Нас поглотят деревья [Veritasium]
Вот сайт с шаурмой.
[музыка] Этот ролик станет частью, пожалуй, самой крупной коллаборации авторов на YouTube. Мои друзья, мистер Бийск, Марк Робер, Де Стены из "Умнее с каждым днем" и многие другие решили успеть вырастить 20 миллионов деревьев до конца этого года. Каждое дерево стоит 1 доллар, а значит, нам необходимо собрать 20 миллионов долларов. Если вам нравится эта идея, поддержать проект можно на сайте teamtrees.org.
Большинство участников делают отдельный ролик об этом проекте. Кен, как видите, сейчас в Сиднее, и у меня пока нет времени, так что я решил поделиться моими любимыми видео о том, как деревья ломают наше представление о законах физики и вытворяют то, что современные ученые и инженеры пока не в силах повторить. Если вы их еще не видели, прошу. Не часто бывает, что самыми интересными оказываются ответы на простые вопросы.
Например, как деревья вырастают такими высокими? На первый взгляд, как-то глупо такое спрашивать. Деревья просто высокие? Некоторые достигают 100 метров. Но почему не намного больше? А вот почему. Чтобы расти, деревьям необходимо каким-то образом доставлять воду от корней до самой верхушки, а это не так просто, как кажется. Если всасывать воду через трубочку, она поднимется максимум на десять метров.
Неважно, какой длины сама трубка и как сильно втягивать воздух; вода физически не сможет преодолеть эту отметку, потому что над ней окажется вакуум, и жидкость начнет закипать. Чтобы поднять воду на 100 метров, дереву придется создать разницу в давлении в 10 атмосфер. Но каким образом это сделать? Большинство из тех, кому я задавал этот вопрос, говорили, что все дело в транспирации: молекулы воды испаряются с поверхности листа и тянут за собой следующее.
Безусловно, таким образом дерево может создать эффект всасывания, но это не решит проблему с 10 метрами. Так минимальное давление – это абсолютный вакуум. Вряд ли его можно создать в листочках, ведь так? Все так. Хэнк, маловероятно, что ствол изнутри состоит из длинных полых трубок. По сути, внутри деревьев есть система отсеков, чтобы не было сплошного столба воды. Вот эта трубка на самом деле не сплошная; она состоит из клеток. Отличные предположения, но, как оказалось, и неверные.
Ученые обнаружили, что в сосудистых волокнах, внутри которых и происходит транспортировка жидкости, содержится сплошной столб воды. Так как же тогда деревья умудряются не засохнуть? Вакуум там нет. Деревья не засасывают воду, предположим, но тогда как могут проталкивать жидкость вверх? Вроде как древесными мышцами.
Серьезно? Два первых — это пустая трата энергии. Во-вторых, сосудистые волокна – это мертвые клетки. Как насчет осмотического давления? Вода будет стремиться попасть в корень, если концентрация веществ там выше, чем в почве. Правда, в мангровых зарослях вода настолько соленая, что процесс идет в обратную сторону, и деревьям нужно приложить дополнительные силы, чтобы удержать жидкость внутри.
Остается капиллярный эффект: чем тоньше трубка, тем выше поднимается вода, но диаметры сосудистых трубочек от 20 до 200 микрометров. По ним вода не доберется даже до метра. Так что же происходит с деревьями? Оказалось, мы начали с неверного допущения: по минимальное давление — это абсолютно. В плотной балке угля газа все верно. Если избавиться от всех молекул, вы получите абсолютный вакуум, и давление будет равно нулю. Но в случае с жидкостью это не предел, и можно получить отрицательное давление.
Чем-то похоже на натяжение для твердых тел. Молекулы воды начинают активно тянуться друг к другу. Вода испаряется через поры в стенках клеток и создает невероятно сильное отрицательное давление – от -15 атмосфер. И это обычное дерево.
А теперь представьте, что происходит внутри: поры – давление снаружи одна атмосфера, а внутри – еще отрицательные 15. Как же работает эта система? Благодаря тому, что поры крошечные – от двух до пяти нанометров в диаметре, при таких масштабах граница между водой и воздухом может выдержать невероятно сильное давление.
Чем ближе к земле, тем выше давление у корней. Оно равно 1 атмосфере. Таким образом, разница в давлении достигается за счет создания отрицательного давления на верхушке. Погоди-ка, но если наверху давление -15 атмосфер, тогда вода должна вскипать? Вообще-то должна. Но для перехода из жидкого состояния в газообразное необходима дополнительная энергия. Процесс может начаться при наличии центра нуклеации, скажем, пузырька воздуха.
Поэтому очень важно, чтобы в ксилеме не было воздуха. Для деревьев это не проблема, ведь трубочки сразу заполнены водой. Получается, что вода постоянно находится в коде стабильном жидком состоянии, хотя должна вскипать. Точно так же переохлажденная вода остается жидкой, хотя должна заледенить. В каком-то смысле воду внутри деревьев можно назвать "при втянутой": она жидкая, вопреки отрицательному давлению.
А зачем вообще деревьям столько воды? Давайте скажем хором: для фотосинтеза. Как ни странно, нет. На фотосинтез уходит меньше одного процента воды. Еще варианты? Например, чтобы расти, создание новых клеток забирает еще около пяти процентов. А куда деваются остальные 95? Они просто испаряются. На захват одной молекулы углекислого газа деревья тратят сотни молекул воды. Просто поразительно!
Обычное дерево теряет воду через на напору, чтобы создать отрицательное давление больше, чем в 10 атмосфер, чтобы поднять воду на сотню метров в жидком состоянии, хотя то должна закипать, но не может, ведь в сосудистых трубочках нет воздуха. И все для того, чтобы вода почти полностью испарилась, а дерево захватило пару молекул углекислого газа. Невольно начинаешь смотреть на них совсем по-другому.
[аплодисменты] Деревья – одни из крупнейших организмов на Земле. Но откуда они берут столько материалов для роста? Вещества из почвы? Из земли ведь вытягивают полезности? Из почвы? Да, полезности! Именно поэтому тогда деревья не образуют вокруг себя кратеры?
Но они забирают все постепенно, и земля успевает восстановиться. В принципе, логично предположить, что большую часть веществ деревья получают из почвы. В них же такие мощные корни, наверняка, они зачем-то нужны? Они, деревья, коричневые, как земля, и они твердые и прочные, но это неважно.
В начале 17 века Ян Баптист Ван Гельмонт пытался понять, откуда дерево берет материалы для роста. Он взял горшок земли и очень точно измерил массу этой самой земли. Затем посадил в тот горшок дерево и ухаживал за ним 5 лет, не подсыпая в горшок дополнительной почвы. После эксперимента он установил, что масса дерева составила 72 килограмма, тогда как вес земли уменьшился всего лишь на 60 граммов. Вполне весомый аргумент в пользу того, что почва тут ни при чем.
Я даже об этом никогда не задумывался. Они же ничего не едят? Деревья ничего не едят? Эти нет, совсем ничего. Ну а не только воду пьют? Они все... да и больше совсем ничего, не только воду. Предположу, что воду и вещества из почвы по деревьям нужно только земля и вода, вроде все. Но разве нет?
Ну, еще само семечко, из которого и дерево вырастает. Семечко, земля и вода – все, что нужно дереву. Сам я, не Бабки Ставангер, month и заключил, что деревья состоят из воды. И хоть это естественно не так, он был прав в том, что вещества, из которых состоит дерево, берутся не из почвы.
Энергия солнца. Да, энергия солнца! Она деревья превращает энергию в массу! Это немного странно, а не? Вот у нас ничего не было и вдруг появилась. Но как же так? Многие его понятие о ними и вопрос, где взять материал и чтобы так вырасти? Солнце и дождь.
Я думаю, солнце сэт. Солнечный свет! Солнечный свет и солнечный свет – это он дает деревьям массу. На без солнца не расти не будут однозначно. Без солнца они не растут. Бюро массу? Не знаю, но свет точно нужен. Солнце, конечно, дает энергию, чтобы дерево могло вырастить и листья, и ветви.
Но энергия солнца – это не вещество. Думаю, сюда стоит добавить еще и воздух, он ведь тоже им нужен. А что именно им нужно? Наверняка, какой-то газ в атмосфере. Кислород? Деревьям нужен кислород. И да, они же его используют.
Еще кислород! И конечно, кислород — кислород! А может, нужно что-то еще? Углекислый газ в лике Солодова. Углекислый газ! А что, если я вам скажу, что 95 процентов дерева – это углекислый газ? Углекислый газ! Деревья по сути состоят из воздуха.
Внезапно, туда реагируйте! Оказывается, деревья по большей части состоят из воздуха, точнее, из углекислого газа. И что любопытно, мы выдыхаем углекислый газ и воду. Таким образом, теряем ресурсы к деревьям. Они как раз и нужны, чтобы мосту набрать.
Поэтому, если в закрытую систему поместить вас и дерево, вы будете выдыхать воду и углекислый газ. Дерево будет их забирать. Вы будете уменьшаться, а дерево расти. Их в каком-то смысле дерево вас поглотит.
Переведено и озвучено студией "Вверх".