Flaami keemik, arst ja loodusteadlane Jan Baptist van Helmont leidis juba 17. sajandi alguses, et süsihappegaas on eluslooduse ehitusmaterjal.
Flaami keemik, arst ja loodusteadlane Jan Baptist van Helmont (1577–1644) korraldas 1620-ndate aastate paiku järgmise eksperimendi: ta istutas 2,3 kilogrammi kaaluva remmelga istiku kasti, milles oli ligikaudu 90 kilogrammi eelnevalt ahjus hoolikalt kuivatatud mulda. "Esimeseks kaasaja loodusteadlaseks" tituleeritud teadlane kastis vihma- ja destilleeritud veega puud järgneva viie aasta jooksul hoolikalt, pannes selle juures kirja kasutatud veekogused. Katse lõpus kaalus teadlane taas üle nii mulla kui puu. Remmelga mass kasvas viie aasta jooksul 74 kilogrammi võrra ja pinnas, millel see kasvas, kaotas massi viiekümne grammi ringis, kirjeldab uudisteportaal Brighter Side.
Süsihappegaas, mitte muld ja mineraalid
Puude kasvamise peale mõeldes kiputakse arvama, et suurema osa kasvamiseks vajalikest ainetest ammutab puu mullast. Juured suunduvad allapoole, toitained ülesse. Selline pilt pole üdini vale, kuid vale on selle kõige tähtsam mõõde.
Juurte kaudu omastab puu lämmastikku, fosforit, kaaliumi ja nende sarnaseid keemilisi sugulasi. Puu kuivmassist moodustavad need kokku üks-kaks protsenti. Ülejäänud massi saab puu ainult süsinikust, mis annab puule jämedalt kirjeldades poole selle kuivkaalust.
Maapinnas pole nii palju süsinikku, mis põhjendaks sellist suhet. Samamoodi pole seda elementi nii palju vees, mis on teine puu kaalu kogumise vaistlik põhjendus. Puud kasutavad vett tohututes kogustes. Suur tamm võib kuumal suvepäeval ära kasutada nelisada liitrit vett, kuid vesi on fotosünteesi keemilise reaktsiooni lähteaine (reagent), mitte koetislik (strukturaalne) materjal. Puu eraldab vesiniku ja hapniku ja kasutab need ära. Hapnik vabastatakse atmosfääri ja vesinikku kasutatakse järgnevates bioloogilistes reaktsioonides. Puu molekulaarne selgroog ei ole vesi.
See on süsihappegaas (süsinikdioksiid; CO2).
Koostamise keemia
Atmosfääri süsihappegaas moodustab ümbritsevast õhust pisikese osa, mida võib pidada taustagaasiks. Puu jaoks on tegemist esmase ehitusmaterjaliga.
Puu imeb süsihappegaasi lehtede mikroskoopiliste pooride kaudu, mida nimetatakse õhulõhedeks. Lehe kloroplasti klorofüllimolekulid imevad footoneid. Imendunud valguse energia ergutab elektrone kõrgemale energiatasandile, mis omakorda käivitab ahelreaktsioonid, mille tulemusel tekivad adenosiin-trifosfaat (ATP) ja nikotinamiid-adeniin-dinukleotiidfosfaat (NADPH), mida võib kirjeldada keemilise rahana, mida rakk biokeemilises tegevuses kasutab.
Osutatud energiat kandvad keemilised ühendid käivitavad Calvini tsükli, mis on reaktsioonide rida, mille kaudu taim kinnistab atmosfäärist süsihappegaasi. Süsihappegaasi molekulid lõhestatakse ja vabastatud süsinik koostatakse järgnevalt glükoosi, mis on kuue süsinikuaatomiga (C6H12O6) suhkur. See on muutumise esimene aste: atmosfääri gaas muudetakse orgaaniliseks molekuliks.
Glükoosiühikud omakorda seotakse puus tselluloosiga, mis on pika ahelaga puu rakuseinte strukturaalse maatriksi polüsahhariid, millest omakorda moodustub jäik liitmaterjal. Mille tulemusel tekib puu, mis on tihe, mehaaniliselt tugev ja keemiliselt piisavalt stabiilne, et pidada vastu sajandeid. Gaasist saab kõva strukturaalne kude.
Van Helmonti kadunud mass
Van Helmont oskas ära kaaluda mulla ja mõtta puud. Tema katse teostamise ajal polnud võimalik mõõta massi, mis läbis tema pea kohal olevat lehestikku. Biomassi seotud süsihappegaas jäi toona tähelepanuta.
Tema katse tulemused ei olnud läbikukkumine. See oli edukas mõistes, et välistas vale hüpoteesi. Puu ei saa selle massi mullast.
Kaasaja süsiniku analüüs kinnitab toonast mõõtmist. Isotoopide jälgimine ja puu koe elementide analüüs näitavad, et kõiuge suurem osa puu massist pärineb fotosünteesi kaudu omistatud atmosfääri süsinikust. Maapinnast omistatud mineraalid on rakkude ja ensüümide töös ning metabolismi reguleerimisel olulised algained, kuid kogu puu massiga võrreldes moodustavad need minimaalse osa.
Mis tähendab, et metsad kujutavad geoloogilisel ajaskaalal atmosfääri süsiniku talletamise ajutisi reservuaare. Kui biomass kõduneb või põleb, jõuab süsinik tagasi atmosfääri.
Looduses on tähtis roll samuti seentel (mükoriisal), mida nimetatakse metsade ilmavõrguks (wood-wide-web), kuid selle täpset mõju ei osata kirjeldada. Tõenäoliselt on puude elus oluline osa mingisugusel jagatud teabel.
Samuti ei saa täie kindlusega väita, kas "fossiilkütused" on olemas ehk kas nafta ja maagaas on biogeenilised Maa sisemuses aset leidvate keemiliste reaktsioonide tulemusel tekkivad energiat kandvad ained.
Van Helmonti remmelgakatse kirjeldus ilmus esimest korda tema 1648. aastal postuumselt avaldatud raamatus Ortus medicinae (Meditsiini koidik).
("Energiewende" tähendab saksa keeles energiaüleminekut ja Saksamaa on ilmselt rohepöörde inimvaenulikkuse küige ilmekam näide.)
Toimetas Karol Kallas