Tip:
Highlight text to annotate it
X
Μερικές φορές οι πιο απλές ερωτήσεις έχουν τις πιο εκπληκτικές απαντήσεις.
Όπως το πώς μπορούν τα δέντρα να είναι τόσο ψηλά; Είναι μια ερώτηση που
φαίνεται να μην χρειάζεται απάντηση.
Τα δέντρα είναι απλα ψηλά. Κάποια είναι πάνω από 100 μετρά.
Γιατί θα πρέπει να υπάρχει ένα όριο ύψους;
Θα σας πω γιατί. Τα δέντρα πρέπει να μεταφέρουν νερό από τις ρίζες τους στα κλαδιά στην
κορυφή τους, προκειμένου να επιβιώσουν. Και αυτό δεν είναι ένα ασήμαντο έργο.
Υπάρχει ένα όριο στο ύψος που φτάνει το νερό όταν αναρροφάται με ένα λεπτό σωλήνα - είναι 10 μέτρα.
Αν ρουφήξεις νερό με ένα μεγάλο κάθετο σωλήνα, το νερό δεν θα ξεπεράσει τα 10 μέτρα.
Σε αυτό το σημείο θα δημιουργηθεί κενό αέρος στο πάνω μέρος του σωλήνα και το νερό
θα αρχίσει να βράζει αυθόρμητα. Το δέντρο για να ανυψώσει το νερό 100 μέτρα, θα πρέπει
να δημιουργήσει μια διαφορά πίεσης 10 ατμοσφαιρών.
Πώς θα το έκαναν αυτό τα δέντρα?
Όταν έθεσα αυτό το αίνιγμα, πολλοί άνθρωποι είπαν ότι η απάντηση είναι η διαπνοή.
Δηλαδή ότι το νερό εξατμίζεται από τα φύλλα,τραβώντας τα μόρια του νερού από πίσω του. Είναι σαφώς
ένας μηχανισμός ώστε να δημιουργήσει αναρρόφηση, αλλά αυτό δεν μας
βοηθήσει να ξεπεράσουμε το όριο των 10 μέτρων. - Η χαμηλότερη πίεση που μπορεί να δημιουργηθεί
είναι ένα απόλυτο κενό, το οποίο φαντάζομαι ότι δεν συμβαίνει μέσα στα φύλλα των δέντρων, έτσι δεν είναι;
Σωστά, Χανκ. Έτσι, μπορεί να υποθέσετε ότι ένα δέντρο δεν περιέχει συνεχείς σωλήνες
- Το δέντρο έχει ουσιαστικά βαλβίδες μέσα του. Έτσι δεν είναι απλά μια στήλη από νερού.
- Αυτός ο μεγάλος σωλήνας που λες ότι πρέπει να είναι γεμάτος με νερό στην πραγματικότητα αποτελείται από κύτταρα.
Παρά το γεγονός ότι αυτές είναι καλές εικασίες, δεν αποδεικνύονται σωστές.
Οι επιστήμονες που μελετούν τα δέντρα διαπιστώνουν ότι τα τριχοειδή αγγεία που μεταφέρουν το νερό περιέχουν
μια συνεχή στήλη νερού. Άρα, πώς αλλιώς θα μπορούσε να μεταφέρεται το νερού;
Δεν ρουφούν ούτε χρησιμοποιούν κενό αέρος.
Εντάξει,τότε πώς το κάνουν;
- Πιέζοντας σαν τον οισοφάγο προς τα 'πάνω. Έχουν κάποιους ειδικούς μυς μέσα τους...
Yeahh...? Πέραν του ότι θα ήταν μια γιγαντιαία σπατάλη ενέργειας,
όλα τα κύτταρα που συνθέτουν τα τριχοειδή αγγεία είναι νεκρά.
Τι γίνεται με οσμωτική πίεση; Αν υπάρχουν περισσότερες διαλυμένες ουσίας στις ρίζες από ότι στο έδαφος,
το νερό θα έπρεπε να ωθείται μέσα στο δέντρο. Αλλά μερικά δέντρα ζουν σε μαγκρόβια βλάστηση, όπου το νερό
είναι τόσο αλμυρό που η οσμωτική πίεση δρα προς την άλλη κατεύθυνση, έτσι το δέντρο
χρειάζεται πρόσθετη πίεση για να απορροφήσει το νερό.
Τότε πρέπει να είναι η τριχοειδής δράση. Όσο πιο λεπτός ο σωλήνας, τόσο πιο ψηλά μπορεί να αναρριχηθεί το νερό.
Αλλά οι σωλήνες σε ένα δέντρο είναι πολύ ευρείς 20-200 μm σε διάμετρο,άρα το νερό
θα φτάσει σε ύψος λιγότερο από ένα μέτρο.
Οπότε, πώς το κάνουν τα δέντρα;
Λοιπόν μία από τις υποθέσεις που κάναμε είναι λάθος: "Η χαμηλότερη πίεση που μπορεί να δημιουργηθεί είναι ένα απόλυτο κενό"
"απόλυτο κενό"(ηχώ) "απόλυτο κενό"(ηχώ)
Σε ένα αέριο, αυτό είναι αλήθεια. Όταν εξαλείψεις όλα τα μόρια του αερίου,η πίεση
είναι μηδέν και έχεις ένα απόλυτο κενό.
Αλλά σε ένα υγρό, μπορείς να έχεις μικρότερη από μηδενική πίεση και να δημιουργήσεις αρνητικές πιέσεις.
Σε ένα στερεό, θα το σκεφτούμε ως ένταση. Αυτό σημαίνει ότι τα μόρια τραβούν
τα αλλά μόρια και το περιβάλλον τους.
Καθώς το νερό εξατμίζεται από τους πόρους του κυτταρικού τοιχώματος, δημιουργούν τεράστιες αρνητικές πιέσεις
των -15 ατμοσφαιρών σε ένα μέσο δέντρο. Σκεφτείτε τη διεπαφή αέρα-νερού στον πόρο.
Υπάρχει πίεση μιας ατμόσφαιρας πιέζοντας και 15 αρνητικές ατμόσφαιρες
αναρρόφησης από την άλλη πλευρά. Γιατί, λοιπόν, δεν σπάει ο μηνίσκος; Επειδή οι πόροι είναι
μικροσκοπικοί, μόνο 2-5 nm σε διάμετρο. Σε αυτή την κλίμακα, η υψηλή επιφανειακή τάση του νερού εξασφαλίζει
ότι το διαχωριστικό του αέρα-νερού μπορεί να αντέξει τεράστιες πιέσεις χωρίς να σπάσει.
Καθώς κινείσαι προς τα κάτω στο δέντρο, αυξάνεται η πίεση, μέχρι να φτάσει την ατμοσφαιρική στις ρίζες. Έτσι μπορεί
να υπάρχει μεγάλη διαφορά πίεσης μεταξύ του άνω και κάτω μέρος του δέντρου, διότι η πίεση
στην κορυφή είναι τόσο αρνητική.
Αλλά για περίμενε, αν η πίεση κοντά στην κορυφή είναι αρνητική , δεν θα έπρεπε
το νερό να βράζει;
Ναι. Ναι, θα έπρεπε.
Όμως, η αλλαγή φάσης από υγρό σε αέριο απαιτεί ενέργεια ενεργοποίησης. Και αυτό μπορεί να υπάρξει
με τη μορφή μιας περιοχής πυρήνωσης όπως μια μικρή φυσαλίδα αέρα. Γι 'αυτό είναι τόσο σημαντικό
τα τριχοειδή αγγεία να μην περιέχουν φυσαλίδες αέρα, και μπορούν να το κάνουν αυτό, διότι σε αντίθεση με έναν σωλήνα,
είναι γεμάτα με νερό από την αρχή. Με αυτό τον τρόπο, το νερό παραμένει στην μετασταθή
υγρή κατάσταση, όταν θα έπρεπε να βράζει.
Είναι ακριβώς όπως το υπερψυγμένο νερό παραμένει υγρό όταν θα έπρεπε να είναι πάγος. Έτσι, θα
μπορούσαμε να πούμε ότι το νερό σε ένα δέντρο αναρροφάται γιατί παραμένει υγρό σε τέτοιες
αρνητικές πιέσεις.
Και γιατί τα δέντρα διακινούν όλο αυτό το νερό μέχρι τη κορυφή τους; Θέλω να κάνεις μια εικασία,
πες το δυνατά. - Για τη φωτοσύνθεση;
Στην πραγματικότητα, όχι. Λιγότερο από το 1% του νερού χρησιμοποιείται σε φωτοσυνθετικές αντιδράσεις.
Καμία άλλη ιδέα; - Εντάξει μήπως για την ανάπτυξη του;
Όχι μόνο το 5% του νερού χρησιμοποιείται για την κατασκευή νέων κυττάρων. - Τότε τι συμβαίνει με το υπόλοιπο
95% του νερού; Απλώς εξατμίζεται.
Για κάθε μόριο διοξειδίου του άνθρακα που ένα δέντρο λαμβάνει, χάνει εκατοντάδες
μόρια νερού.
- Woah.
Μπορείς να πιστέψεις πόσο εκπληκτικό είναι αυτό; Τα δέντρα δημιουργούν τεράστιες αρνητικές πιέσεις
δεκάδων ατμοσφαιρών, με την εξάτμιση νερού μέσω των μικροσκοπικών πόρων, αναρροφούν το νερό μέχρι 100m,
σε μια κατάσταση όπου θα πρέπει να βράζει, αλλά δεν μπορεί λόγω των τέλειων τριχοειδών αγγείων
που δεν περιέχουν φυσαλίδες αέρα, ώστε το μεγαλύτερο μέρος του νερού να εξατμιστεί κατά τη διαδικασία απορρόφησης
μερικών μορίων διοξειδίου του άνθρακα.
Ποτέ ξανά δεν θα δω ένα δέντρο με τον ίδιο τρόπο .
Θα ήθελα να πω ένα τεράστιο ευχαριστώ στον Hank, τον Henry και τον καθηγητή Poliakoff για τις
υποθέσεις τους μπροστά στην κάμερα. Αυτό είναι ένα ουσιαστικό μέρος της επιστημονικής διαδικασίας, ακόμη και αν
η υπόθεση σας αποδειχθεί ότι είναι λάθος. Όπως είπε ο Αϊνστάιν, «κάποιος που δεν έχει κάνει
ποτέ λάθος δεν έχει ποτέ δοκιμάσει κάτι νέο.» - Πάντα αναρωτιόμουν πως θα ήταν
να ήμουν στην δική σας θέση σε ένα βίντεο...
Θα μου έκανε έκπληξη αν δεν έχετε ήδη εγγραφεί σε αυτά τα κανάλια, αλλά αν δεν είστε εγγεγραμμένοι,
πηγαίνετε να κοιτάξετε τα κανάλια τους. Μπορεί να μάθετε κάτι...
Θα ήθελα επίσης να ευχαριστήσω τον καθηγητή John Sperry από το Πανεπιστήμιο της Γιούτα.
Μου εξήγησε πολλά από αυτά σε μία μονόωρη συνομιλία στο Skype ,θα βάλω
ένα σύνδεσμο για την ιστοσελίδα του στην περιγραφή. Κοιτάμε πιέσεις εδώ κάτω από την ατμοσφαιρική,
σωστά; Prof: "Αυτό είναι σωστό. Κάτω από την ατμοσφαιρική.
Αυτό είναι πίεση υγρού όχι πίεση αερίου. Αυτό είναι μια κοινή παρερμηνεία ότι «ω, δεν μπορούμε να έχουμε
αρνητικές πιέσεις, επειδή δεν έχουν μείνει μόρια» . Ξέρεις, ο ορισμός του απόλυτου κενού
είναι μηδέν μόρια. Αυτό είναι για τα αέρια. Απλά για να είμαι σαφής ..."
Νομίζω ότι αυτό ήταν ένα από τα μεγαλύτερα προβλήματα στην κατανόηση του φαινομένου.
Αυτό το βίντεο θα ήταν αδύνατο χωρίς τον CGP Grey. Όταν του είπα στο Λονδίνο
σχετικά με αυτή την ιδέα ... Grey : "Και ένιωσα σαν «(πουυυφ) απλά καίγεται 97 00:06:31,200--> 00:06:34,200 ο εγκέφαλος σου με όλο αυτό το πράγμα»." Είπε ότι επρόκειτο να είναι πολύ δύσκολο να εξηγηθεί
και όταν λέει ο Grey ότι είναι δύσκολο ξέρεις ότι τα πράγματα θα είναι δύσκολα.
Σε ευχαριστώ λοιπόν (Grey) για συνεισφορά σου σε αυτό το σενάριο.
Και σας ευχαριστώ για την προσοχή σας. Να κάνω αυτό το βίντεο ήταν μια πραγματική οδύσσεια
για μένα και σας ευχαριστώ για τη συμμετοχή σας σε αυτό το ταξίδι.Πραγματικά εκτιμώ όλα τα σχόλιά σας και αν δεν
έχετε εγγραφεί στο κανάλι ήδη, μπορείτε να κάνετε κλικ στοv σύνδεσμο
και να είστε μαζί μου για την επόμενη επιστημονική περιπέτεια μου.
Έκανα ένα βίντεο υποσχόμενος να κάνω ένα βίντεο σχετικά με την απάντηση σε αυτό
περίπου μερικούς μήνες πριν, και ήμουν σαν "εγγραφείτε στο κανάλι και θα σας δώσω την απάντηση
την επόμενη εβδομάδα. "Χαχαχα Ω, τα ψέματα μου...
- Οδηγήστε το στη σωστή συχνότητα. Ωω
- Ναι! Χαχα - Η επιτυχία είναι τρομακτική...