키가 큰 나무들은 나무 위쪽까지 어떻게 물을 끌어 올리나요?
안녕하세요? 자연상태에서 나무들의 키가 30m 이상되는 나무들이 있잖아요~ 그런데 자연상태에서 기압에 의해 긴관을 통해 물이 올라갈수 있는 높이는 10m정도라고하는데 어떻게 키큰 나무들은 물을 끌어 올리나요?
안녕하세요.
키가 큰 나무들이 땅에서 나무의 맨 위쪽까지 물을 올리는 방법은 자연의 놀라운 적응력을 보여주는 반증입니다. 물 분자 사이에는 수소 결합이 있어 서로 강하게 달라붙는 성질이 있습니다. 이로 인해 물 분자들이 서로 연결되어 긴 연속된 "물 줄기"를 형성할 수 있습니다. 또한 물 분자는 나무의 관 속 벽에도 달라붙을 수 있습니다. 이 두 가지 힘이 결합되어 나무의 가늘고 긴 세포인 '제티소관'을 통해 물을 위로 끌어올립니다.안녕하세요. 황정웅 전문가입니다.
1기압에서 물을 아무리 강하게 빨아들여도 약10m까지만 올릴 수 있습니다.
하지만 10m보다 높은 나무는 이런 제약없이 꼭대기까지 물을 끌어올리는데요.
뿌리압 모세관현상등을 합쳐도 100m이상되는 나무가 물을 꼭대기까지 올리는 것은 설명이 불가능합니다.
나무가 10m이상 아주 높게 물을 올릴 수 있는 이유는 물분자의 수소결합과 나무의 증산작용과 함께 설명됩니다.
물분자는 극성 분자로 분자들끼리 수소결합이라는 결합을 하고 있으며 이는 비교적 가한 인력을 만듭니다.
나무의 꼭대기까지 물관을 따라 물이 가득 차있고,
잎에서 물분자가 증산되면서 바로 뒤의 물분자를 끌어당기고 당겨진 물 분자가 다음 물분자를 끌어당기며 다음 물분자를 계속 연쇄적으로 당기면서 물이 계속 올라갈 수 있게됩니다.
안녕하세요. 홍성택 전문가입니다.
나무의 잎이 물을 흡수하고 증발하면서 수증기가 대기 중으로 방출됩니다. 이 과정은 수증기의 증발열로 인해 물이 나무 내부로 끌어올라가게 됩니다. 이를 통해 나무는 물을 뿌리에서 상단으로 효과적으로 운반할 수 있습니다. 이러한 과정을 통해 높이가 30m 이상인 나무들도 효율적으로 물을 공급받고 성장할 수 있는 것입니다.
안녕하세요. 박창민 수의사입니다. 나무는 뿌리에서 나오는 뿌리압, 나뭇잎에서 끌어당기는 힘, 물이 올로가는 모세관 현상 등의 여러 가지 복합적인 작용을 통해 물을 끌어 올립니다. 감사합니다.
기압에 의해 물이 높이 올라갈 수 있는 한계는 약 10m 정도입니다. 그렇지만 나무가 높이 올라가는 물의 움직임은 기압에 의한 강제 흐름이 아니라, 식물의 뿌리와 줄기에서 발생하는 힘에 의해 이루어집니다.
나무의 뿌리는 토양 속의 물과 영양분을 흡수합니다. 이 흡수된 물과 영양분은 나무의 줄기를 통해 위로 전달됩니다. 나무의 줄기 내부에는 물을 운반하는 "유도관"이라는 조직이 있습니다. xylem은 나무 전체에 걸쳐 연결되어 있으며, 물을 상승시키는 역할을 합니다.
나무의 잎에서는 물이 증발하면서 수증기가 생성됩니다. 이 수증기는 잎의 작은 구멍인 "가공"를 통해 외부로 방출됩니다. 이 과정을 통해 수증기의 증발에 의한 "증기압 차"가 발생하게 되는데, 이 증기압 차가 내부의 물을 위로 밀어올리는 역할을 합니다. 이러한 연속적인 수증기의 증발과 전도 과정을 통해 나무는 물을 높이 올릴 수 있습니다.
키가 큰 나무들이 물을 높이 끌어올리는 주요 메커니즘은 '응집-장력 이론'으로 설명됩니다. 이 이론에 따르면, 잎에서 증산작용으로 물이 증발할 때 물 분자 간의 응집력과 물과 나무 세포벽 사이의 부착력이 작용하여 연속적인 물기둥을 형성합니다. 잎에서 물이 증발하면 물기둥에 장력(음압)이 발생하고, 이 힘이 뿌리에서부터 물을 위로 끌어올립니다. 또한 삼투압, 모세관 현상, 그리고 뿌리압 등이 보조적으로 작용하여 물의 상승을 돕습니다. 이런 복합적인 과정을 통해 나무는 중력을 이겨내고 높은 곳까지 물을 끌어올릴 수 있습니다.
안녕하세요. 김지호 박사입니다. 물이 뿌리로부터 나무 꼭대기까지 올라가는 원리는 다음과 같습니다. 물이 나무 속을 거슬러 올라가는 원리에는 사실 몇 가지가 있습니다. 가장 간단한 방법은 대기압을 통해서 물을 끌어올리는 것인데요, 이를 통해서는 대략 10.3m까지 물이 올라갈 수 있습니다. 이외에도 더 높은 나무에서는 응집력이 큰 역할을 합니다. 물 분자는 2개의 수소 원자와 1개의 산소 원자가 결합한 것인데요(H₂O), 분자 전체로는 중성이지만 그 안에 있는 음전기와 양전기의 분포는 고르지 않습니다. 전자가 쏠려 있어서 음전기를 띠는 부분과 양전기를 띠는 부분이 있으며 따라서 물 분자는 양전기 부분과 음전기 부분에서 서로를 끌어당깁니다. 이런 응집력을 통해서 물은 (이론상) 무려 450미터까지 올라갈 수 있다고 합니다.