Die wichtigste Energiequelle der Erde ist die Sonne.
Ihre Strahlung erwärmt die Erde auf lebensfreundliche Temperaturen, sie treibt Winde und den Wasserkreislauf an, und sie liefert die Energie für das Leben.
Grundlage für den letzten Punkt ist die wohl wichtigste chemische Reaktion der Erde, die Fotosynthese.

Mithilfe der Fotosynthese können Pflanzen Lichtenergie der Sonne in eine chemische
Energieform  (energiereiche Moleküle) umwandeln, um sie so für sich biologisch nutzbar zu machen.

Bei der Fotosynthese bauen die Pflanzen mit Hilfe der «eingefangenen» Lichtenergie aus Wasser (H2O) und Kohlendioxid (CO2) energiereichen Traubenzucker (Glucose, C6H12O6) auf.
Als «Abfallstoff» fällt bei diesem Vorgang Sauerstoff (O2) an.

Je nach Bedarf verbrauchen die Pflanzen dann den Traubenzucker für die Aufrechterhaltung der eigenen Lebensvorgänge, die stets mit Energieaufwand verbunden sind, oder sie bauen ihn in eine Speicherform (Stärke) um.

Da die Fotosynthese in Wirklichkeit einiges Komplexer ist wird sie nachfolgend etwas genauer erklärt.

Grundsätzlich spielen bei der Fotosynthese die Chloroplasten eine zentrale Rolle, es ist die „Lichtenergiefalle“ der Fotosynthese.
Die Chloroplasten erlangen ihre grüne Farbe durch das Chlorophyll, welches das grüne Licht am schwächsten absorbiert.

Chloroplasten besitzen eine eigene DNA sowie eigene Ribosomen und ihre Hülle bildet sich aus zwei Biomembranen.

Im inneren, auch Stroma genannt, befinden sich die Thylakoidmembranen in welchen sich wiederum das Chlorophyll befindet.

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Dadurch dass die Pflanzenzellen voll von Chloroplasten sind, erlangen Pflanzen ihre grüne Farbe.

Das Chlorophyll welches eben das Licht absorbiert, nimmt nicht in jeder Lichtwellenlänge (Farbe) genau gleich viel Energie auf.
Es nimmt Hauptsachlich im Blauen und Roten Bereich Energie auf.

Genauer gesagt bei 454nm (Blau) und 660nm (Rot)

Dies wird im Beleuchtungsteil genauer beschrieben.

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Bei der Photosynthese lassen sich eine Lichtreaktion und eine Dunkelreaktion unterscheiden.

Lichtreaktion:

Sie findet in den Chloroplasten der Pflanzenzellen statt. Genauer in den Thylakoidmembranen, das die verschiedenen Photosynthesepigmente (Chlorophyll und Carotinoide) enthält.
Diese fangen Lichtenergie ein und werden daher auch Antennenpigmente genannt.

Durch die eingefangene Lichtenergie werden die Chlorophyllmoleküle angeregt, Elektronen abzugeben, die über Elektronentransportketten weitergegeben und zum Aufbau des Reduktionsmittels NADPH (Nicotinamid-Adenin-Dinukleotid-Phosphat) genutzt werden.
Dabei wird Energie frei, die durch die Bildung von ATP (Adenosintriphosphat) chemisch gebunden wird.

Die im Chlorophyll fehlenden Elektronen werden durch die Spaltung von Wasser in Elektronen, Protonen und Sauerstoff (Photolyse) ersetzt.

Dunkelreaktion:

Bei ihr wird die Energie in Form von ATP dazu verwendet, um aus dem aufgenommenen anorganischen Kohlendioxid über mehrere Zwischenschritte energiereiche organische Glucose aufzubauen, die entweder für Stoffwechselleistungen dient oder in Form von Stärke gespeichert wird. Als Calvin-Zyklus bekannt.

Auch bei anderen Prozessen, die in der Pflanze ablaufen, wird das in der Photosynthese gebildete ATP als Energieüberträger benötigt, etwa um den aktiven Stofftransport in Pflanzen zu ermöglichen.

Die Gesamtgleichung der Fotosynthese kann man nun folgendermassen beschreiben:

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6 CO2    +   12 H2O   +     2872 kJ (Sonnenenergie) → C6H12O6     + 6 O2        +     6 H2O

6 Kohlendioxid- und 12 Wassermoleküle  mit Sonnenlicht ergeben je:  ein Glucose Molekül, 6 Sauerstoff- und 6 Wassermoleküle

Der theoretische Effizienzgrad der Fotosynthese liegt ungefähr bei 30 Prozent.