Úžasná fakta o stromech

Nejjednodušší otázky vedou často
k těm nejúžasnějším odpovědím. Třeba jak to, že mohou
být stromy tak vysoké? Zdá se, že ta otázka
ani není hodna odpovědi. - Stromy jsou prostě vysoké.
- Některé až přes 100 metrů. Proč by tu měl být nějaký limit?
Já vám to povím. Aby strom přežil, musí dopravovat vodu
od kořenů až k nejvyšším větvím. A to není snadné. Pro nasátí vody trubicí
existuje limit.

Je to 10 metrů. Pokud budete vodu nasávat dlouhým brčkem,
tak výš než do 10 metrů ji nedostanete. V tu chvíli máte v horní části vakuum
a voda se začne spontánně vařit. Aby strom dostal vodu do výšky 100 metrů,
musel by vytvořit rozdíl tlaků 10 atmosfér. Jak to stromy dělají? Když jsem zveřejnil tuhle záhadu, hodně
lidí si myslelo, že za to může vypařování. Když se voda vypařuje z listů,
tak za sebou táhne další molekuly. Tímhle mechanismem může
strom vytvořit sání, ale nepřekoná jím 10metrový limit.

Nejnižší tlak je úplné vakuum,
což v listech asi není. - Správně?
- Ano, Hanku. Můžete si tedy myslet, že strom
nemá žádné přímé trubice. Strom má uvnitř stěny. Tudíž nemáte spojitý sloupec vody. Tato trubice, která je naplněná vodou,
je tvořená z buněk. I když jsou to dobré spekulace,
ukázaly se jako nesprávné.

Vědci studující stromy zjistili,
že xylémové trubice přenášející vodu obsahují spojitý vodní sloupec. Jak jinak tedy může strom přenášet
vodu od kořenů k listům. - Nesají, nepoužívají vakuum.
- Dobře, tak jak to dělají? Ždímají to jako hadr. Ždímají to až nahoru.
Je tam něco jako stromové svaly. Kromě toho, že by to
bylo mrhaním energií, tak všechny buňky xylému jsou mrtvé. A co osmotický tlak?

Pokud je víc rozpuštěných látek
v kořenech než v okolní zemině, tak bude voda tlačena do stromu. Ale některé stromy rostou v mangrovech,
kde je voda tak slaná, že by osmotický tlak
fungoval opačným směrem. Takže by strom potřeboval dodatečný tlak,
aby vodu nasál. Tak to musí být kapilární elevace. Čím je trubice užší,
tím výš voda vystoupá. Ale trubice ve stromu jsou moc široké.

S průměrem 20 - 200 mikrometrů
by voda vystoupala ani ne k 1 metru. Tak jak to stromy dělají? Jeden z našich předpokladů je špatný. Nejnižší tlak je úplné vakuum... V plynu je to pravda. Když odstraníte všechny molekuly plynu,
tak získáte nulový tlak, a to je vakuum. Ale v tekutinách se můžete
dostat pod nulový tlak, a získat tak záporný tlak.

V pevných látkách
to pozorujeme jako pnutí. To znamená, že molekuly tlačí
na sebe navzájem i na své okolí. Jak se voda vypařuje
skrz buněčnou stěnu, tak se u průměrného stromu vytváří
záporný tlak -15 atmosfér. Zamysleme se nad rozhraním
vody a vzduchu v póru. Dovnitř tlačí síla 1 atmosféry a na druhé straně
je -15 atmosfér sání.

Jaktože se rozhraní neprotrhne? Protože póry jsou maličké. Mají jen 2 až 5 nanometrů v průměru. V takovém měřítku
je povrchové napětí vody dostatečné na to, aby rozhraní vydrželo
obrovské tlaky bez vyklenutí. Když postupujete stromem dolů,
tlak se přibližuje tlaku atmosférickému. Takže můžete mít obrovský rozdíl tlaků
mezi vrcholem a spodkem stromu, protože na vrcholu je tak záporný.

Ale moment. Jestliže má voda na vrcholu
-15 atmosfér, neměla by se vařit? Ano, to by měla. Ale změna skupenství z tekutiny na plyn
vyžaduje aktivační energii. A ta přichází ve formě nukleačních
center, je to například malá bublinka. Proto je tak důležité, aby xylémová
vlákna neobsahovala žádné bublinky vzduchu. A funguje to, protože na rozdíl od brčka,
byla naplněna vodou už od počátku. Z toho důvodu zůstává voda
v metastabilní tekuté formě, i když by se měla vařit.

Je to jako přechlazená voda,
která je tekutá, i když by měla být zmrzlá. Můžete říct, že voda ve stromu
je super-nasávána, protože zůstává tekutá
v tak záporném tlaku. A proč stromy transportují
vodu až nahoru? Chci abyste to zkusili uhodnout. - Pro fotosyntézu?
- Ani ne. Pro fotosyntézu je použito
méně než 1 % vody.

- Jiné nápady?
- A co růst? K tvoření nových buněk
je použito 5 % vody. Tak co se stane s těmi
zbývajícími 95 % vody? Prostě se vypaří. Za každou molekulu oxidu uhličitého,
kterou strom přijme, přijde o stovky molekul vody. Chápeš, jak úžasné to je? Stromy vytvoří obří záporný
tlak desítek atmosfér vypařováním vody skrz malinké póry, nasávají vodu stovky metrů ve stavu,
kdy by se měla vařit, ale nemůže, protože xylémová vlákna neobsahují
žádné bublinky vzduchu, jen aby se jí většina
vypařila při procesu vstřebávání několika molekul
oxidu uhličitého.

Můj pohled na stromy
už nikdy nebude stejný. Rád bych poděkoval Hankovi,
Henrymu a profesoru Poliakoffovi. za pronesení hypotéz na kameru.

Jde o zásadní část vědeckého procesu, i když se vaše hypotézy
ukážou býti nesprávnými. Jak řekl Einstein: "Ten, kdo nikdy
neudělal chybu, nezkusil nic nového." Vždycky mě zajímalo, jaké to je,
být na téhle straně kamery. Můžeš mít... Divil bych se, kdybyste
už neodebírali tyhle lidi. Kdyby ne, tak si najděte
jejich kanály, můžete se něčemu přiučit.

Také bych rád poděkoval profesoru
Johnu Sparrymu z Univerzity v Utahu. Probral to se mnou
v hodinovém rozhovoru po Skypu, proto do popisu videa přidám
odkaz na jeho stránky. Jsou to tlaky
menší než atmosférický, že? Správně. Menší, než atmosférický. Je to tlak tekutin, ne tlak plynu. Je to běžný omyl,
že nemůžeš mít záporné tlaky, protože ti nezbývají žádné molekuly.

Protože definice vakua je nula molekul. To platí pro plyny.
Aby bylo jasno... Myslím, že v tomhle je problém,
proč to nechápu. Tohle video by nebylo možné
bez C. G. P. Gray. Řekl jsem jim v Londýně
o tomhle nápadu... ... a cítil jsem
se tím úplně ohromený. Řekl, že by to bylo
těžké vysvětlit. A když on řekne, že by to bylo
těžké vysvětlit, tak jde do tuhého.

Takže děkuji za jeho příspěvky
k tomuto tématu. A vám děkuju za sledování. Tvorba tohohle videa
byla pro mě náročná, takže děkuju za váš zájem
a oceňuju všechny komentáře. A pokud ještě neodebíráte videa,
tak můžete začít a připojit se ke mně na dalším
vědeckém dobrodružství. Překlad: Mithril
www.videacesky.cz