물이 뿌리로부터 잎까지 전달될 수 있는 원리는 무엇인가요?
안녕하세요. 식물이 뿌리로부터 흡수한 물이 물관에 따라서 잎까지 전달될 수 있는 원동력은 무엇인지 물의 특성과 관련 지어서 원리를 알고 싶습니다.
안녕하세요. 이상현 전문가입니다.
물은 분자의 응집력과 벽의 부착력, 그리고 이에서의 증산에따른 음압으로인해 끌려올라가게되는
응집-장력 이론에 따라서 뿌리에서 잎까지 이동하게됩니다.
즉, 물의 연속적인 수주가 끊기지않고 당겨지는 현상이 실물전체수분 수송의
원동력입니다.
감사합니다.
식물이 뿌리에서 잎까지 물이 전달되는 것은 뿌리압, 모세관 현상, 그리고 가장 중요한 증산 작용이라는 세 가지 물리적 현상 때문입니다.
식물은 뿌리털을 통해 흙 속의 물을 삼투압으로 흡수합니다.
뿌리 세포의 농도가 흙 속의 농도보다 높아 물이 뿌리 안으로 자연스럽게 이동하는 것이죠. 이렇게 뿌리 안에 물이 쌓이면 내부 압력이 높아져 물을 위쪽으로 밀어 올리는 힘이 생기는데, 이를 뿌리압이라고 합니다. 이 힘만으로는 키가 큰 나무 꼭대기까지 물을 올리기에는 역부족이지만, 물이 이동하는 초기 단계에는 충분한 원동력이 되죠.
그리고 식물 줄기 속에는 물관이라는 아주 가는 관들이 있습니다.
물 분자는 서로 끌어당기는 응집력과 물관 벽에 달라붙는 부착력을 가지고 있는데, 이 두가지 힘으로 물이 가는 관을 따라 위로 올라가는 모세관 현상이 일어나고, 이 현상 덕분에 물이 계속 이동하게 되는 것입니다.
하지만, 무엇보다 물 상승의 가장 강력한 원동력은 증산 작용입니다.
잎의 표면에 있는 기공을 통해 물이 증발하면서 물을 위로 끌어당기는 힘이 발생하는데 비유하자면 빨대로 음료수를 마시는 것과 비슷합니다. 즉, 잎에서 물이 증발하면 물관 내부의 압력이 낮아지면서 아래쪽의 물을 연쇄적으로 끌어당기게 되는 것이죠.
식물의 뿌리에서 잎으로 물이 이동하는 원리는 응집력-장력설을 기반으로 설명됩니다. 잎의 기공에서 물이 증발하는 증산 작용이 일어나면, 잎에 있는 물의 양이 줄어들어 장력이 발생합니다. 이 장력은 물 분자 사이의 강한 응집력과 물 분자와 물관 벽 사이의 부착력에 의해 뿌리까지 하나의 연속적인 물기둥을 끌어올리는 힘으로 작용합니다. 또한, 뿌리털의 삼투 현상에 의한 뿌리압과 물관의 모세관 현상도 물 상승에 기여하지만, 높은 나무의 경우 증산 작용으로 인한 장력이 가장 큰 원동력입니다.