있고, 더 낮은 주파수를 갖는 파동은 더 적은 에너지를 전달하고 더 긴 파장을 가지고 있습니다. 가능한 모든 파장의 범위는 전자기 스펙트럼으로 알려져 있습니다.

광합성 흡수 스펙트럼

대부분의 유기체의 경우, 광합성은 전자기 스펙트럼의 작은 부분, 즉 400나노미터에서 700나노미터 사이의 가시적인 부분(파란색에서 녹색, 그리고 빨간색으로 이어지는)에 의존합니다. 하지만 몇몇 유기체들은 적외선(infrared light)을 이용하여 광합성을 할 수 있습니다.

식물에서, 다양한 색소 분자들은 특정 파장의 빛을 흡수하여 각 분자에 뚜렷한 흡수 스펙트럼을 부여합니다. 예를 들어, 엽록소a(chlorophyll a; 잎에 가장 풍부한 색소 분자)는 빨간색과 파란색 빛만 흡수합니다. 엽록소a는 스펙트럼의 녹색 부분을 반사하여 식물 잎이 사람의 눈에 녹색으로 보이게 합니다. 식물은 또한 빛을 흡수하기 위해 추가적인 색소를 사용합니다. 예를 들어 주황색과 빨간색 빛을 흡수하는 피코시아닌(phycocyanin), 자외선, 보라색, 파란색, 청록색, 주황색, 빨간색 등을 흡수하는 카로틴(carotene), 파란색과 자외선을 흡수하는 잔토필(xanthophyll) 등이 있습니다.