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

Капуста лопается прямо на грядке: почему это происходит и как спасти урожай

Ещё вечером грядка выглядит образцово: листья собраны в тяжёлые плотные кочаны, до уборки остаётся совсем немного. Но после ночного ливня на некоторых растениях появляются глубокие разрывы, будто...

Почему петрушка на одной грядке растёт несколько лет, а на другой постоянно приходится сеять заново

С петрушкой легко запутаться во времени. На одной грядке она будто поселилась навсегда: весной зелень появляется сама, летом кустики становятся гуще, осенью часть остаётся под снегом, а на...

Что можно приготовить летом из арбуза, дыни, тыквы и кабачка

Летом хочется готовить легко, быстро и без сложных продуктов. В это время на столе часто оказываются арбуз, дыня, кабачки и тыква. Несмотря на то что эти плоды считаются родственниками,...

Почему для атмосферы планеты океан раскаленной лавы безопаснее, чем твердая поверхность

Данные космического телескопа «Джеймс Уэбб» (JWST) поставили перед планетологами теоретическую проблему. Наблюдения за каменистыми экзопланетами за пределами Солнечной системы показали результаты,...

Физики отменили вердикт о «мнимости» Вселенной: как исправление одной математической ошибки вернуло квантовой теории обычные числа

Любой физический прибор фиксирует исключительно действительные величины. Стрелки измерительных шкал, цифровые датчики и спектрометры регистрируют координаты в пространстве, длительность временных...

Квантовый процессор встроили в электронный микроскоп: физики научились считывать структуру биомолекул без радиационного разрушения

Просвечивающая электронная микроскопия высокого разрешения позволяет различать отдельные атомы в кристаллической решетке твердых тел. Однако при переносе этого метода в молекулярную биологию ученые...