Hogyan növekszik a fák vize több mint 10 méter
A légköri nyomás 10 méter víz (kb.). Ez azt jelenti, hogy lehetetlen 10 méternél magasabb nyomású vizet felszívni szívó vagy levegő hatására (a földön, normál körülmények között).
10 méternél nagyobb fák vannak.
Hogyan emelkedik a víz csúcsaikra?
Más szavakkal: hogyan lehet igaz a kohézió elmélete, ha úgy tűnik, hogy ellentétes a fizika törvényeivel?
A légköri nyomás hozzájárul a víz növeléséhez, nem ellenzi a növekedést. Ami ellenáll, az a víz súlya. Ha a vízoszlop 10 méter magas, a légköri nyomás már nem segíthet.
Semmilyen adhéziós/kohéziós mechanizmus itt nem segíthet, mivel csak a vékony molekuláris rétegben hat. A cselekvési erő továbbviteléhez nyomás szükséges, amely 10 méternél nem elegendő.
Ha elég kicsi kapillárisunk lenne ahhoz, hogy a vizet 10 méterre emeljük, majd kisebb kapillárisokat építünk, amelyek várhatóan a víz fölé emelik, akkor kudarcot vallunk. A vízoszlop megszakad és nem emelkedik 10 méternél tovább.
A meniszkusz úgy viselkedik, mint egy kis dugattyú, és nem tud segíteni a 10 méternél nagyobb vízemelkedésben.
A közös kapilláris nyomáseloszlás a következő:
$ P_0 $ a légköri nyomás. Mint látható, közvetlenül a meniszkusz alatt a nyomás $ 2 \ sigma/R $ -kal csökken, ahol $ R $ a meniszkusz sugara és a felületi feszültség. Az egész kifejezést "Laplace nyomásnak" nevezik. Mint láthatja, ez nem pótolhatja a légköri nyomást, mert a víz folytonossága ebben az esetben megtörik.
AZAZ. egyetlen meniszkusz sem képes 10 méternél nagyobb vizet felemelni.
A magasabb fák megléte azt bizonyítja, hogy vannak más jelentős mechanizmusok is, nem a tapadás/kohézió, nem a kapillárisok.
A jelenlegi változat, ahogy megértem, azon a kijelentésen alapul, hogy a víz, ha vékony kapillárisok formájában van elhelyezve, szilárd testként viselkedhet. Különösen ellenáll a feszültségnek mínusz 15 atmoszféráig.
Ez egy ellenállás betonból, úgyhogy nem gondolom további bizonyítékok nélkül.
Szerintem nem nehéz vékony csövet készíteni, vizet tenni és ellenőrizni, hogy mekkora is lehet.
4 válasz
Jogi nyilatkozat: Ez nem az én kutatási területem.
Először is, ez nem teljes válasz kérdésünkre. A fák víztranszportjának jelenlegi hipotézisére (Dixon-Joly kohéziós feszültség elmélet, eredetileg 1894-ben javasolt) szép magyarázata megtalálható A fák vízének csodálatos fizikája, de Tyree (1997) c. A legfontosabb szempont az, hogy a sztóma (levélfelület pórusai) olyan kicsiek, hogy a meniszkuszok ellenálljanak a hatalmas vízoszlopoknak, hogy a víz erős kohéziós erőkkel rendelkezik, és hogy a vizet a transzpiráció által létrehozott negatív nyomás felhasználásával szállítják. A fent hivatkozott weboldal gyönyörű képet nyújt arról, hogy a sztómák és meniszkuszok sokasága hogyan hoz létre erős negatív nyomást:
Másodszor, a megjegyzésekben folyó jelenlegi vita nagy része (annak jelzése, hogy a kérdés rosszul illeszkedik a Bio-SE-hez?) A kohézió-feszültség elmélet hitelessége körül forog, különös tekintettel arra, hogy a víz képes-e fenntartani erős negatív nyomást. Caupin & Herbert (2006) áttekinti a víz metastabilitását és kavitációját (egy fizikai folyóiratban), és kísérleti eredményeket tartalmaz a negatív víznyomásról. A cikk számos kísérletre hivatkozik különféle kísérleti beállítások alatt (ezeket nem tudom megítélni). Következtetésükben kijelentik, hogy:
A számtalan kavitációs élmény közül csak azok érhetnek el nagy negatív nyomást, akik különös gondot fordítanak a víztisztaságra; különféle technikákkal mindegyik szobahőmérsékleten -25 MPa körüli Pcav-értéket kap (lásd a 3. b) ábrát), ami messze van az elméleti értéktől (-120-140 MPa). Van egy figyelemre méltó kivétel: az ásványi zárványokkal végzett kísérletek eléri a -140 MPa-t. Ezen adatok közötti nagy különbség különös figyelmet igényel.
Tehát gyakorlatilag az elméleti becslések -130MPa, az empirikus eredmények -25MPa (-250 atmoszféra), és a víz egyértelműen magas negatív nyomást érhet el. Ez azt is jelentené, hogy a jelenlegi becslések sokkal magasabbak, mint amire szükség van a kohéziós stressz elmélet működéséhez (légköri nyomás = 0,1 MPa, negatív nyomás a vízoszlopban 50 méteren
Van egy részük, amely kifejezetten a fákat tárgyalja:
7.1. Víz a természetben
A hidrosztatika törvénye azt tanítja nekünk, hogy a 10,2 m-es vízoszlopban a nyomásesés 0,1 MPa. Ez rávilágít arra a tényre, hogy negatív nyomás érhető el a magas fák felszálló magjában. Valójában a további hatások (viszkózus áramlás, aszály) alacsonyabb magasságokban is negatívvá teszik az esztrich nyomását. A feszültség-kohézió elmélete, amelyet először Dixon és Jolly [56] javasolt, elmagyarázza, hogy az esztrichoszlopot a levélpórusokban lévő meniszkusz támasztja alá: Laplace törvénye szerint a meniszkusz görbülete lehetővé teszi a külső levegő és a tej. A fák tehát nagy mennyiségben tartalmaznak metastabil folyadékot. A kavitáció néha előfordulhat, ami megzavarja a folyadékoszlopot és megállítja az áramlást (xylemembólia). A fák összetett hidraulikus felépítése korlátozza a károkat, és léteznek stratégiák a xilem embrionális csatornáinak kitöltésére. Sok mindent szenteltek ennek a témának, és az ajánlások áttekintik őket. [110 111].
Egy másik nemrégiben megjelent cikk, amelynek relevánsnak kell lennie: Cochard és munkatársai: "Módszerek a növények kavitációval szembeni sérülékenységének mérésére: kritikai áttekintés". (2013), de nem volt időm ezt alaposan megvizsgálni. Lásd az alábbi összefoglalót:
Itt a YouTube Veritasium magyarázata megegyezik @ AlanBoyd megjegyzésével.
A meta-stabil folyadéknak negatív nyomása lehet.
Újabb pontosítás: ez nem az én szakterületem, és nem vagyok illetékes megítélni az Ön által írt cikk tartalmát.
Fentebb azt mondtam, hogy nem teszek újabb hozzájárulást, de találtam valamit, ami megérdemli, hogy megosszák ebben az összefüggésben, és amely kiegészíti a @fileunderwater választ
Ez a cikk modellezést, ingyenes energiaszámításokat és a probléma kísérletezését tartalmazza. A matematika messze túlmutat rajtam, de nagyon érdekes következtetésre jutnak, nevezetesen, hogy bár egy fa nem indulhat ki a xilemben folyadék nélküli helyzetből, majd a tetejéig kitöltődik, nagyon kicsiben indulhat, és túl is nőhet egyszerű kapilláris akcióval fenntartható magasság és legfeljebb 100 m, amennyiben a vízoszlop soha nem szakad meg.
A papír egy védőtálca mögött van, de alább reprodukálom, ami lényegében a vita szakasz. Bár ez ízelítőt ad a műnek, hangsúlyoznom kell, hogy a probléma nagyon elmélyült elméleti kezelését mutatja be, és érdemes megfontolni.