АННОТАЦИЯ

В статье исследованы процессы подъёма питательного раствора в ксилемном пучке на большую высоту, например, к вершине эвкалипта. Показано, что морфологические особенности ксилемы позволяют силам адгезии в содружестве с процессом транспирации воды с поверхности листьев, формировать объёмные потоки с мощностью, превосходящёй работу против сил гравитации.

Ключевые слова: ксилема, паренхима, трахеиды, транспирация, адгезия, капилляр, поверхностное натяжение, степень сухости, эвкалипт, секвойя, закон Пуазейля.

Для того чтобы доставить питательные растворы от корневых волосков до листьев на вершине дерева необходимо совершить значительную работу против сил гравитации. Высота, на которую поднимается объёмный поток, порой превышает сотню метров. Энергетически эти процессы обеспечивает транспирация, используя тепло окружающей среды. Здесь возникает вопрос о механизме перемещения объёмного потока по стволу или стеблю. Возможны два способа формирования объёмного потока: обеспечение перепада давлений методом разрежения (всаса) или методом нагнетания (напора). Однако оба способа имеют ограничения по высоте подъёма водного раствора. Всас не может одноактно обеспечить подъём на высоту более 10-и метров. При большей высоте происходит разрыв столба жидкости под действием сил тяжести и поток нарушается, так как атмосферное давление обеспечивает подъём только на высоту около 10-ти метров. Чтобы способом нагнетания поднять столб водного раствора на высоту более ста метров необходимо в корневой системе создать давление более 10-ти атмосфер. Это без учёта гидравлического сопротивления, с учётом же гидравлического сопротивления объёмного потока - до 40-ка атмосфер (по данным [7]). Таких давлений в растительном мире не наблюдалось. Обеспечить подъём на большую высоту обоими способами физически возможно только за счёт последовательного ступенчатого подъёма, обеспечивая на каждой ступени одинаковое (близкое к атмосферному) давление.

МЕХАНИЗМ ФОРМИРОВАНИЯ ВОСХОДЯЩЕГО ОБЪЁМНОГО ПОТОКА ПИТАТЕЛЬНОГО РАСТВОРА В ПУЧКЕ КСИЛЕМЫ

Авторы [7] отмечают: “Любая теория, объясняющая транспорт воды по ксилеме, не может не учитывать следующие наблюдения:

1. Анатомические элементы ксилемы – тонкие мёртвые трубки, диаметр которых варьирует от 0,01 мм в “летней” древесине до 0,2 мм в “весенней” древесине.

2. Большие количества воды движутся по ксилеме с относительно высокой скоростью: у высоких деревьев она составляет до 8 м/час (2,2 мм/сек),…

3. Для подъёма воды по таким трубкам к вершине высокого дерева необходимо давление порядка 4000 кПа (40 атм., прим. авт.). Самые высокие деревья – секвойи в Калифорнии и эвкалипты в Австралии – достигают высоты более 100 м. Вода способна подниматься по тонким смачивающимся трубкам благодаря своему высокому поверхностному натяжению (это явление называется капиллярностью), однако только за счёт этих сил даже по самым тончайшим сосудам ксилемы вода не поднимается выше 3-х метров”.

Экспериментально установлено, что в растительном мире объёмный поток обеспечивается методом всаса. “Доказательством того, что жидкость внутри ксилемных сосудов сильно напряжена (растянута), служат суточные колебания диаметра древесных стволов, измеряемые инструментом под названием дендрограф. Минимальный диаметр отмечен днём, когда интенсивность транспирации наивысшая. Натяжение столба воды в ксилемном сосуде немного втягивает его стенки (из-за адгезии), и сочетание этих микроскопических сжатий даёт фиксируемую прибором общую “усадку” ствола.” [7].

формате PDF (274Кб)