Какие деревья поднимают воду

Как деревья поднимают воду высоко наверх

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.

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.

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.

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.

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.

Источник

Деревья-гиганты свидетельствуют о Сотворении

Гигантские секвойи способны поднимать воду на высоту 30-этажного здания, но как?

Секвойи, растущие в Калифорнии, являются одними из самых высоких деревьев в мире. Они достигают в высоту 110 метров. Возраст некоторых деревьев составляет 2000-3000 лет! Трудно передать то неизгладимое впечатление, которое оставляет прогулка среди этих гигантов. Истина сотворения здесь явлена могущественно. Клетки дерева организованы так, чтобы составлять корни, ствол, кору, водяные колонны, ветки и листья. Дерево напоминает гигантскую химическую фабрику. В безупречном порядке здесь происходят чрезвычайно сложные химические процессы.

Удивительно то, что это огромное дерево вырастает из маленького семени весом 58 грамм. Только подумайте: вся информация о развитии и организации этих гигантов заложена в их ДНК, в крошечном, круглом семени. Семя выполняет все «указания», находящиеся в его ДНК и превращается в гигантскую структуру, ни с чем не сравнимую по внешнему виду и размерам. Потрясающе, не так ли?

Гигантская секвойя «Генерал Шерман». Ее высота равна 83,8 м, а периметр ствола у основания составляет 34,9 м. Возраст дерева насчитывает 2500 лет. Это дерево считается самым большим живым организмом на Земле. Его вес вместе с корневой системой составляет 2500 т. Объем дерева — 17000 кубометров, что в 10 раз больше чем объем голубого кита.

В Писании сказано: «Бог высок могуществом Своим, и кто такой, как Он, наставник? Помни о том, чтобы превозносить дела Его, которые люди видят. Все люди могут видеть их; человек может усматривать их издали» . (Иов 36:22-25) Действительно, все люди могут видеть Его дела.

Поднимая воду на высоту 30-этажного здания

Через свои листья секвойя выделяет до 600 литров воды в день, поэтому она постоянно поднимает воду от корней к веткам, преодолевая силу гравитации. Как же это удается дереву, не имеющему механических насосов? 100 метров — это действительно впечатляющая высота, сравнимая с двумя 14-этажными домами. Оказывается, внутри ствола секвойи есть специальная система узких взаимосвязанных трубочек, называемая ксилемой. Эта сложная внутренняя ткань дерева служит для того, чтобы проводить воду от корней к листьям. Трубочки ксилемы образуют клетки, расположенные одна над другой. Все вместе они формируют невероятно длинную колонну, простирающуюся от корней через ствол к листьям. Чтобы «качать» воду, секвойя должна формировать в этой трубе беспрерывную колонну воды.

Дерево поддерживает воду на протяжении всей своей жизни. Вспомните, как сильный ветер гнет дерево и ветки. Однако благодаря тому, что проводящая трубка состоит из миллионов маленьких отрезков, состыкованных вместе, поток воды постоянно удерживается. Одна цельная трубка не выполнила бы этой задачи. Поскольку вода обычно не течет вверх, как же дереву удается качать ее на такую высоту? Корни «подтягивают» воду вверх, а действие капиллярности (способность воды немного подниматься по стенкам трубки) добавляет давления. Однако эта сила обеспечивает секвойи поднятие воды лишь на 2-3 метра. Основанная движущая сила — это испарение и притяжение между молекулами воды. Молекулы имеют позитивно и негативно заряженные частицы, благодаря чему они сцепляются между собой с огромной силой, которая, согласно экспериментальным измерениям, составляет 25-30 атмосфер (1 атмосфера равна нормальному атмосферному давлению на уровне моря).

Система распространения, показанная в поперечном сечении. Трубы передачи состоят из клеток и предназначены для переноса веществ: воды и минералов к листьям через различные каналы. Одной важной чертой этой системы в растениях является постоянное обновление труб ксилемы и флоэмы.

Этого достаточно, чтобы продавить подводную лодку времен Второй мировой воны, плывущую на глубине 350 метров под водой. Секвойя же легко поддерживает давление в 14 атмосфер наверху водяной колонки. Вода, испаряясь с листьев, порождает силу всасывания. Молекула воды испаряется с листка и благодаря силе молекулярного притяжения тянет за собой другие молекулы вокруг нее. Что создает небольшое всасывание в водяной колонке и тянет воду от соседних клеток листка. Эти молекулы, в свою очередь, притягивают окружающие их молекулы. Цепочка движения продолжается к самой земле и движет воду от корней к верхушке дерева подобно тому, как насос поднимает воду из колонки на поверхность.

Мы понимаем, что дерево само не могло придумать такую сложную систему, научившись так мудро использовать физику воды и энергию Солнца. Мы воздаем всю Славу Богу, Создателю неба и земли. Деревья-гиганты свидетельствуют об историчности книги Бытия, которая открывает нам их истинное происхождение: «И сказал Бог: да произрастит земля зелень, траву, сеющую семя дерево плодовитое, приносящее по роду своему плод, в котором семя его на земле. И стало так» . (Быт. 1:11-12)

Источник

Как деревья высотой в десятки метров поднимают воду от корней к верхушке? Например, секвойя поднимает 600л воды на высот

Хотя путь переноса воды давно известен, механизм этого процесса еще остается не вполне ясным. Для того чтобы поднять до самых верхушек деревьев воду, необходимо определенное давление (по некоторым оценкам, у высоких
деревьев это давление может достигать 30 атм.) . Такое давление могло бы создаваться у основания растения и толкать воду вверх, либо возникать у его верхушки и подтягивать воду из корней. Скорее всего, давление развивается благодаря совместному действию этих сил.
Водяной столб в сосудах ксилемы испытывает присасывающее давление сверху (за счет транспирации воды листьями) и находится в растянутом состоянии. Однако между молекулами воды, соединенными друг с другом водородными связями, существует сильное взаимное сцепление и поэтому тонкие водяные тяжи в сосудах ксилемы
проявляют большую прочность на разрыв. Благодаря создаваемому в результате транспирации натяжению и сцеплению молекул воды происходит поднятие водяного столба по ксилеме, имеющей мало перегородок (как по
водопроводной трубе) . Кроме того, в листьях высокая концентрация органических веществ, и они в свою очередь как бы «насасывают» воду. Поскольку концентрация органических веществ в клетках корня ниже, чем в листьях, создается разница между осмотическим давлением сока в листьях и корне (часто эту разницу определяют как сосущую силу растения) .

Уважаемая Мария! Прошу Вас как модератора удалить мой ответ http://otvet.mail.ru/question/24718876/ — там почему-то получилось, что не видно текста, это делает ответ бессмыссленным

А семечка этого высоченного дерева — со спичечную головку! А майский жук по всем законам аэродинамики летать не должен. Чудес много в природе!

Принцип тот-же, что и у запаянной трубки и опущенной в посудину со ртутью (давление в мм ртутного столба).

Под действием атмосферного давления столб воды не может подняться выше чем 10 м, деревья бывают высотой до 100 м.

Транспортировку воды производят клетки растения. Они образуют Проводящую ткань, которая в свою очередь обеспечивает проведение воды, минеральных и органических веществ внутри растения. Существует два типа проводящих элементов: сосуды (трубки из мёртвых клеток) , которые проводят воду вверх к листъям, и ситовидные трубки (цепочки живых клеток) , которые транспортируют органические вещества от листьев к местам их использования.

Как и все биологические науки: разрезать, посмотреть под микроскопом, мудрёно назвать и . ничего не объяснить)))

Источник