Kā ūdens paceļas augšā pa koka stumbru. Kā notiek ūdens apmaiņa augos: procesi un ūdens kustība caur augiem

Kalifornijā augošās sekvojas ir vieni no garākajiem kokiem pasaulē. Viņi sasniedz 110 metru augstumu. Daži koki ir 2000-3000 gadus veci! Grūti nodot neizdzēšamo iespaidu, ko atstāj pastaiga starp šiem milžiem. Šeit spēcīgi tiek atklāta radīšanas patiesība. Koka šūnas ir sakārtotas, lai veidotu saknes, stumbru, mizu, ūdens kolonnas, zarus un lapas. Koks atgādina milzu ķīmisko rūpnīcu. Šeit pilnīgā kārtībā notiek ārkārtīgi sarežģīti ķīmiskie procesi.

Apbrīnojami ir tas, ka šis milzīgais koks aug no mazas sēklas, kas sver 58 gramus. Iedomājieties: visa informācija par šo milžu attīstību un organizāciju atrodas viņu DNS, sīkā, apaļā sēklā. Sēkla izpilda visus "norādījumus", kas atrodas tās DNS, un pārvēršas par milzu struktūru, kas nav salīdzināma ar neko tajā esošo. izskats un izmēriem. Apbrīnojami, vai ne?

Milzu sekvoja "Ģenerālis Šermans". Tā augstums ir 83,8 m, un stumbra perimetrs pie pamatnes ir 34,9 m Koka vecums ir 2500 gadu. Šis koks tiek uzskatīts par lielāko dzīvo organismu uz Zemes. Tā svars kopā ar sakņu sistēmu ir 2500 tonnas.Koka tilpums ir 17000 kubikmetru, kas ir 10 reizes vairāk nekā zilā vaļa tilpums.

Raksti saka: “Dievs ir paaugstināts savā spēkā, un kurš ir tāds skolotājs kā Viņš? Atcerieties paaugstināt Viņa darbus, ko cilvēki redz. Visi cilvēki tos var redzēt; cilvēks tos var redzēt no tālienes". (Ījaba 36:22—25.) Patiešām, visi cilvēki var redzēt Viņa darbus.

Ūdens pacelšana līdz 30 stāvu ēkas augstumam

Caur tavām lapām sekvoja izdala līdz 600 litriem ūdens dienā, tāpēc pastāvīgi paceļ ūdeni no saknēm līdz zariem, pārvarot gravitācijas spēku. Kā tas ir iespējams kokam, kuram nav mehānisku sūkņu? 100 metri ir patiešām iespaidīgs augstums, pielīdzināms divām 14 stāvu ēkām. Izrādās, ka bagāžnieka iekšpusē sarkankoki ir īpaša šauru savstarpēji savienotu kanāliņu sistēma, ko sauc par ksilēmu. Šie sarežģītie koka iekšējie audi kalpo ūdens novadīšanai no saknēm uz lapām. Ksilēmas caurules veido šūnas, kas atrodas viena virs otras. Kopā tie veido neticami garu kolonnu, kas stiepjas no saknēm cauri stumbram līdz lapām. Lai "sūknētu" ūdeni, sekvojašajā caurulē jāveido nepārtraukta ūdens kolonna.

Koks uztur ūdeni visu mūžu. Atcerieties, kā stiprs vējš noliec koku un zarus. Tomēr, ņemot vērā to, ka vadošā caurule sastāv no miljoniem mazu gabalu, kas ir savienoti kopā, ūdens plūsma tiek pastāvīgi uzturēta. Viena cieta caurule nebūtu paveikusi darbu. Tā kā ūdens parasti neplūst uz augšu, kā kokam izdodas to sūknēt līdz tādam augstumam? Saknes "velk" ūdeni uz augšu, un kapilaritātes darbība (ūdens spēja nedaudz pacelties gar caurules sieniņām) palielina spiedienu. Tomēr šis spēks nodrošina sekvojām ar ūdens pieaugumu tikai par 2-3 metriem. Pamatā esošais dzinējspēks ir iztvaikošana un pievilkšanās starp ūdens molekulām. Molekulās ir pozitīvi un negatīvi lādētas daļiņas, kuru dēļ tās saķeras viena ar otru ar milzīgu spēku, kas pēc eksperimentālajiem mērījumiem ir 25-30 atmosfēras (1 atmosfēra ir vienāda ar normālu atmosfēras spiedienu jūras līmenī).

Sadales sistēma parādīta šķērsgriezumā. Pārneses caurules sastāv no šūnām un ir paredzētas vielu: ūdens un minerālvielu nogādāšanai uz lapām pa dažādiem kanāliem. Viena svarīga šīs sistēmas iezīme augos ir pastāvīga ksilēma un floēma cauruļu atjaunošana.

Pietiek spiest zemūdene Otrā pasaules kara laikā, peldot 350 metru dziļumā zem ūdens. Sekvoja tas viegli uztur 14 atmosfēru spiedienu ūdens staba augšpusē. Ūdens, iztvaikojot no lapām, rada sūkšanas jaudu. Ūdens molekula iztvaiko no lapas un molekulārās pievilkšanās spēka dēļ velk sev apkārt citas molekulas. Tas rada nelielu sūkšanu ūdens kolonnā un velk ūdeni prom no blakus esošajām lapu šūnām. Šīs molekulas savukārt piesaista apkārtējās molekulas. Kustības ķēde turpinās līdz pat zemei ​​un pārvieto ūdeni no saknēm uz koka galotni, līdzīgi kā sūknis paceļ ūdeni no akas uz virsmu.

Mēs to saprotam koka Es pats nevarēju izdomāt tik sarežģītu sistēmu, mācoties tik gudri izmantot ūdens fiziku un Saules enerģiju. Mēs dodam visu godu Dievam, debesu un zemes Radītājam. Milzu koki liecina par 1. Mozus grāmatas vēsturiskumu, kas mums atklāj to patieso izcelsmi: "Un Dievs sacīja: "Lai zeme audzē zāli, zāli, kas dod sēklu, un auglīgus kokus, kas nes augļus pēc savas šķirnes, kurā ir tās sēkla. Un tā tapa". (1. Moz. 1:11-12)

Izlasi arī

Kanādas zāliena superšāva!Pirms 2 gadiem — lasiet 16 minūtes Dzīvās fosilijas apstiprina radīšanuPirms gada - Lasiet 27 minūtes Kā lapām izdodas izvairīties no kušanas fotosintēzes laikā?Pirms pusgada - Lasiet 5 minūtes Jūras zirgs Pirms gada - Lasiet 15 minūtes Dzīvās fosilijas: jūras lilija nav mainījusies "150 miljonu gadu" laikāPirms gada — lasiet 3 minūtes

Ziedošu augu ksilēma satur divu veidu ūdeni vadošas struktūras - traheīdas un traukus. Rakstā jau runājām par to, kā šīs struktūras izskatās gaismas mikroskopā, kā arī mikrofotogrāfijās, kas iegūtas, izmantojot skenējošo elektronu mikroskopu. Sekundārās ksilēmas (koksnes) struktūra ir apskatīta rakstā. Ksilēms un floēms veido vadošos audus augstākos jeb asinsvadu augos. Šie audi sastāv no tā sauktajiem asinsvadu kūlīšiem, kuru uzbūve un izplatība divdīgļlapu augu kātos ar primāro struktūru parādīta attēlā.

Kas ūdens paceļas augšup pa ksilēmu, to ir viegli demonstrēt, iegremdējot dzinuma nogriezto galu atšķaidītā krāsvielas, piemēram, eozīna, ūdens šķīdumā. Tonēts šķidrums, izplatot stublāju uz augšu, aizpilda vēnu tīklu, kas iekļūst lapās. Ja pēc tam izveidojat plānas sekcijas un pārbaudāt tās gaismas mikroskopā, izrādās, ka krāsviela atrodas ksilemā.

Efektīvāks pierādījums ūdens paaugstināšanās pa ksilēmu dot eksperimentus ar "zvanīšanu". Šādi eksperimenti tika veikti ilgi pirms radioaktīvo izotopu izmantošanas, kas ļāva ļoti viegli izsekot vielu ceļam dzīvā organismā. Vienā no eksperimenta variantiem no lignificēta kāta kopā ar lūku, t.i., floēmu, noņem šauru mizas gredzenu. Ilgu laiku pēc tam dzinumi virs nogrieztā gredzena turpina augt normāli: tāpēc šāda gredzenošana neietekmē ūdens celšanos gar stublāju. Taču, ja, paceļot mizas atloku, no tā apakšas tiek izgriezts koksnes segments, t.i., ksilems, augs ātri nokalst. Tādējādi ūdens pārvietojas dzinumos no augsnes pa šiem vadošajiem audiem.

Jebkura teorija, kas izskaidro ūdens transportēšana caur ksilēmu, nevar ignorēt šādus novērojumus.

1. Ksilēmas anatomiskie elementi- plānas atmirušās caurules, kuru diametrs svārstās no 0,01 mm "vasaras" koksnē līdz 0,2 mm "pavasara" kokam.
2. Lielos daudzumos ūdens pārvietojas pa ksilēmu ar salīdzinoši lielu ātrumu: augstos kokos tas ir līdz 8 m/h, bet citos augos - apmēram 1 m/h.
3. Pacelt ūdeni caur šādām caurulēm uz augsta koka galotni nepieciešams aptuveni 4000 kPa spiediens. Garākie koki - sekvojas Kalifornijā un eikalipti Austrālijā - sasniedz vairāk nekā 100 m augstumu. Ūdens spēj pacelties pa tievām mitrināšanas caurulēm, pateicoties tā augstajam virsmas spraigumam (šo parādību sauc par kapilaritāti), bet tikai pateicoties šīm spēki pat caur plānākajiem ksilēmas traukiem ūdens nepaceļas augstāk par 3 m.

Apmierinošs izskaidrojums tam faktus sniedz adhēzijas teorija(kohēzija) vai spriedzes teorija. Saskaņā ar šo teoriju ūdens pacelšanās no saknēm ir saistīta ar tā iztvaikošanu ar lapu šūnām. Kā jau rakstā teicām, iztvaikošana samazina ksilēmai blakus esošo mezofila šūnu ūdens potenciālu, un ūdens nokļūst šajās šūnās no ksilēma sulas, kuras ūdens potenciāls ir lielāks; kamēr tas iet cauri mitrām šūnu sieniņām vēnu galos, kā parādīts attēlā.

Ksilēmas trauki piepilda nepārtrauktu ūdens kolonnu; ūdenim izejot no traukiem, šajā kolonnā rodas spriedze; ūdens molekulu kohēzijas (kohēzijas) dēļ tas tiek pārnests lejup pa stublāju līdz pašai saknei. Šīm molekulām ir tendence "pielipt" viena pie otras, jo tās ir polāras un tiek piesaistītas viena otrai ar elektriskiem spēkiem un pēc tam tiek turētas kopā ar ūdeņraža saitēm. Turklāt tie tiek piesaistīti ksilēma trauku sieniņām, t.i., tie pielīp (pielīp) pie tām. Spēcīgā ūdens molekulu kohēzija nozīmē, ka tās kolonnu ir grūti salauzt – tai ir augsta stiepes izturība. Stiepes spriegums ksilēma šūnās rada spēku, kas spēj pārvietot visu ūdens stabu uz augšu caur tilpuma plūsmas mehānismu. No apakšas ūdens iekļūst ksilēmā no blakus esošajām sakņu šūnām. Tajā pašā laikā ir ļoti svarīgi, lai ksilēma elementu sienas būtu stingras un nesabruktu, krītot iekšienē esošajam spiedienam, kā tas notiek, sūcot kokteili caur mīkstu salmiņu. Sienu stingrību nodrošina lignīns. Pierādījumus, ka šķidrums ksilēma traukos ir stipri sasprindzināts (izstiepts), sniedz koku stumbru diametra diennakts svārstības, ko mēra ar instrumentu, ko sauc par dendrogrāfu.

Minimālais diametrs tiek atzīmēts dienā, kad transpirācijas intensitāte ir visaugstākā. Polu spriegums ūdens ksilēma traukā nedaudz ievelkas savās sienās (saķeres dēļ), un šo mikroskopisko kompresiju kombinācija nodrošina vispārēju ierīces fiksētās mucas “saraušanos”.

Spēka vērtējumi par ksilēma sulas kolonnas pārsprāgšana svārstījās no 3000 līdz 3000 kPa, un zemākas vērtības tika iegūtas vēlāk. Lapās tika reģistrēts ūdens potenciāls aptuveni -4000 kPa, un ksilēma sulas kolonnas stiprums, iespējams, ir pietiekams, lai izturētu no tā izrietošo spriegumu. Protams, iespējams, ka ūdens stabs dažkārt var pārsprāgt, īpaši liela diametra traukos.

Izteiktās teorijas kritiķi uzsvērt, ka jebkura sulas kolonnas pārtraukuma gadījumā nekavējoties jāpārtrauc visa plūsma, jo trauks tiks piepildīts ar gaisu un tvaikiem (kavitācijas parādība). Kavitāciju var izraisīt spēcīga kratīšana, mucas locīšana, kā arī ūdens trūkums. Labi zināms, ka vasaras laikā ūdens saturs koka stumbrā pamazām samazinās, koksne piepildās ar gaisu. Mežizstrādātāji to izmanto, jo šādus kokus ir vieglāk peldēt. Tomēr ūdens staba plīsums dažos traukos maz ietekmē kopējo tilpuma plūsmas ātrumu. Varbūt fakts ir tāds, ka ūdens ieplūst paralēlos traukos vai apiet gaisa aizbāzni, pārvietojoties pa blakus esošajām parenhīmas šūnām un gar sienām. Turklāt saskaņā ar aprēķiniem, lai saglabātu novēroto plūsmas ātrumu, ir pilnīgi pietiekami, ka vismaz neliela daļa ksilēma elementu darbojas jebkurā brīdī. Dažos kokos un krūmos ūdens pārvietojas tikai pa jaunāko ārējo koksni, ko sauc par aplievu. Piemēram, ozolā un osā vadošo funkciju galvenokārt veic kārtējā gada trauki, bet pārējā aplievu daļa pilda ūdens rezerves lomu. Jauni ksilēmas trauki veidojas visā augšanas sezonā, bet galvenokārt tās sākumā, kad ūdens plūsmas ātrums ir maksimāls.

Otrais spēks nodrošina ūdens kustību caur ksilēmu, - saknes spiediens. To var noteikt un izmērīt brīdī, kad tiek nogriezts vainags, un stumbrs ar saknēm kādu laiku turpina izdalīt sulu no ksilēmas traukiem. Šo procesu nomāc elpošanas inhibitori, piemēram, cianīds, un tas apstājas ar skābekļa trūkumu un temperatūras pazemināšanos. Acīmredzot šī mehānisma darbība ir saistīta ar sāļu un citu ūdenī šķīstošu vielu aktīvo sekrēciju ksilēma sulā. Rezultātā tā ūdens potenciāls samazinās, un ūdens ar osmozi iekļūst ksilēmā no blakus esošajām sakņu šūnām.

Šis mehānisms rada hidrostatisko spiedienu aptuveni 100-200 kPa (izņēmuma gadījumos 800 kPa); viens viņam ūdens paaugstināšanās pa ksilēmu parasti nepietiekams, bet daudzos augos tas noteikti palīdz uzturēt ksilēma strāvu. Lēnām izplūstošās zālaugu formās šis spiediens ir pietiekams, lai izraisītu to mutāciju. Ar šādu nosaukumu ūdens izdalās uz auga1 virsmas šķidruma pilienu, nevis tvaiku veidā. Visi apstākļi, kas kavē transpirāciju, piemēram, vājš apgaismojums un augsts mitrums, veicina gutāciju. Tas ir izplatīts daudzās tropu lietus mežu sugās, un to bieži var redzēt uz lapu galiem zāles stādos.

Ūdens ceļš augā ir sadalīts trīs dažādos fizioloģijas, struktūras un garuma ziņā daļas: ar dzīvām sakņu šūnām; ar saknes, stumbra, kātiņa un dzīslu ksilēmas mirušajiem elementiem; pa lapas dzīvajām šūnām līdz iztvaikojošajai virsmai.

Lielākā daļa šī ceļa attiecas uz ūdeni vadošās sistēmas daļu, kas sastāv no mirušiem dobiem traukiem segsēkļos un traheīdām ģimnosēkļos. Zālaugu augiem šī ūdensceļa daļa sasniedz desmitiem centimetru, bet koksnes augiem tā sasniedz daudzus metrus.

Ūdens kustība pa ksilēma traukiem, kuru garums var sasniegt vairākus desmitus centimetru, notiek diezgan viegli. Ceļš cauri traheidām ir grūtāks: no vienas traheīdas uz otru ūdens iet cauri nomētātām porām; ir acīmredzams, ka ūdens kustība caur tiem piedzīvo lielāku pretestību nekā caur kuģiem. Mērījumi liecina, ka lapkoku koksnes augi koksnes vadītspēja ir 3-6 reizes lielāka nekā skujkokiem. Kopumā ūdens šo ceļu pārvar daudz vieglāk nekā pirmais un trešais caur vairākiem milimetriem vai pat milimetru daļām dzīvām šūnām - no sakņu matiņiem līdz centrālā cilindra traukiem un no traukiem, kas atrodas lapas dzīslās, līdz iztvaikošanai. mezofila šūnas.

Autors asinsvadi un traheīdasūdens pārvietojas, it kā caur dobām caurulēm, ievērojot vispārīgos hidrodinamiskos likumus, uz dzīvajiem tas pats sakņu un lapu šūnas osmotiski, izmantojot blakus esošo šūnu sūkšanas spēku atšķirību pareizi pieaugošā secībā. Ievērojama pretestība ūdens plūsmai tās pārejas laikā no vienas dzīvas šūnas uz otru padara šo metodi pilnīgi nepiemērotu ūdens pārvietošanai lielos attālumos. Tāpēc traheīdu parādīšanās papardes augos bija svarīgs evolūcijas posms flora. Ūdensapgādes sistēma kļuva vēl pilnīgāka, kad segsēkļos parādījās īsti trauki.

Caur iekārtu tiek sūknēts milzīgs ūdens daudzums. No 1 ha kviešu sējumu vasaras laikā iztvaiko ap 2 tūkst.t, āboliņš - 7,5, kāposti - 8 tūkstoši, t.i. ja savāc visu ūdeni, ko patērē 1 ha āboliņa vai kāpostu, iegūst ūdens baseinu 1 ha platībā un 75-80 cm dziļumā 0, alksnis - līdz 11 tūkst.t.

Redzams, ka meži patērē ne mazāk un pat vairāk nekā dažas lauksaimniecības kultūras. šie kolosālie izdevumi tiek papildināti, pateicoties sakņu sistēmu darbībai, kas pietiekami ātri absorbē ūdeni no augsnes. Pamatojoties uz šo nosusināšanas loma meži piemirkušas meža augsnes apstākļos. Apkope ūdens bilanci kalpo arī kā labi attīstīta ūdensvadīšanas sistēma, kas bez kavēšanās apgādā lapas ar ūdeni, kā arī nodrošina augu audu klātbūtni, kas aizsargā augu no pārmērīga ūdens zuduma.

Kādi ir spēki, kas veic nepārtrauktu ūdens plūsmu no saknēm caur stublāju un lapām? Plkst mazizmēra zālaugu augi Ksilēmas sulas plūsmas mehānisms ir viegli saprotams. Sakņu spiediens iespiež ūdeni saknes centrālā cilindra traukos, un sūkšanas spēki, kas rodas lapās transpirācijas procesa dēļ, piesaista šo ūdeni. Tas rada D.C.ūdens visā augā.

Tiek saukts ūdens celšanās process no saknēm līdz lapām augošā strāva, Atšķirībā no lejupejoša strāva organiskās vielas no lapām līdz saknēm. Saknes spiedienu, ko rada sakņu galu vielmaiņa, sauc apakšējā spailes ūdens strāvas motors. Tiek saukti lapu sūkšanas spēki, kas piesaista ūdeni augšējā gala ūdens strāvas motors.

Grūtāk ir izskaidrot ūdens staba nepārtrauktību augu pasaules milžu - eikaliptu, sekvoju un dažu citu kokaugu, kuru augstums sasniedz 140 m. Arī mūsu parastie koki ir diezgan lieli: bērzs - līdz 25 m, ozols - 40 m, priede un egle - līdz 50 m Tam jāpieskaita ievērojams sakņu ūdens nesošās sistēmas garums.

Ūdens straume piedzīvo un pārvar gravitācijas spēku, gravitācijas spēku. Tāpēc, piemēram, parastie virzuļsūkņi nevar pacelt ūdeni no dziļuma, kas pārsniedz 10 m, jo ​​šī 10 metru ūdens kolonna atbilst 1 atm spiedienam. Turklāt ūdens kustība caur ksilēmu piedzīvo diezgan ievērojamu pretestību, īpaši koksnes augu dzimtas augu pārstāvjiem.

Izskaidrojums tam, ka ūdens stabs ar garumu daudzus desmitus metru neplīst, ir atrodams teorijā par adhēziju (kohēziju) un asinsvadu un traheīdu sieniņu mitrināšanu ar ūdeni (adhēziju). Patiešām, starp kustīgā ūdens molekulām ir ievērojami kohēzijas spēki, kas liek šīm molekulām sekot viena otrai. To veicina fakts, ka ūdeni nesošie elementi ir it kā vienots veselums ar ūdens plūsmu, jo to sienas ir pilnībā samitrinātas, piesātinātas ar ūdeni. Viņiem nav gaisa. Šajā stāvoklī tie nodrošina minimālu pretestību kustīgajai straumei. Turklāt pati kuģu struktūra neveicina gaisa burbuļu pārvietošanos no viena trauka uz otru.

Tas viss ļoti atšķiras no apstākļiem, kas radīti kokā, no apstākļiem virzuļsūkņos. Pēdējā starp cilindra un virzuļa sienām pastāvīgi parādās gaisa burbuļi, kas pārkāpj ūdens staba integritāti. Šī kolonna saplīst, paceļoties vairāk nekā 10 m augstumā.

Lai paceltu ūdeni līdz 100 m augstumam, ir nepieciešami sūkšanas spēki koka vainagā apmēram 30 - 35 atm: gravitācijas pārvarēšanai - 10 atm, filtrācijas pretestība caur kuģu šķērssienām - 20-25 atm. Meža dabiskajā vidē šādas vērtības bieži tiek reģistrētas eksperimentāli. Tāpēc no tīri fiziskā viedokļa šķiet iespējams izskaidrot ūdens pacelšanos līdz 100 m vai vairāk augstumam.

Transpirācijas procesā koku lapās rodas sūkšanas spēki, kas sasniedz desmitiem atmosfēru. Lapas iesūc ūdeni no kāta, kā rezultātā traukos samazinās negatīvs spiediens. Šo stāvokli var novērot ar vienkāršu instrumentu palīdzību: siltā vasaras dienā ar intensīvu ūdens zudumu koku stumbru diametrs samazinās. Vēl viens veids ir tāds, ka, griežot intensīvi plūstošu zaru tonētā ūdenī, tiek novērota acumirklīga krāsvielas iekļūšana caur griezuma virsmu vazodilatācijas dēļ.

Atkarībā no anatomiskā struktūra koksnei, augšupejošās strāvas lineārais ātrums svārstās no 1 - 6 m / h skujkoku un izkliedētām vaskulārajām koku sugām līdz 25 - 60 m / h gredzenveida vaskulārajām koku sugām. Šāds ātrums fiksēts vasarā pusdienlaikā. Ūdens kustības ātrums pa koku dienas laikā ir mainīgs un pamatā atbilst transpirācijas intensitātei. Ir un no gaismas atkarīgā augšupvērstība augos, kas nav cieši saistīti ar transpirācijas aktivitāti (V.G. Reutskis).

Pašā kokā ūdens visātrāk pārvietojas stumbrā un lēnāk jaunākajos zaros. Vidējo pozīciju šim rādītājam aizņem vecie zari.

Īpatnībasūdens straume gar koka stumbru:

Ar izotopu tehnikas palīdzību un krāsu ievadīšanu stumbrā tika parādīts, ka lielākajā daļā kokaugu ūdens straume stumbrā pārvietojas spirālē. Tas ir cieši saistīts ar koka stumbra makrostruktūru, kas apgrūtina atbildi uz jautājumu, kura sakņu sistēmas daļa baro ūdeni uz vienu vai otru koka vainaga pusi.

Ūdens kustība iekšā radiālais virziens tiek veikta lēnāk un notiek caur porām uz asinsvadu un traheīdu sieniņām. Tas ir svarīgi, lai uzturētu normālu ūdens saturu koka un mizas dzīvo elementu sastāvā.

· nelīdzenumiūdens straume. Ne visa koksne kalpo kā ūdens vadīšanas vieta. Sirds koksnes augos (priede, ozols) tam kalpo tikai aplievas. Tajā pašā laikā pēdējie ikgadējie koksnes slāņi aktīvāk vada ūdeni. Tas izskaidrojams ar to, ka viengadīgo zaru koksnē pāriet tikai šie slāņi, kas ir cieši saistīti ar lapu ūdeni nesošo sistēmu. Skujkokos, it īpaši eglēs, asinsvadu skuju saišķi, šķiet, sazinās ar vairākiem augšanas gredzeniem. Vecie augšanas gredzeni vienkārši nesasniedz vainagu, tie izķīlējas, pieaugot koka augstumam. Vairākās koku sugās (baltā akācija, pistācijas, osis) ūdeni veic tikai 1-3 pēdējos ikgadējos aplievas slāņos. Tāda pati aina vērojama aplievu un nobriedušu koksnes sugu (apse, bērzs, liepa), taču tām ir nedaudz lielāks ūdensvadošo viengadīgo slāņu skaits.

Šādu koka stumbra augšupejošās strāvas pazīmi var nosaukt arī par to izolācija. AT vispārīgi runājot tas ir arī zālaugu augos. Tomēr tas ir izteiktāks koksnes augiem. Ūdeni vadošo stumbra koksni no ārējās vides atdala ne tikai kambija un floēmas dzīvās šūnas, bet arī biezs korķis vai miza, kas ierobežo koksnes savienojumu ar atmosfēras gaisu.

Tāda augšupejošās strāvas īpašība kā atgriezeniskums, dažkārt dabā novēro vairākām koku sugām, tostarp dažiem skuju kokiem (egle, egle), sakņojot apakšējos zarus saskarē ar augsni vai kritušu koku galotnēm. Ūdens plūsma šeit iet pretējā virzienā - no morfoloģiski augšējā gala uz morfoloģiski apakšējo galu.

Augšupvērsta strāva nodrošina visas auga dzīvās šūnas ar ūdeni un minerālelementiem. Augšupejošās strāvas loma ir ļoti svarīga arī sakņu, stumbra un zaru dzīvo šūnu nodrošināšanā ar skābekli, jo mizas, kambija un koksnes audu caurlaidība gāzēm ir ļoti zema. Šis augošās strāvas ūdenī izšķīdinātais skābeklis tiek izmantots, lai veiktu koka dzīvo elementu elpošanas procesu.

Ietekmē arī augšupejošā strāva ūdens sastāvs audumi, jo īpaši stumbra koksne. Jaunībā, pirms serdes veidošanās, skujkoku koksnei ir visaugstākais mitruma saturs. Šī atšķirība acīmredzami ir saistīta ar to, ka tajos nav libriformas, salīdzinot ar cietkoksnēm.

Tiek novērotas krasas koksnes ūdens satura izmaiņas gada laikā. Tādējādi skujkoku koksnes augos zemākais mitrums ir vērojams vasaras mēnešos, bet augstākais – ziemā. Vēlā pavasarī un agrā rudenī koksnes mitrums ir vidējā stāvoklī. Sirds koksnes mitruma saturs praktiski nemainās un ir viszemākais. Lapu koku sugām ir divi zema mitruma periodi - vasara un ziemas otrajā pusē, un divi paaugstināta mitruma periodi - pavasaris sulas tecēšanas laikā un ziema - ziemas pirmajā pusē.

Jaunu koku koksnes mitruma saturs ir nedaudz lielāks, un tā svārstību amplitūda ir lielāka nekā veciem kokiem. Ūdens saturs koksnē mainās arī vasaras dienā: augstākais ir agri no rīta, bet zemākais ir pusdienlaikā.

Ūdens, kas glabājas stumbra vidū, spēj pārvietoties jaunos dzinumos, kas ir īpaši svarīgi, ja augsnē nav augiem pieejama ūdens (sausums, sals). Piemēram, 100 gadus veca priede var izturēt sausuma periodu, izmantojot iekšējās ūdens rezerves savā stumbrā veselu mēnesi.

Ūdens plūst caur augu atšķiras no vielmaiņas ūdens, ko tieši izmanto dažādos vielmaiņas procesos. Augu šūnās nepārtraukti notiek ūdens apmaiņa. Ar moderno tehnoloģiju palīdzību, jo īpaši izotopu tehnoloģiju, bija iespējams parādīt, ka visātrākā intersticiālā ūdens apmaiņa pret ārējo ūdeni notiek augu saknēs, bet vislēnākā - kātos. Starpposmu aizņem lapas.

Līdzīga informācija.

Darba teksts ievietots bez attēliem un formulām.
Pilna versija darbs ir pieejams cilnē "Darba faili" PDF formātā

Ievads

Cik bieži cilvēki dzīvo savu ierasto dzīvi un nepamana pārsteidzošas lietas. Mūsu mežu skaistums ir unikāls.Koki ir ievērojami ne tikai ar savu skaistumu, bet arī ar savu daudzveidību. Kāpēc uz mūsu planētas platuma zonā aug vienas sugas noteikta augstuma koki? Kas nosaka koku augstumu? Kā milzu koki nodrošina ūdens kāpumu? Šie jautājumi mani ļoti interesē. Atmosfēras spiediena joslas ir pakļautas platuma zonas likumam kā vienam no dzīvo organismu ietekmējošiem faktoriem. Koku ūdens apgādes sistēmu var salīdzināt ar ūdens kustību pa caurulēm, un šķidruma kustība koka traukos ir kapilāro cauruļu pacēluma augstums. Problēma: kāpēc dažādos klimatiskajos platuma grādos aug vienas un tās pašas sugas dažāda augstuma koki un kas nosaka ūdens apgādes sistēmu panīkušiem kokiem un milzu kokiem. Hipotēze: ja ir koka trauka diametra atkarība no koka augstuma, tad tā augstums ir atkarīgs no atmosfēras spiediena kā viena no ietekmes faktoriem dažādos platuma grādos. Mērķis: pētījums par koka augstuma atkarību no koka trauka diametra pie noteikta atmosfēras spiediena dažādos tā augšanas platuma grādos.

Projekta mērķi: 1. Izpētīt informācijas avotus par izvēlēto tēmu. 2. Padziļināt zināšanas par hidraulikas likumu teoriju, kapilāru parādībām. 3. Veiciet un aprakstiet eksperimentu, kas apstiprina vai atspēko izvirzīto hipotēzi. 4. Apstrādāt un analizēt paveiktā darba rezultātus. 5. Rezultātus prezentēt līniju diagrammas veidā. 6. Izdariet mērķim atbilstošu secinājumu.

Pētījuma objekts: fizikas likumi un parādības hidraulikas teorijas izpētē, kapilārās parādības. Studiju priekšmets: vadoša koka sistēma. Tēmas atbilstība: pētījums ir saistīts ar zināšanu pilnveidošanu par hidraulikas likumiem un kapilāro parādību teoriju, pētāmās problēmas formulēšanā, vēršot sabiedrības uzmanību uz mums dzīvē pazīstamu parādību vides jautājumiem un veidojot diagrammu koka trauka diametra atkarība no augstuma.

1. Kas ir hidraulika

Hidraulika ir zinātne ar tūkstoš gadu attīstības vēsturi. Vārds "hidraulika" nāk no divu kombinācijas Grieķu vārdi — hidro(ūdens) un aulos(caurule) - un nozīmē ūdens kustību caur caurulēm. Mūsdienās termins "hidraulika" ir ieguvis plašāku nozīmi. Mūsdienu izpratnē hidraulika ir tehniska zinātne, kas pēta šķidrumu līdzsvara un kustības likumus, kā arī metodes šo likumu pielietošanai inženiertehniskajā praksē. Hidraulikas daļu, kas ņem vērā šķidruma līdzsvara likumus, sauc par hidrostatiku, bet daļu, kas ņem vērā šķidrumu kustības likumus, sauc par hidrodinamiku. Divas hidraulikas studiju jomas - dinamiskā un statiskā kontekstā. Hidrodinamika skar ūdens kinemātikas jautājumus kā tādus, savukārt hidrostatika vairāk pievēršas šķidrumu mijiedarbības likumiem ar citām vidēm un ķermeņiem. Mitruma svārstības ir higroskopiskas kustības cēlonis. atmosfēras gaiss. Dažādu veidu hidraulisko iekārtu tehnikā nepieciešamais spiediens gandrīz vienmēr tiek radīts, izmantojot kompresorus vai sūkņus. Augu organismā problēmu risināšanai, kas saistītas ar dažāda veida kustību, arī kontroles, veikšanu, nav jāpieliek tik lielas pūles. Tomēr tie tiek atrisināti arī ar hidraulikas likumu palīdzību, bet ar daudz zemāku spiedienu 1 .

Ūdens vide ir galvenais pētījuma aspekts šajā virzienā. Ūdens ir visizplatītākā viela biosfērā, kam ir ārkārtīgi svarīga loma savvaļas dzīvnieku un jo īpaši augu dzīvē. Ūdens ir daļa no jebkura dzīvnieka un auga šūnām un audiem. Liela ūdens daudzuma zudums dzīvam organismam var izraisīt tā nāvi. Augi veicina ātrāku augsnes un gaisa ūdens apmaiņu. Ir grūti pārvērtēt labvēlīgo ietekmi, ko augu pasaule atstāj uz klimatu, to regulējot.

2. Flora un hidraulikas likumi

Augu organisma autonomās kustības kontrolē hidraulika. Inženierzinātnēs dizaineri rada augstu spiedienu, izmantojot kompresiju: ​​kustīga daļa, piemēram, virzulis, nospiež šķidrumu. Iekārtai šādas tehnoloģijas izmantošana prasītu lielus enerģijas izdevumus un īpašu un turklāt sarežģītu pielāgojumu izveidi. Tāpēc no konstruktīvā viedokļa viņi izmanto daudz vienkāršāku un no enerģijas patēriņa viedokļa efektīvāku metodi - osmozi. Osmoze ir vielas difūzija caur starpsienu (membrānu), kas atdala tīru šķīdinātāju un šķīdumu vai divus dažādu koncentrāciju šķīdumus. Starpsiena ir tikai caurlaidīga šķīdinātājam. Šī hidrauliskā spiediena radīšanas metode ir saistīta ar sāļu dabisko spēju piesaistīt ūdeni, izšķīst tajā un samazināt šķīduma piesātinājumu. Ar osmozes palīdzību augi rada diezgan lielu spiedienu. Intracelulārais spiediens piešķir stingrību tiem augiem, kuru audi nekļūst lignified. Kad osmotiskais spiediens pazeminās, piemēram, nogriežot ziedus un ieliekot vāzē, augs novīst. Daudzas rūpnīcas šim nolūkam ir ieguvušas reālus savienojumus, strādājot pēc tāda paša principa kā hidrauliskie savienojumi tehnoloģijā. Kā augs panāk pēkšņu spiediena kritumu? Iemesls ir tāds, ka tas spēj mainīt puscaurlaidīgās šūnu membrānas poru izmēru. Palielinoties poru izmēram, šķīdums zem spiediena šūnā izplūst, un spiediens samazinās. Dažu minūšu laikā šūnas membrāna atgriežas iepriekšējā stāvoklī, un procesu var atkārtot vēlreiz 2 .

2.1. Ūdens plūsmas motori

Ūdens kustību caur iekārtu nosaka divi galvenie ūdens plūsmas dzinēji: apakšējā ūdens plūsmas dzinējs jeb saknes spiediens, augšējā ūdens plūsmas dzinējs vai atmosfēras iesūkšanas darbība. Mehānisms, kas nodrošina ūdens pacelšanos gar augu sakņu spiediena dēļ, ir ūdens strāvas apakšējā gala motors. Ūdens piepildās visu ceļu no augsnes - caur sakni un stublāju - līdz šūnām lapā. Kopējā ūdens plūsma ir vērsta uz zemāku ūdens potenciālu. Saknes spiediens iespiež ūdeni saknes centrālā cilindra traukos, un sūkšanas spēki piesaista šo ūdeni. Ūdens pacelšanās procesu no saknēm uz lapām sauc par augšupejošu strāvu. Saknes spiedienu sauc par ūdens strāvas apakšējā gala motoru. Lapu sūkšanas spēkus, kas piesaista ūdeni, sauc par ūdens strāvas augšējo gala motoru. Mūsu parastie koki ir diezgan lieli un tiem ir ievērojams ūdensvadošās sakņu sistēmas garums. Ūdens straume piedzīvo un pārvar zemes pievilkšanas spēku, gravitācijas spēku. Starp kustīgā ūdens molekulām ir kohēzijas spēki. Ūdeni vadošie elementi ir neatņemami ar ūdens plūsmu, jo to sienas ir pilnībā samitrinātas un piesātinātas ar ūdeni. Tas viss ievērojami atšķir kokā radītos apstākļus no apstākļiem virzuļsūkņos, kur starp cilindra un virzuļa sienām pastāvīgi parādās gaisa burbuļi, pārkāpjot ūdens staba integritāti. Šī kolonna saplīst, paceļoties vairāk nekā 10 metru augstumā. Lai paceltu ūdeni līdz 100 metru augstumam, ir nepieciešami sūkšanas spēki koka vainagā līdz 35 atmosfērām: gravitācijas pārvarēšanai - 10 atmosfēras, filtrācijas pretestība caur kuģu šķērssienām - līdz 25 atmosfērām. Tāpēc no tīri fiziskā viedokļa šķiet iespējams izskaidrot ūdens pacelšanos līdz 100 metru vai vairāk augstumam 3 .

3. Kapilārās parādības

Kapilaritāte ir šķidruma celšanās vai krituma parādība kapilāros, kas sastāv no šī šķidruma spējas mainīt līmeni maza diametra caurulēs, šauros patvaļīgas formas kanālos un porainos ķermeņos. Līdzīgas parādības var novērot arī ļoti šaurās caurulēs, kuras sauc par kapilāriem (no lat. cappillus- mati) 4. Kapilāritātes pamatā esošie spēki - d viņas darbība on-top-nost-no-go on-ty-zhe-niya un effect-fek-t sma-chi-va-niya.

3.1. Virsmas spraigums

Termins "virsmas spraigums" nozīmē, ka viela virsmas tuvumā atrodas "izstieptā", tas ir, saspringtā stāvoklī, kas izskaidrojams ar tāda spēka darbību, ko sauc par iekšējo spiedienu. Tas ievelk molekulas šķidrumā virzienā, kas ir perpendikulārs tā virsmai. Molekulas, kas atrodas vielas iekšējos slāņos, piedzīvo vidēji vienādu pievilcību no apkārtējām molekulām visos virzienos. Virsmas slāņa molekulas ir pakļautas nevienlīdzīgai pievilkšanai no vielu iekšējo slāņu puses un no puses, kas robežojas ar vides virsmas slāni. Šķidruma-gaisa saskarnē šķidruma molekulas, kas atrodas virsmas slānī, tiek piesaistītas spēcīgāk no blakus esošajām šķidruma iekšējo slāņu molekulām nekā no gaisa molekulām. Iekšējais spiediens liek molekulām, kas atrodas uz šķidruma virsmas, ievilkties uz iekšu, un tādējādi noteiktos apstākļos tām ir tendence samazināt virsmu līdz minimumam. Spēku, kas iedarbojas uz saskarnes garuma vienību, izraisot šķidruma virsmas saraušanos, sauc par virsmas spraiguma spēku vai vienkārši virsmas spraigumu 5 .

Virsmas spraiguma koeficients ir galvenais lielums, kas raksturo šķidruma virsmas īpašības, un to sauc par virsmas spraiguma koeficientu. Virsmas spraiguma spēks ir spēks, ko rada šķidruma molekulu savstarpēja pievilkšanās, kas vērsta tangenciāli uz tā virsmu. Virsmas spraiguma spēku darbība noved pie tā, ka līdzsvara stāvoklī esošajam šķidrumam ir minimālais iespējamais virsmas laukums. Kad šķidrums saskaras ar citiem ķermeņiem, šķidruma virsma atbilst tā virsmas enerģijas minimumam.

3.2. mitrinošs efekts

Līnija, kas ierobežo piliena virsmu uz cietas vielas, ir trīs ķermeņu virsmu robeža: šķidruma, cietas un gāzes. Tāpēc šķidruma piliena līdzsvara noteikšanas procesā uz šo ķermeņu robežas darbosies trīs spēki: šķidruma virsmas spraiguma spēks uz robežas ar gāzi, šķidruma virsmas spraiguma spēks. pie robežas ar cieto vielu un cietās vielas virsmas spraiguma spēku uz robežas ar gāzi. Tas, vai šķidrums izplatīsies pa cietas vielas virsmu, izspiežot no tās gāzi, vai, tieši otrādi, savāksies pilē, ir atkarīgs no šo spēku lielumu attiecības. Jāņem vērā, ka tieši uz tīras materiāla virsmas nogulsnēta šķidruma piliena izveidotā plankuma diametra izmaiņu ātrums tiek izmantots kā galvenais mitrināšanas raksturlielums kapilāros. Tās vērtība ir atkarīga gan no virsmas parādībām, gan no šķidruma viskozitātes, tā blīvuma un nepastāvības. Viskozāks šķidrums ar citām identiskām īpašībām ilgāk izplatās pa virsmu un lēnāk plūst pa kapilāro kanālu 6 .

3.3. Šķidruma pieauguma augstums kapilārajās caurulēs

Kapilārās parādības izraisa divi pretēji vērsti spēki: gravitācijas spēks, kas liek šķidrumam nogrimt, un virsmas spraiguma spēks, kas virza ūdeni uz augšu. Šķidruma pacelšanās/nolaišanās pa cap-pil-la-ru apstājas, bet-saja, kad gravitācijas vienādojuma augšgala spēks - tas atrodas gravitācijas spēka ietekmē. , iedarbojoties uz augoša šķidruma kolonnu. Jūs-ar-to, uz kura sma-chi-va-u-th šķidrums kapilārā caurulē paceļas, pārvarot gravitāciju, aprēķina pēc formulas (3.3.1):

(3.3.1)

kur ------- co-ef-fi-ci-ent top-nost-no-go on-ty-zhe-niya,N/m; - šķidruma blīvums, kg/m 3 ; - gravitācijas paātrinājums,9,8 m/s 2 ; h - paceltā šķidruma kolonnas augstums,m; r - kapilāra rādiuss, m; d - kapilāra diametrs, m 7.

Ja kapilārs ir slīps pret šķidruma virsmu, tad šķidruma pacelšanās augstums nav atkarīgs no slīpuma leņķa vērtības. Neatkarīgi no tā, kā konstrukcijā atrodas kapilāri, šķidruma pacelšanās augstums būs atkarīgs no ------, , r ( d ) . No formulas šķidruma pacelšanās augstumam kapilāros izsaka formulu kapilāra diametra noteikšanai (3.3.2.)

kur - N/m; - šķidruma blīvums, kg/m 3 ; - gravitācijas paātrinājums, 9,8 m/s 2 ; h - paceltā šķidruma kolonnas augstums, m; d - kapilāra diametrs, m 8 .

4. Hidrostatiskais spiediens

Katru šķidruma daļiņu Zemes gravitācijas laukā ietekmē gravitācijas spēks. Šī spēka iedarbībā katrs šķidruma slānis nospiež uz slāņiem, kas atrodas zem tā. Šķidrumiem ir spiediens to svara dēļ. Šķidrums var viegli mainīt savu formu. Šķidruma daļas var brīvi pārvietoties, slīdot viena pret otru. Šķidrumi ir praktiski nesaspiežami. Ūdens kokā var būt gan statiskā (stabilā), gan dinamiskā (nestabila) stāvoklī. Ja ūdens ir termodinamiskā līdzsvarā ar koksni un vidi, tad tajā nenotiek izmaiņas laikā vai telpā. Šo ūdens stāvokli sauc par stabilu un raksturo koksnes un ūdens mijiedarbības galarezultātu. Dinamika nosaka vispārīgākos koka un ūdens mijiedarbības modeļus. Šķidruma svara radīto spiedienu sauc par hidrostatisko spiedienu. Saskaņā ar Paskāla likumu spiedienu, kas tiek izdarīts uz šķidrumu, šķidrums vienādi pārnes visos virzienos. Tas ir saistīts ar molekulu mobilitāti šķidrā stāvoklī 9 .

Šķidruma kolonnas spiedienu nosaka pēc formulas (5.1.):

R = ρgh ,Pa

kur ρ ir šķidruma blīvums, kg/m 3 ; g - gravitācijas paātrinājums, 9,8 m/s 2 ;
h ir šķidruma kolonnas augstums vai dziļums, kurā mēra spiedienu, m 10.Hidrostatiskais spiediens ir vienāds ar šķidruma kolonnas svaru ar vienības pamatni un augstumu, kas vienāds ar punkta iegremdēšanas dziļumu zem šķidruma brīvās virsmas. Spiedienu uz trauka dibenu nosaka tikai šķidruma kolonnas augstums. Neatkarīgi no kuģa formas un izmēra.

5. Atmosfēras spiediena lentes

Gaisam, kas ieskauj Zemi, ir masa un tas rada spiedienu uz visiem objektiem uz zemes virsmas. Spēku, ko gaiss iedarbojas uz zemes virsmu, sauc atmosfēras spiediens. Gaisa spiedienu 760 dzīvsudraba staba milimetru jūras līmenī 45 ° platuma grādos un 0 ° C temperatūrā parasti uzskata par normālu atmosfēras spiedienu. Gaisa spiediens uz mūsu planētas var būt ļoti atšķirīgs. Atmosfēras spiediena sadalījumam pa zemes virsmu ir izteikts zonālais raksturs.

Uz planētas ir izveidojušās vairākas atmosfēras spiediena jostas:

zems spiediens pie ekvatora;

augsts spiediens tropos;

zems spiediens mērenajos platuma grādos;

augsts spiediens virs poliem.

Tas ir saistīts ar pastāvīgu augsta temperatūra gaiss pie ekvatora. Sakarstais gaiss paceļas un iet uz tropiem. Uz poliem zemes virsma vienmēr ir auksta, un atmosfēras spiediens ir paaugstināts. To izraisa gaiss, kas nāk no mēreniem platuma grādiem. Mērenajos platuma grādos gaisa aizplūšanas dēļ veidojas zema spiediena zona 11 .

Tādējādi uz Zemes ir divas atmosfēras spiediena jostas - zems un augsts. Samazināts pie ekvatora un divos mērenā platuma grādos. Jaunināts uz diviem tropiskiem un diviem polāriem. Tie var nedaudz mainīties atkarībā no sezonas. Visu gadu zema spiediena apgabali saglabājas pie ekvatora un dienvidu puslodē mērenajos platuma grādos.

5.1. Atmosfēras spiediena ietekme uz augiem

Ir dažāda izmēra un jaudas laboratorijas vakuuma bloki. Izmantojot šādu instalāciju, kas balstīta uz ļoti zema atmosfēras spiediena izmantošanu, ir iespējams realizēt Bonsai mākslu - izaudzēt precīzu īsta koka kopiju miniatūrā - augu augšanas augstuma atkarība no atmosfēras spiediena ir tieši proporcionāla . Palielinoties / samazinoties atmosfēras spiedienam, absolūtais pieaugums proporcionāli palielinās / samazinās. Tas var kalpot kā eksperimentāls pierādījums tam, kāpēc koki pēc katastrofas, kas notika pirms miljoniem gadu uz Zemes, vai nu pilnībā izmira, vai arī samazinājās12. Mūsdienās mirušās biosfēras paliekas ir milzu koki, kas sasniedz pat 150 metru augstumu, kas vēl nesen bija plaši izplatīti visā planētā. Blīvs gaiss vairāk vada siltumu, tāpēc subtropu klimats izplatījās no ekvatora uz poliem, kur nebija ledus čaulas. Augstā atmosfēras spiediena dēļ gaisa siltumvadītspēja bija augsta. Šis apstāklis ​​noveda pie tā, ka temperatūra uz planētas tika sadalīta vienmērīgi, un klimats visā planētā bija subtropisks. Pateicoties augstajai gaisa siltumvadītspējai pie augsta atmosfēras spiediena, polos auga arī tropu un subtropu augi.

Pēdējā laikā mēs novērojam pakāpenisku spiediena samazināšanos uz planētas. Pēdējo tūkstoš gadu laikā spiediens, pieņemot, ka tas ir samazinājies par 1-2 mm dzīvsudraba staba gadā, ir samazinājies no trim līdz vienai atmosfērai. Zeme aizņem tikai 1/3 no planētas virsmas, izrādās, Zemi klāja nepārtrauktas zaļās masas slānis. Daudzpakāpju meži ļāva uz Zemes novietot daudzus tūkstošus reižu vairāk nekā mūsdienu biosfēras masa.

6. Milzu koki

Savulaik relikvijas meži ar milzu augiem klāja lielāko daļu zemeslodes. Fosilie pierādījumi liecina, ka milzu koki pastāvēja jau Juras laikmetā. Dabā notika tā, ka desmit garākie koki aug Amerikas Savienotajās Valstīs un pieder pie Sequoia sugas. Kā unikāliem kokiem katram no tiem ir savs īpašvārds. Bet citos kontinentos un valstīs ne mazāk pārsteidzošas un unikālas koku sugas aug savā veidā.

Sekvoja ir garākais koks pasaulē, kas aug visu mūžu augstumā un platumā. Zinātnieki ir noskaidrojuši, ka sekvoja uz Zemes auga pirms vairāk nekā 100 miljoniem gadu. Par to liecina atrastās fosilijas ar mizas paliekām. Zinātnieki saka, ka pirms daudziem miljoniem gadu sekvojas auga visā Zemes ziemeļu puslodē. Mūsdienās šie milži savā dabiskajā formā aug šaurā joslā gar krastu. Klusais okeāns Ziemeļamerikā Kalifornijas štats nekad nepārvietojas tālu no krasta. Šo koku mākslīgi audzē Kanādā, Meksikā, Lielbritānijā, Portugālē, Itālijā, Dienvidāfrikā, Jaunzēlandē, Krimā, Kaukāzā. Bet visur, kur šis koks tiek stādīts mākslīgi, tas nesasniedz tik milzīgus izmērus kā savā dabiskajā dzimtenē Ziemeļamerikā. Eikalipts - mūžzaļie milži, aug Austrālijā, Jaunzēlandē, Tasmānijā. Milzīgi eikalipti var dzīvot tikai subtropu mitrā klimatā. Eikalipts ir koks, kas nedod ēnu, jo lapu plātnes griežas pret sauli. Pateicoties šai spējai, eikalipts var ilgstoši saglabāt absorbētu mitrumu, tas ir īsts ūdens sūknis. Viens šāds koks dienas laikā spēj uzsūkt vairāk nekā 300 litrus mitruma. Un gadā šis izdzer vairāk nekā 100 tonnas ūdens. Šo īpašību dēļ šo koku bieži izmanto meliorācijā 13 .

6.1. Augošs ūdens augstu koku stumbros

Ilgu laiku noslēpums palika ūdens pacelšanas mehānisms augstu koku galotnēs. Ūdens no koka saknēm paceļas caur ksilēmu - asinsvadu audiem, un kapilārie spēki virza to uz augšu, pretēji gravitācijai. Jo augstāks koks (un līdz ar to arī ūdens staba augstums), jo vairāk smaguma spēka apgrūtina celšanu. Ūdens staba spiediens ksilemā nepārtraukti samazinās līdz ar augstumu. Ūdens stabs saplīst, parādoties gaisa burbuļiem. Augstumā, kas pārsniedz 110 metrus, t.i. milzu koku galotnēs spiediens ksilemā ir ļoti tuvu zemākajam iespējamajam. Tomēr sausuma laikā izvairieties no spiediena pazemināšanās zemāk pieņemamā līmenī neizdodas - vainaga augšējā daļa, iespējams, nomirst, bet pēc tam tiek aizstāta ar jaunu. Gandrīz visām augstajām sekvojām ir vairākas virsotnes. Tāpat kā spiediens ksilemā, iekšējais hidrostatiskais spiediens dzīvās šūnās lineāri samazinās līdz ar augstumu, kas ir nepieciešams to augšanai un lapu izvietošanai 14 .

Koka augstuma robežu nosaka ūdens pieejamība. Augstums, ko sekvojas var sasniegt, nav nemainīgs, tas laika gaitā mainās atkarībā no klimatiskajām un atmosfēras izmaiņām - galu galā koka ūdens piegādi un oglekļa bilanci ietekmē faktoru kopums: oglekļa dioksīda koncentrācijas līmenis atmosfērā, izmaiņas ārējās vides temperatūrā un mitrumā.

7. Eksperimentējiet

Eksperimenta mērķis: pierādīt, ka šķidruma pacelšanās augstums kapilāros ir atkarīgs no šo kapilāru diametra.

Aprīkojums un materiāli: trauks šķidrumiem, termometrs, suports, marķieris, dažāda diametra tūbiņu komplekts, avota ūdens, dabīgās bērzu sulas (A pielikums).

Darba gaita: 1. Izpētei sagatavoti dažāda diametra cauruļu paraugi. Ar suportu noteicu to iekšējo diametru un attiecīgi numurēju atbilstoši diametra samazinājumam, ievadīju datus 10.1.tabulā (B pielikums). 2. 1 centimetra attālumā no viena parauga gala es iezīmēju līniju ar marķieri. Viņa paņēma trauku ar avota ūdeni un pēc kārtas nolaida ūdenī mēģenes paraugus, lai ūdens līmenis sakristu ar novilkto līniju. 3. Ar marķieri atzīmēts šķidruma pacelšanās augstums. Es veicu šo eksperimentu ar katru paraugu (B pielikums). 4. Ar suportu izmērīju avota ūdens kāpuma augstumu caurulēs. Iegūtie analīzes dati ievadīti 10.2. tabulā (D pielikums). 5. Atkārtots eksperiments ar dabīgām bērzu sulām (D pielikums). 6. Ar suportu izmērīju bērzu sulas celšanās augstumu caurulēs. Iegūtie analīzes dati ievadīti 10.3. tabulā (E pielikums).

Avota ūdens temperatūra eksperimentā ir 20 0 С; blīvums = 1000 kg/m 3 ; virsmas spraiguma koeficients = 0,073 N⁄m. Dabīgās bērzu sulas temperatūra ir 20 0 С; blīvums = 1000 kg/m 3 ; virsmas spraiguma koeficients = 0,062 N⁄m 15. Saskaņā ar formulu šķidruma pacēluma augstuma noteikšanai kapilāros (3.3.1.), šis augstums būs atkarīgs no ------, , d .

Secinājums: No 10.2. un 10.3. tabulām izriet, ka pacelto šķidrumu augstums ir proporcionāls kanāliņu diametram, eksperimenta ar avota ūdeni rezultāti apstiprina šo proporcionalitāti ar eksperimenta ar dabīgām bērzu sulām rezultātiem. Dabiskā bērzu sula kā viskozāks šķidrums pa kapilāro kanālu plūst lēnāk.

Viena no galvenajām vispārīgo teorētisko noteikumu izstrādes metodēm ir vispārināšana - līdzeklis pārejai no konkrētu parādību zināšanām uz zināšanām par vispārīgām. Tas sastāv no šādu īpašību un parādību izpētes materiālā pasaule, kas raksturo ne vienu vien fenomenu, bet veselu šajā ziņā viendabīgu parādību klasi.

Līdzības teorija - eksperimenta zinātniskās vispārināšanas metožu doktrīna. Tas atbild uz jautājumu, kā izveidot eksperimentu un apstrādāt iegūtos datus, lai tos varētu attiecināt uz līdzīgām parādībām. Jebkura dabas parādība ir materiālo ķermeņu sistēma, kurā dažādu procesu plūsmas dēļ notiek noteikta stāvokļa maiņa. Līdzīgas parādības sauc par ķermeņu sistēmām, kas ģeometriski ir līdzīgas viena otrai, kurās notiek vienādas fizikālās dabas procesi un kurās parādības raksturojošie viena nosaukuma lielumi attiecas viens uz otru kā nemainīgi skaitļi.

Līdzības metode tiek izmantota lietišķās problēmās, kurās risinājumam ir jāņem vērā liels skaits fizisko lielumu un ļauj atlasīt bezdimensiju parametrus, kas neatkarīgi ietekmē pētāmo procesu. Šī pieeja vienkāršo eksperimenta kvalitatīvo izpēti un skaitlisko simulāciju. Izceltā šķidruma kolonnas augstums ir līdzīgs koka augstumam, cauruļu diametrs ir līdzīgs koka trauku diametram. Pēc rezultātu analīzes, pamatojoties uz iegūtajiem datiem par koku ūdensvadošo sistēmu un līdzības metodi, izveidoju augstuma līkni: lineārās atkarības diagrammu. koka trauka diametrs no augstuma. (G pielikums).

Kapilārā caurulē esošais šķidrums pārvar gravitācijas spēku. Šajā laika posmāšķidruma stāvoklis būs stabils un raksturos koksnes un ūdens mijiedarbības galarezultātu. Spiediens rodas koksnē esošā šķidruma svara dēļ.

Saskaņā ar formulu hidrostatiskā noteikšanaišķidruma kolonnas spiediens (5.1.) spiedienu uz trauka dibenu nosaka tikai šķidruma kolonnas augstums un neatkarīgi no trauka formas un izmēriem. Atmosfēras gaisa spiediens spiež uz zemes virsmu. Hidrostatisko spiedienu noteiktā šķidruma punktā rada šķidruma svars virs šī punkta un atmosfēras svars virs šķidruma virsmas. Spiediens šķidruma virsmā bieži vien ir vienāds ar atmosfēras spiedienu.

Secinājums no eksperimenta: mitrināšanas šķidrumi avota ūdens un dabiskās bērzu sulas, kas pēc sastāva tuvu dabiskajiem ūdens avotiem visai augu pasaulei un sulas plūst kokos, paceļas pa koka trauku kapilāriem, pārvarot gravitāciju, līdz koka augstumam, atkarībā no virsmas šo šķidrumu spriedzes koeficients, to blīvums un koka kapilāro trauku diametrs.

Tā kā atmosfēras spiediena sadalījumam pa zemes virsmu ir izteikts zonālais raksturs un noteiktos platuma grādos ir izveidojušās vairākas zema un augsta atmosfēras spiediena zonas, ļoti iespējams, ka pie noteikta atmosfēras spiediena dažādos platuma grādos koku augstums būs atšķirīgs. no tās augšanas un būs atkarīgs no atmosfēras spiediena kā viena no faktoriem, kas ietekmē augu pasaules augšanu un attīstību.

Koku augstumu ietekmē dažādi klimatiskie faktori, tajā skaitā atmosfēras spiediens, bet galvenokārt tas ir atkarīgs no paša koka hidrauliskās sistēmas.

Secinājums

Tā rezultātā tās pētnieciskais darbs es panāca problēmas risinājumu ar izvirzīto mērķu un uzdevumu palīdzību:

1. Studējis specializēto literatūru, tai skaitā zinātniskos un žurnālu rakstus, mācību grāmatas, vārdnīcas, enciklopēdijas par izvēlēto tēmu.

2. Padziļināja savas zināšanas par hidraulikas likumiem, kapilārajām parādībām, kas ir plaši izplatītas gan cilvēka darbībā, gan dabā.

3.p Eksperimentāli pierādīta koka trauka diametra atkarība no augstuma.

4. Izanalizēja pētnieciskā darba rezultātus un prezentēja rezultātus līniju diagrammas veidā.

5. Apstiprināja hipotēzi par koka augstuma atkarību no atmosfēras spiediena, kā vienu no ietekmes faktoriem dažādos tā augšanas platuma grādos.

6. Uzlabotas personiskās īpašības darba procesā:

neatlaidība;

novērošana;

spēja strādāt ar lielu informācijas apjomu;

vēlme pēc pašattīstības.

Nopirka:

koncentrēties uz rezultātiem;

sistemātiska domāšana;

analītiskās prasmes.

Es redzu turpmāku perspektīvu izmantot izstrādāto produktu zināšanu uzlabošanai fizikas un bioloģijas stundās skolā.

Izmantotās literatūras saraksts

1. Bashta T.M. Hidraulika, hidrauliskās mašīnas. - M.: Izdevniecība Alianse, 2002. - 422 lpp.

2. Galdins N.S. Hidraulikas un hidrauliskās piedziņas pamati: Apmācība. - Omska.: Izdevniecība SibADI, 2006. - 145 lpp.

3. Gomojunovs K.K. Fizika. Vārdnīca skolēns un students. - M.: Prospekt, 2. izdevums, 2010. - 496 lpp.

4. Paturi F. Plants - atjautīgi dabas inženieri. - M.: Progress, 2002. - 265 lpp.

5. Magerramovs M. A. Dabisko un koncentrēto augļu un dārzeņu sulu termofizikālās īpašības. - Baku.: Goba, 2006. - 274 lpp.

6. Saļņikovs V.S. Šķidruma un gāzes mehānika. - Jaroslavļa.: Izdevniecība Fakel, 2002. - 199 lpp.

7. Telesnin R. V. Molekulārā fizika: mācību grāmata. - Sanktpēterburga: Lan, 2009. - 368 lpp.

8. Šemšuks V. A. Kā mēs varam atgriezt paradīzi. - M.: Omega Plus, 2009. - 336 lpp.

9. Alekhina N. D. Ūdens kustība visā rūpnīcā (Elektroniskais resurss). -http://gendocs.ru

10. Burova L.A. Garākais koks pasaulē (Elektroniskais resurss). - http://www.doklad-na-temu.ru

11. Gorkins A.P. Mūsdienu ilustrēta enciklopēdija (Elektroniskais resurss). - https://www.litmir.me

12. Gelstons A. Ūdens celšanās augstu augu stumbros (Elektroniskais resurss). - http://www.booksshare.net

13. Mihailova N.V. Kur aug eikalipts? (Elektroniskais resurss). -http://fb.ru

Lietojumprogrammas

A pielikums

B pielikums

10.1. tabula. Cauruļu skaits un to iekšējais diametrs

D pielikums

10.2. tabula. Avota ūdens pacēluma augstums kanāliņos

D pielikums

E pielikums

10.3. tabula. Dabīgās bērzu sulas celšanās augstums kanāliņos

Bez ūdens nevarētu pastāvēt neviens augs. Kā ūdens iekļūst augā un ar kādu spēku tas iekļūst katrā ķermeņa šūnā?

Zinātne nestāv uz vietas, tāpēc dati par ūdens metabolismu augos tiek pastāvīgi papildināti ar jauniem faktiem. L.G. Emelyanov, pamatojoties uz pieejamajiem datiem, izstrādāja galveno pieeju augu ūdens metabolisma izpratnei.

Viņš visus procesus sadalīja 5 posmos:

1. Osmotisks
2. koloīds-ķīmisks
3. termodinamiskā
4. Bioķīmiskais
5. biofizikāls

Šis jautājums joprojām tiek aktīvi pētīts, jo ūdens apmaiņa ir tieši saistīta ar šūnu ūdens stāvokli. Pēdējais, savukārt, ir auga normālas dzīves rādītājs. Daži augu organismi 95% sastāv no ūdens. Žāvētās sēklas un sporas satur 10% ūdens, tādā gadījumā vielmaiņa ir minimāla.

Bez ūdens dzīvā organismā nenotiks neviena apmaiņas reakcija, ūdens nepieciešams visu auga daļu savienošanai un organisma darba koordinācijai.

Ūdens ir atrodams visās šūnas daļās, jo īpaši šūnu sienās un membrānās; tas veido lielāko daļu citoplazmas. Koloīdi un olbaltumvielu molekulas nevarētu pastāvēt bez ūdens. Citoplazmas mobilitāte ir saistīta ar augstu ūdens saturu. Arī šķidrā vide veicina to vielu izšķīšanu, kas nonāk augā, un pārnes tās uz visām ķermeņa daļām.

Ūdens ir nepieciešams šādiem procesiem:

• Hidrolīze
• Elpa
• Fotosintēze
• Citas redoksreakcijas

Tieši ūdens palīdz augam pielāgoties ārējai videi, ierobežo temperatūras izmaiņu negatīvo ietekmi. Turklāt bez ūdens zālaugu augi nevarēja saglabāt vertikālu stāvokli.

Ūdens iekļūst augā no augsnes, tā uzsūkšanās notiek ar sakņu sistēmas palīdzību. Lai rastos ūdens strāva, iedarbojas apakšējais un augšējais motors.

Enerģija, kas tiek tērēta ūdens kustībai, ir vienāda ar sūkšanas spēku. Jo vairāk šķidruma augs ir absorbējis, jo lielāks būs ūdens potenciāls. Ja ūdens ir par maz, tad dzīvā organisma šūnas dehidrējas, samazinās ūdens potenciāls, palielinās sūkšanas spēks. Kad parādās ūdens potenciāla gradients, ūdens sāk cirkulēt visā augā. Tās rašanos veicina augšējā dzinēja jauda.

Augšējā gala motors darbojas neatkarīgi no sakņu sistēmas. Apakšējā gala motora darbības mehānismu var redzēt, pārbaudot gutācijas procesu.

Ja auga lapas ir piesātinātas ar ūdeni un palielinās apkārtējā gaisa mitrums, tad iztvaikošana nenotiks. Šajā gadījumā no virsmas izdalīsies šķidrums ar tajā izšķīdinātām vielām, un notiks gutācijas process. Tas ir iespējams, ja saknes absorbē vairāk ūdens, nekā lapām ir laiks iztvaikot. Katrs cilvēks ir redzējis gutāciju, tas bieži notiek naktī vai no rīta, ar augstu mitruma līmeni.

Gutācija ir raksturīga jauniem augiem, kuru sakņu sistēma attīstās ātrāk nekā gaisa daļa.

Pilieni izplūst caur ūdens stomatiem, ko veicina sakņu spiediens. Gutācijas laikā augs zaudē minerālvielas. Tajā pašā laikā tas atbrīvojas no liekajiem sāļiem vai kalcijam.

Otra līdzīga parādība ir augu raudāšana. Ja svaigam dzinuma griezumam ir piestiprināta stikla caurule, pa to pārvietosies šķidrums ar izšķīdušām minerālvielām. Tas notiek tāpēc, ka ūdens no sakņu sistēmas virzās tikai vienā virzienā, šo parādību sauc par sakņu spiedienu.

Pirmajā posmā sakņu sistēma absorbē ūdeni no augsnes. Ūdens potenciāli darbojas zem dažādām zīmēm, kas noved pie ūdens kustības noteiktā virzienā. Transpirācija un sakņu spiediens rada potenciālu atšķirību.

Augu saknēs ir divas viena no otras neatkarīgas telpas. Tos sauc par apoplastu un symplasta.

Apoplasts ir brīva vieta saknē, kas sastāv no ksilēmas traukiem, šūnu membrānām un starpšūnu telpas. Savukārt apoplasts ir sadalīts vēl divās telpās, pirmā atrodas pirms endodermas, otrā pēc tās un sastāv no ksilēmas traukiem. Endodrema darbojas kā barjera, lai ūdens nenonāktu līdz tās telpas robežām. Symplast - visu šūnu protoplasti, kurus apvieno daļēji caurlaidīga membrāna.

Ūdens iet cauri šādiem posmiem:

1. Puscaurlaidīga membrāna
2. Apoplasts, daļēji syplasts
3. Ksilēmas trauki
4. Visu augu daļu asinsvadu sistēma
5. Kātiņi un lapu apvalki

Uz ūdens loksnes pārvietojas pa vēnām, tām ir sazarota sistēma. Jo vairāk vēnu ir uz lapas, jo vieglāk ūdens virzās uz mezofila šūnām. šajā gadījumā ūdens daudzums šūnā ir līdzsvarots. Sūkšanas spēks ļauj ūdenim pārvietoties no vienas šūnas uz otru.

Augs aizies bojā, ja tam trūks šķidruma, un tas nav saistīts ar to, ka tajā notiek bioķīmiskās reakcijas. Svarīgs ir ūdens fizikāli ķīmiskais sastāvs, kurā notiek dzīvībai svarīgi procesi. Šķidrums veicina citoplazmas struktūru parādīšanos, kuras nevar pastāvēt ārpus šīs vides.

Ūdens veido augu turgoru, uztur nemainīgu orgānu, audu un šūnu formu. Ūdens ir augu un citu dzīvo organismu iekšējās vides pamats.

Vairāk informācijas var atrast video.