Visa fråga/svar

 

Kraft-Rörelse [16001]

Fråga:
Angående hur träd kan suga upp vatten så högt som 80m.
/Veckans fråga

Ursprunglig fråga:
Angående hur träd kan suga upp vatten så högt som 80m. Det beror inte på osmos utan på att bladens klyvöppningar släpper ut stora mängder vatten i förhållande till hur mycket koldioxid det tar upp (finns otroligt lite CO2 i luften). Detta skapar ett undertryck i trädet som är så pass starkt att det kan transportera upp vatten över 100m. Kapillärkraften är näst intill försumbar.
/Tobias K, SLU, Umeå

Svar:
Tobias! Egentligen inte en fråga, men en intressant diskussion. Jag antar att du refererar till svaret på fråga 10672 .

Du ger ingen referens till ditt påstående och din förklaring att ett statiskt undertryck skapat av vattnets avdunstning är huvudförklaringen är inte tillräcklig vad gäller höga träd! Att kapillärkraften i detta sammanhang är försumbar är vi överens om. Det finns flera artiklar om problemet, men de är antingen obegripliga eller felaktiga. En av de bättre jag hittat är länk 1, som även beskriver demonstrationsexperiment som är relativt lätta att utföra. Förklaringen i länk 2 duger bara för träd under 10m.

Atmosfärstrycket är 1.013*105 Pa. Detta motsvarar trycket av en vattenpelare av höjden x. Vi har att

1.013*105 = x*r*g = x*1000[kg/m3]* 9.81[m/s2]

dvs

x = 1.013*105/(1000*9.81) = 10.3m

Detta betyder att även om man pumpar fullständigt vakuum ovanför en vattenpelare så kan den aldrig bli högre än 10m. Om vi dessutom tar hänsyn till att vattnet längst upp kommer att koka och ge upphov till ett ångtryck, blir den längsta möjliga sammanhängande vattenpelaren t.o.m. lite under 10m.

De som sett en klassisk kvicksilverbarometer med vilken man mäter lufttrycket genom att mäta höjden på en kvicksilverpelare känner igen problemet. Enda skillnaden är att normallängden på grund av kvicksilvrets höga densitet är 760mm i stället för vattenpelarens 10m.

Med hjälp av osmos-kalkylatorn i Osmotic Pressure Calculation kan man lätt konstatera att även helt rimliga koncentrationsskillnader ger upphov till tryck på flera atmosfärer. En lösning av vatten med 50g glukos (C6H12O8, molekylvikt 212) med volymen 1 liter ger t.ex. ett osmotiskt tryck på nästan 6 atmosfärer vilket motsvarar en vattenpelare på 60m. Det är alltså ingen svårighet att förklara transport av vatten i ett 100m högt träd.

Låt oss först se hur man skulle kunna pumpa vatten från en brunn som är 15m djup. Antingen delar man upp transporten i två etapper som vardera är mindre än 10m eller också placerar man pumpen nere i brunnen. I det senare fallet skapar pumpen ett övertryck som i princip kan pumpa vattnet hur långt som helst.

Hur har då naturen löst problemet för höga träd? Jag vill påstå att man inte riktigt vet detta, eftersom de förklaringar jag hittat strider mot fysikaliska lagar. Jag tror att detta är hur det går till:

I cellerna i roten finns det något löst ämne (kan vara salter eller socker) som skapar ett osmotiskt tryck mot det omgivande vattnet. Vattenmolekyler kommer då att vandra utifrån och in i roten för att jämna ut koncentrationen på båda sidor om det halvgenomsläppliga membranet - observera att det lösta ämnet i roten kan inte komma ut genom membranet. Volymen vatten i roten ökar då (se nedanstående figur), och om roten/transportröret utformas på rätt sätt (som en termometer tjock nedtill och smalare upptill) kan man få en mycket hög vattenpelare. Höjden på vattenpelaren motsvarar skillnaden i osmotiskt tryck innanför och utanför roten.

Än så länge har vi ett statiskt system - vi har en hög vattenpelare men ingen transport av vatten. Det är här undertrycket som skapas av avdunstningen kommer in. Avdunstningen skapar ett undertryck som är tillräckligt för att suga upp vattnet den sista biten. Avdunstningen skulle alltså skapa en uppåtgående vattenström. Eftersom de i roten lösta molekylerna transporteras bort, så måste de hela tiden förnyas i roten. Detta kostar en del energi, men det är det pris växten måste betala för vattentransporten som naturligtvis kräver energi.

Se den vidare diskussionen i fråga 16040 .



/Peter E

Nyckelord: osmos [8];

1 https://www.ffri.hr/GE2/Library/74_susman1.doc
2 http://www.illvet.se/Crosslink.jsp?d=184&a=1218&id=9630_8

*

 

 

Frågelådan innehåller 7346 frågor med svar.
Senaste ändringen i databasen gjordes 2018-12-10 11:04:20.


sök | söktips | Veckans fråga | alla 'Veckans fråga' | ämnen | dokumentation | ställ en fråga
till diskussionsfora

 

Creative Commons License

Denna sida från NRCF är licensierad under Creative Commons:
Erkännande-Ickekommersiell-Inga bearbetningar
.