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식물은태양에너지를이용하여이산화탄소나물과같은단순한분자로부터탄수화물을생산하는데,이과정을광합성이라고한다.광합성은식물의잎에있는엽록체라는세포소기관에서이루어지며,광합성과정에서산소가발생한다.식물은광합성으로생산한탄수화물중에서일부만을사용하고,나머지대부분은식물체에저장한다.모든생물체는살아가는데필요한에너지를얻기위해다양한방법으로먹이를얻는다.미생물이나동물은식물과달리스스로먹이를만들수없기때문에식물이나다른동물을섭취한다.즉,지구의모든생명체는광합성으로만들어진탄수화물을섭취하고,그것을다시이산화탄소와물로분해하면서그때발생한에너지로생명활동을유지한다.이렇게생물체가탄수화물로부터필요한에너지를얻는데에는산소가필요하다.그런데광합성에의해생명체에필요한산소가방출되므로,광합성은지구에서생명체가살아가는데필수적인과정이라고할수있다.결국지구의모든생물체에필요한에너지의근원은태양에너지이며,생물체는식물이광합성으로생산한먹이에의존한다.그림31과같이태양은감마선에서라디오파에이르는매우넓은범위의파장을갖는빛을방출한다.그런데태양빛중대부분은지구대기를지나면서물·이산화탄소·산소·질소등에의해흡수되고,지표면에도달하는빛은가시광선이가장많은부분을차지하며,광합성도이범위에서일어난다.그러면식물은광합성을할때어떤파장의빛을이용할까?1884년독일의식물학자엥겔만은식물이청색광과적색광을주로흡수하여광합성을한다는것을밝혀냈다.하지만실제로광합성이일어나는엽록체에는청색광과적색광을흡수하는엽록소뿐만아니라넓은청색영역의파장을흡수하는보조색소가있다.따라서식물은청색광과적색광뿐만아니라보다넓은파장의빛을흡수하여빛에너지의사용효율을증가시킨다.광합성은대표적인산화·환원반응이다.광합성은탄소의입장에서는환원과정이다.즉,이산화탄소의탄소는이미산소와결합하고있으므로산화되어있는상태인데,광합성과정에서빛에너지를얻어산소로부터분리된물분자의수소와결합해서탄수화물로되기때문에탄소는환원되는것이다.반면,이미수소와결합하고있는물분자의산소는환원된상태인데,수소에서분리되어산소와결합해서산소분자를만들므로산소는산화되는것이다.즉,광합성에서이산화탄소의탄소는환원되고,물분자의산소는산화된다고할수있다.그러면식물에흡수된탄소는어떻게될까?탄소는탄수화물·지방·단백질같은모든생물분자의골격을형성하는생명체의기본이되는원소로서,암석이나토양,그리고대기중에서도존재한다.그런데생물체에서탄소의비중은생물무게의약18%정도로,탄소의비중이0.19%정도인지구보다약100배정도높다.따라서생물체는외부에서탄소를추출해서이용해야만살아남을수있다.그렇다면생물체가지구에서지속적으로살아오는동안탄소는계속생물체에만축적되는것일까?탄소는한생명체에서다른생명체로,그리고생물에서무생물로끊임없이순환하고있다.오랜기간동안생물체가지속적으로생존할수있었던것도탄소가지구내에서순환하기때문이다.탄소는대기중에는이산화탄소,물속에서는탄산이나탄산칼슘으로존재하며,석탄·석유·천연가스같은화석연료로도저장된다.자연환경에서탄소는식물의광합성작용으로생물계로들어간다.식물은태양에너지를이용해서대기나해양의이산화탄소를포도당같은탄수화물로전환한다.다음으로이탄수화물은먹이사슬을따라소비자로이동하는데,일부는호흡에의해이산화탄소로방출된다.나머지동식물의사체나배설물에들어있는탄소는분해자에의해분해되어다시자연환경으로돌아가는데,이를탄소순환이라고한다.그런데이러한순환과정에서일부의탄소는오랜시간동안여러과정을거쳐토양속에저장되는데,이것이화석연료이다.자연상태에서는식물의광합성으로소모되는이산화탄소의양과생물의호흡으로방출되는양이거의같아서대기중의이산화탄소는평형을이루면서순환된다.