Visa fråga/svar

 

Kraft-Rörelse [16040]

Fråga:
Hej Peter. Angående fråga 16001:
När vattnet passerar ut genom klyvöppningnarna uppstår en brist som yttrar sig som ett undertryck, ett ”sug” i bladets xylem(d.v.s de kärl som transporterar vatten i trädet). En stor trädkrona med hundratusentals blad/barr utvecklar ett mycket stort undertryck, ca. -2 MPa eller -20 atmosfärer. Vatten rör sig från rötterna där trycket är högt till bladen där trycket är lågt. Trycket sjunker därvid också i rötterna och vatten kan i sin tur röra sig från marken till rötterna. Vattentransporten är alltså en fysikalisk process som drivs av tryckskillnader. Kapillärkrafter är inte verksamma och osmos är inte verksamt annat än i samband med reparation av xylemet (sker på våren).
/Tobias K, SLU, Umeå

Svar:
Tobias! Du refererar till fråga 16001 .

Jag hade sett artikeln Hur suger träd upp vatten? som du refererar till. Man för ett märkligt resonemang i stycket Osmos får saven att stiga och rensar rören:

"Genom osmos följer vatten med in i xylemet och en vattenpelare stiger i xylemet som sveper med sig eventuella ”luftproppar” på vägen. ”Luftpropparna” måste avlägsnas eftersom de förhindrar vattentransport genom undertryck. Utsätter man luft för undertryck kan man i bästa fall skapa vakuum (0 MPa) men inte undertryck. En vattenpelare kan däremot sättas under undertryck eftersom vattenmolekylerna hålls samman sinsemellan och med cellväggarnas cellulosa med mycket starka krafter. Kraften är s.k. vätebindning mellan negativt laddade syregrupper och positivt laddade vätegrupper på molekylerna. Motsvarande bindningar finns inte mellan molekyler i gasfas. Om luft sugs in i en vattenpelare under undertryck förloras undertrycket; för att återskapa undertrycket måste luften avlägsnas vilket alltså kan ske m.h.a. osmos hos vissa arter."

Det är flera märkligheter i detta stycke.

* Man säger faktiskt att vattenpelaren byggs upp genom osmos. Är det inte så då att detta övertryck bevaras även i fortsättningen?

* Man säger också, helt korrekt, att vakuum bara möjliggör ett undertryck på 1 atmosfär.

* Ja, vätebryggorna håller ihop vattenmolekylerna men de kan inte lyfta en vattenpelare. Det är som en katt som lyfter sig själv i svansen!

* Vätebryggorna ger en kraft mot cellväggarna, men detta är ju kapillärkraften som påstås vara försumbar!

Det enda jag kan säga med absolut säkerhet är att det är fysikaliskt omöjligt att skapa ett undertryck på 20 atmosfärer om man bara har atmosfärstryck. Undertrycket är max 1 atmosfär, eftersom vakuum är vakuum och du kommer helt enkelt inte längre än trycket 0. Om du kan bygga upp ett övertryck i rötterna på 20 atmosfärer, så är allt OK, och det var i princip det jag föreslog.

Man kan om man vill vända på problemet: om du har en vattenpelare med en höjd på 100 m så utövar den ett statiskt tryck längst ner på 10 atmosfärer. Detta kommer du aldrig ifrån!

Du säger i din fråga att "Vattentransporten är alltså en fysikalisk process som drivs av tryckskillnader. Kapillärkrafter är inte verksamma och osmos är inte verksamt annat än i samband med reparation av xylemet (sker på våren)."

Jag håller med om allt detta utom att övertrycket från osmos bara finns på våren. Det måste finnas hela tiden för att bevara den hydrostatiska balansen, se Xylem#Main_function_.E2.80.93_upwards_water_transport .

Nationalencyklopedin säger i sin artikel om osmos: "Ett flertal fysiologiska processer är förbundna med osmos, t.ex. återförandet av vatten till kroppen i njurar och malpighiska rör och upprätthållandet av vätsketrycket (turgor) i växter." Se fråga 15599 för mer om det senare.

Jag tror en del av problemet är en kulturskillnad: fysiker och biologer har olika sätt att beskriva fenomen. En fysiker kan inte acceptera en förklaring som strider mot elementära etablerade fysikaliska lagar. Författaren till artiken ovan är tydligen lite mindre nogräknad vad gäller detta !

Det enda vi egentligen behöver komma överens om att det är ett övertryck nere i roten som kan hålla upp en 100 m vattenpelare. Hur detta övertryck skapas kan man emellertid diskutera. Det borde gå att dels mäta övertrycket i roten och dels koncentrationen av lösta joner/molekyler så att man kan beräkna det osmotiska trycket.

Under länk 1 finns faktiskt den enligt mitt tycke korrekta förklaringen: "This experiment shows us how osmosis works. If we think about our trees again; the water inside the roots has a higher concentration of sugar as the water on the outside. Through the process of osmosis the tree draws water from the soil, where the concentration is lower, to the inside of the roots, where the concentration is higher, and that is how the tree pumps the water from the soil to the leaves at the top."

För att förvirra diskussionen ännu mer påstås det i artiken under länk 2 att det är kapillärkraften som transporterar upp vattnet! Se även fråga 16172 och Water ascent in tall trees: does evolution of land plants rely on a highly metastable state? .

Tillägg 28/7/10:

Artikeln The Water Circuit of the Plants - Do Plants have Hearts? av Wolfgang Kundt och Eva Gruber, visar att diskussionen om vattentransport i höga träd inte är död. Artikeln är inte helt lätt att förstå, men det är klart att ett övertryck i rötterna orsakat av osmos är en viktig del av förklaringen och att "gummibandsteorin" inte håller. Man inför även - utan experimentella bevis - en sorts mekanisk pump. Denna - med en frekvens på 0.5-15 Hz - motsvarar hjärtat hos t.ex. däggdjur. Med tanke på bristen av experimentella bevis för denna pump, måste jag säga att jag är tveksam.

Artikeln är publicerad i ett öppet arkiv (arXiv.org) som används mycket för vissa naturvetenskapliga ämnen, men artikeln har inte utsatts för normal "peer review". Även detta bör ringa en varningsklocka.

Tack till Bengt för att du gav mig länken till artikeln!
/Peter E

Nyckelord: osmos [8]; vetenskaplig metod [18]; *fysiologi [13];

1 http://www.learnerscience.com/documents/blog.php?title=natural-water-pumps-(osmosis%2C-trees)&entry_id=1205247237
2 http://forestry.about.com/od/treephysiology/p/tree_water.htm

*

 

 

Frågelådan innehåller 7353 frågor med svar.
Senaste ändringen i databasen gjordes 2019-01-22 11:42:47.


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
.