تغطي النباتات والغطاء النباتي ما يقرب من 20 في المائة من سطح الأرض وهي ضرورية لبقاء الحيوانات على قيد الحياة. تقوم النباتات بتجميع الطعام باستخدام عملية التمثيل الضوئي. خلال هذه العملية ، تلتقط الصبغة الخضراء في النباتات طاقة ضوء الشمس وتحولها إلى سكر ، مما يمنح النبات مصدرًا للغذاء.
تحتوي الخلايا الموجودة داخل أوراق النباتات على هياكل خاصة تسمى البلاستيدات الخضراء. يحدث التمثيل الضوئي داخل هذه الهياكل باستخدام صبغة خاصة (الكلوروفيل) ، والتي تلتقط الطاقة من ضوء الشمس. يتطلب التمثيل الضوئي بعض المواد الكيميائية الإضافية وينتج أيضًا نفايات. المعادلة الكيميائية الأساسية لعملية التمثيل الضوئي هي:
الجلوكوز هو سكر بسيط يحتوي على ست ذرات كربون و 12 ذرة هيدروجين وست ذرات أكسجين. تستخدم كل من النباتات والحيوانات هذا الجزيء لتوليد الطاقة ، مما يجعلها ضرورية للحياة على الأرض. عندما يقوم النبات بعملية التمثيل الضوئي ، فإنه يحتاج إلى مصدر للكربون والهيدروجين والأكسجين لإنتاج الجلوكوز ، ويحصل على هذه العناصر من محيطه. لإنشاء جزيء واحد من الجلوكوز ، يحتاج النبات إلى امتصاص ستة جزيئات من ثاني أكسيد الكربون وستة جزيئات من الماء. هذا يترك ست ذرات أكسجين خالية ، والتي يتم إطلاقها كنفايات.
يمثل ثاني أكسيد الكربون 0.04 في المائة من الغازات في الغلاف الجوي للأرض. تتكون جزيئات ثاني أكسيد الكربون ، وهي إحدى اللبنات الأساسية للجلوكوز ، من ذرة كربون واحدة وذرتين من الأكسجين. توضح التجارب البسيطة أن الحد من تعرض النبات لثاني أكسيد الكربون يقلل بشكل كبير من قدرته على إجراء عملية التمثيل الضوئي. في المقابل ، فإن زيادة تعرض النبات لثاني أكسيد الكربون يمكن أن يزيد من معدل التمثيل الضوئي. تستفيد البيوت الزجاجية التجارية من هذه الحقيقة من خلال زيادة توافر ثاني أكسيد الكربون لتسريع نمو النباتات.
يمثل الأكسجين ما يقرب من 21 في المائة من الغلاف الجوي للأرض. تتطلب النباتات الهيدروجين لإجراء عملية التمثيل الضوئي في وجود غاز ثاني أكسيد الكربون. المصدر الأكثر وفرة للهيدروجين على الأرض هو الماء ، ويحتوي هذا الجزيء على ذرتين من الهيدروجين ولكن أيضًا ذرة أكسجين واحدة. تمتص النباتات الماء من محيطها للحصول على الهيدروجين المطلوب. ومع ذلك ، ليست هناك حاجة لذرة الأكسجين الإضافية في جزيء الماء ، وبالتالي يتم إطلاقها كمنتج نفايات في الغلاف الجوي.