Как деревья поднимают воду высоко наверх

Пост опубликован в блогах iXBT.com, его автор не имеет отношения к редакции iXBT.com
| Мнение | Оффтопик

Казалось бы довольно простой вопрос из школьной биологии: как вода из почвы поднимается на много метров вверх до листьев дерева. Секвойя иногда вырастает высотой 100 метров, и вода транспортируется до самой верхушки без насосов и моторов в корнях, и всё против силы тяжести. Но ответ довольно сложен, действуют несколько разных физических факторов, и ученые до сих пор уточняют, какой из них играет большую роль. 

Источник: derzhava-today.info

Вода — основа жизни на Земле, и для деревьев она важна не меньше, чем для людей. Раскрытие механизмов транспортировки воды на верх в деревьях лежит на стыке следующих наук: физика, гидравлика, химия, биология, и цитология (наука изучающая клетки).

Первое, что вспоминается, когда задумываешься о транспортировки воды деревьями — это капиллярный эффект. Смысл в том, что жидкость поднимается в узких каналах вверх, благодаря силам взаимодействия молекул (смачивание). Причем чем меньше диаметр канала, тем выше может подняться cтолб жидкости. Этот эффект довольно нагляден в быту (на различных пористых материалах): так намокает вверх снежок в грязной луже, салфетка или кирпич, если касается воды.

Источник: znanio.ru

Но одного капиллярного эффекта тут недостаточно: длинных трубок в прямом смысле в проводящей ткани (ксилеме) дерева нет (там клеточные стенки),  да и при нормальном давлении столб воды не может быть выше 10,3 м. Для кустов пойдет, но большинство деревьев растут выше. Чтобы поднять воду еще выше, нужно большее давление (выше атмосферного ~10 раз в случае гигантов секвой и эвкалиптов). Какой же природный насос его создает? А давление в коре дерева приличное, есть много практических опытов это доказывающих.

У деревьев в корнях такой насос есть — работает он на принципах прямого осмоса. В клетках корней есть мембраны с особой проводимостью, давление воды повышается за счет различной концентрации растворенных солей в почве и в тканях дерева (у корней живого дерева вода с меньшим содержанием солей). Клетки работают как каскад насосов. Соли остаются в тканях дерева, вода поступает для роста новых клеток и процесса фотосинтеза, а излишек (90%) просто испаряется через листья (там есть регулируемые поры). Осмос работает и весной, пока еще нет листьев.

Источник: dzen.ru

А вот к испарению воды с листьев стоит присмотреться подробнее. Оно тоже влияет на тягу воды от корней к верху дерева (сила Лапласа), и называется весь процесс транспирация. Транспирация не только работает на перенос жидкости в дереве, но и защищает его от перегрева. Важным условием работы такого испарительного насоса является когезия (неразрывность) транспортируемой воды в ксилеме и адгезия к капиллярам. Испарение воды с листьев "подсасывает" пониженным давлением новую воду снизу вверх. Ток воды наверх дерева может достигать 2 мм в секунду.

А с ростом высоты дерева, повышается влияние электрических факторов (да без электрических сил не обошлось, в микромире они играют важнейшую роль). Растет разница электрических потенциалов, и это влияет на "сцепляемость" молекул воды и неразрывность поднимаемого потока.

Источник: pro-dachnikov.com

Как видим, деревья используют различные методы транспортировки воды вверх против силы тяжести, причем в разное время года и для разных растений действуют различные "насосы" или их комбинации. Деревья, которые нас окружают, могут удивлять, ученым еще есть над чем поработать.

Спасибо за внимание.

Автор не входит в состав редакции iXBT.com (подробнее »)
Об авторе
Для связи bdos@rambler.ru

3 комментария

Добавить комментарий

1
Безграмотное — испаряется с листьев. Иголка сосны или ели это тоже лист. Куда и что он испаряет в -30°С? Незачет. Учите заново.
bdos
так у них и лист такой, чтобы воду беречь, на песке растут.

Добавить комментарий

Сейчас на главной

Новости

Публикации

Можно ли отбиться от рыси голыми руками: почему небольшой вес этой кошки обманчив

С рысью человеческая арифметика кажется почти безупречной. Взрослый человек весит 60-90 кг, лесная кошка примерно в три или четыре раза меньше. Значит, рассуждаем мы, её достаточно перехватить,...

Мантия Марса оказалась расколота: под южным полушарием обнаружена зона с температурой на 400 °C выше нормы

В строении Марса есть неоднородность, известная как полушарная дихотомия. Северное полушарие планеты представляет собой обширную сглаженную низменность с относительно тонкой корой. Южное полушарие,...

Подводного робота научили расти как живой организм: как физика упругости позволила масштабировать роборыбу от полуметра до трех

В современной подводной технике традиционно применяют гребные винты. Они хорошо изучены в производстве, однако имеют ряд существенных ограничений: создают сильный шум, представляют опасность для...

Физики оцифровали стратегическое напряжение в шахматах: ИИ побеждает человека за счет способности долго удерживать критическую сложность

В теории игр и стратегическом анализе фундаментальным вызовом остается баланс между сиюминутной выгодой и долгосрочной стабильностью. В конкурентной среде стороны регулярно сталкиваются с ситуацией...

Главный обман вулкана Иджен, извергающегося голубой лавой

В Индонезии на острове Ява находится единственный в мире вулкан, который извергается голубой лавой вместо привычной всем ярко-красной. Кажется, вот оно, восьмое чудо света, сломавшее все законы...

Почему песчаные дюны могут гудеть, как огромный музыкальный инструмент

В глубине пустыни иногда возникает звук, которому трудно сразу найти источник. Низкий ровный гул напоминает далёкий самолёт, басовую ноту органа или работу крупного механизма. Он может продолжаться...