Фотосинтезом называется процесс образования из неорганических веществ (углекислого газа и воды) органических веществ, с использованием энергии световых лучей и с одновременным выделением кислорода. Это противоположный дыханию растений процесс.

По сути, фотосинтез — это уникальное явление в природе, благодаря которому, наша планета постоянно получает достаточное для жизнедеятельности животных организмов и человека количество кислорода.

Главным условием осуществления растениями фотосинтеза является световая энергия.

Фотосинтез растения происходит в листьях и зеленых стеблях, внутри клеточных структур, называемых хлоропластами. В каждой клетке хлоропласта содержатся сотни молекул хлорофилла, которые улавливают свет, а также каротиноиды, которые улавливают те участки спектра света, которые не улавливают молекулы хлорофилла. Хлорофилл поглощает красные и синие лучи, каротиноиды — зеленую часть спектра.

Молекулы хлорофилла активизируются световой волной. Фотосинтез достигает своей верхней точки при длине волны с 600 по 700 нанометров (оранжево-желтая часть спектра).

Красные и оранжевые лучи — основной вид энергии для фотосинтеза. Этот спектр очень полно поглощается хлорофиллом и увеличивает образование углеводов при фотосинтезе. Красно-оранжевый спектр имеет решающее значение для всех физиологических процессов в растениях.

Фиолетово-синий спектр тормозит рост стеблей, листовых черешков и пластинок, тo есть формируют более компактные растения с толстыми листьями. Эти лучи стимулируют образование белков и органический синтез растений. Сине-фиолетовые лучи почти полностью поглощается хлорофиллом, что максимально благоприятно для  фотосинтеза.

Зелёные лучи не поглощаются листьями. Листья и стебли становятся очень тонкими. Для  фотосинтеза эти лучи самые неблагоприятные. Хлорофилл отражает зеленый свет, что и придает растениям специфическую зеленую окраску.

Кроме видимой части света для растений имеет значение невидимый свет – ультрафиолет (UV), который в свою очередь, делится на короткие (UVC), средние (UVB) и длинные лучи (UVA).

Средние ультрафиолетовые лучи (длиной 280-315 нанометров) называют еще лучами  пониженных температур, так как они «закаливают» растения и повышают их холодостойкость. На хлорофилл ультрафиолетовые лучи практически не действуют. Длинные ультрафиолетовые лучи (длиной 315-380 нанометров) необходимы для обмена веществ и роста растений. Они так же сдерживают вытягивание стеблей и повышают содержание витамина С.

В воздухе лучи рассеиваются незначительно. Однако, в толще воды они поглощаются, теряя энергию. Вода неодинаково поглощает световые лучи различных длин волн. Сильнее всего поглощаются красные лучи, потеря энергии на глубине 30 см составляет 50%! При этом потеря энергии синего луча на глубине в 1 метр составляет всего лишь 0,5%.

Но это не значит, что для аквариума нужно выбирать свет с преобладанием синего. Чем краснее цвет, тем ниже цветовая температура, чем синее цвет, тем цветовая температура выше. Цветовая температура измеряется в Кельвинах (К). При цветовой температуре ниже 5000К растения и вода приобретают нездоровый желтый оттенок, а при 10000К растения выглядят неестественно синими. Оптимальной цветовой температурой, при которой растения выглядят наиболее естественно, может считаться цветовая температура от 7000-8000 К.

Сам процесс фотосинтеза происходит, упрощенно, в два этапа. В первый этап для реакции важен свет. Хлоропласт улавливает световую энергию и трансформирует ее в химическую энергию. Второй этап не зависит от света — это  реакция, когда полученная в ходе первого этапа молекула  отдает атомы водорода для создания глюкозы. При разложении воды образуются кислород и водород. Кислород выделяется в воду, а водород связывается белком ферредоксином. На всех этапах фотосинтеза принимают участие фосфорилированные соединения.

Глюкоза — это топливо, образующееся в процессе фотосинтеза и использующееся растением для построения листьев, стеблей и т.п. Излишки глюкозы хранятся в корнях, стеблях и листьях растения. Глюкоза может быть трансформирована в целлюлозу, которая используется в качестве материала для построения клеточной структуры.

Наиболее оптимальным для фотосинтеза является промежуток pH от 6,6 до 7,3,  с концентрацией CO2 от 25 до 30 ppm,  а также наличие необходимых макро- и микроэлементов.

Активный фотосинтез отличает здоровое растение от растения, которое просто выживает в аквариуме. Для успешного фотосинтеза растений в аквариуме необходимы правильно подобранная световая гамма и достаточное количество СО2.