엄청나게 키가 큰 나무는 꼭대기까지 어떻게 영양분을 보내나요?
가끔 다큐멘터리 TV를 보게 되면
세계에서 가장 큰 나무를 볼 수 있는데
그 나무들도 구리에서 영양분을 받아서 꼭대기까지 보내
는데 어떻게 그 높은 것까지 영양분을 보낼 수 있나요?
안녕하세요. 이영준 과학전문가입니다.
뿌리에서의 삼투압,
줄기에서의 모세관현상
잎의 증산작용에서 생기는 물의 흡인력 으로
뿌리에서 꼭대기까지 물을 보낼 수 있게 됩니다
안녕하세요. 과학전문가입니다.
먼저 잎의 뒷면에 기공이 있어서 증산작용이 일어납니다. 증산작용을 통해 수분이 빠져나가면 수분이 비워진 자리로 물이 이동하려고 하기 때문에 물을 빨아올리는 힘이 발생합니다. 그래서 아주 가느다란 물관을 통해서 100미터가 넘는 높이까지 영양분이 녹아있는 물이 올라갈 수 있는데, 이러한 현상을 모세관 현상이라고 합니다. 또한 뿌리에서도 밀어 올리는 뿌리압이 작용하여 높은 곳 까지 물이 올라가는데 도움을 줍니다. 뿌리 세포에는 영양분이 들어 있어서 삼투압이 낮은 흙속의 수분이 뿌리로 밀려들어 오게되어 뿌리압이 발생하여 물을 위쪽으로 밀어 올리게 됩니다.
안녕하세요. 과학전문가입니다.
사람의 인체가 구석구석 영양분을 보내는것처럼 나무도 똑같은 원리입니다. 관련 세포들이 열심히 영양분을 나르는겁니다. 크기가 크다고 제한이 생기는건 아닙니다.
안녕하세요. 홍성택 과학전문가입니다.
높은 나무 꼭대기까지 물이 전달되는 원리는 아직 명확하게 밝혀지지 않았지만, 다음과 같은 몇 가지 가설이 복합 작용하기 때문으로 알려져 있습니다. 뿌리에서 밀어 올리는 뿌리압, 펌프의 원리로 나뭇잎에서 끌어당기는 힘, 줄기에서 물관을 타고 물이 올라가는 모세관 현상 등이 복합 작용해야 물이 올라갈 수 있습니다.
물이 올라가는 데 관여하는 현상을 하나씩 좀 더 구체적으로 살펴볼까요.
먼저 땅속에 있는 물을 뿌리로 빨아들이는 삼투현상입니다. 삼투현상에 의해 땅속에 있는 물이 나무 뿌리로 이동하게 되면 뿌리압이라고 하는 뿌리 속 물의 압력이 높아집니다. 뿌리에서 밀어 올리는 압력으로 물은 줄기를 타고 서서히 위쪽으로 이동하게 됩니다. 나무의 뿌리압은 수종과 계절에 따라 다양하지만 몇m에 달하는 높이까지 물을 밀어 올릴 수 있다고 합니다.
뿌리에서 나무 꼭대기로 물을 밀어 올리는 힘이 뿌리압이라고 하면 나무 꼭대기에서 물을 끌어당기는 힘도 있습니다. 바로 흡인력입니다.
광합성으로 나뭇잎 뒷면 기공을 통해 수증기를 내보내면 물을 공급하는 물관 내부는 압력이 낮아지고, 물관 내부의 낮아진 압력은 흡인력을 나타내 아래쪽 물을 끌어 올리게 됩니다.
마치 빨대로 물을 빨아올리는 원리와 같습니다. 나무에 잎이 무성해 광합성이 활발하게 되면 기공을 통해 내보내는 물의 양이 증가하고 결국은 물을 빨아올리는 힘도 커집니다. 이 흡인력은 나무꼭대기까지 물이 올라가는데 가장 크게 영향을 미치는 힘으로 알려졌습니다.
(이미지=최종수 위원)
물을 밀어 올리는 뿌리압과 위에서 끌어당기는 흡인력 외에 영향을 미치는 것은 바로 모세관 현상입니다. 물이 줄기에 있는 물관을 타고 위로 올라가는 현상을 말합니다.
물은 다른 물질에 달라붙는 부착력과 같은 물 분자끼리 잡아당기는 응집력이 매우 강한 물질입니다. 선두에 있는 물분자가 부착력을 발휘해 물관을 타고 올라가기 시작하면 나머지 물분자들이 응집력을 발휘해 선두를 따라가는 형태가 됩니다.
100m가 넘는 높이의 나무 꼭대기까지 물이 올라갈 수 있는 이유를 삼투현상에 의한 뿌리압, 증산작용에 의한 흡인력, 모세관 현상 등으로 설명했지만 이것만으로는 높은 나무 꼭대기까지 물이 올라가는 것을 정확하게 설명해주지는 못합니다.
나뭇잎 증산작용에 의해 물관의 낮아진 압력이 빨대의 원리로 물을 끌어 올리는 흡인력이 가장 큰 동력이라고 했지만, 이른 봄에 나뭇잎이 전혀 없는 상태에서도 나무꼭대기에 물이 공급되는 것을 설명하지는 못합니다.
한여름에 잎이 무성하고 증산작용이 활발할 때에도 수십m 높이 나무에 물이 공급되는 것을 설명하기에는 한계가 있습니다. 빨대의 원리로 물을 끌어 올릴 수 있는 높이는 10m가 채 되지 않아섭니다. 대기압이 밀어 올릴 수 있는 한계는 10m 내외기 때문에 아무리 성능 좋은 펌프도 10m 이상 높이로는 물을 끌어올리지 못합니다.
흡인력 다음으로 중요한 힘은 뿌리압인데 뿌리압 역시 밀어 올릴 수 있는 물의 최대 높이가 수m 밖에는 되지 않습니다. 물관에서 모세관 현상으로 올라갈 수 있는 물의 높이는 수cm에 불과합니다.
자연 현상을 과학으로 명쾌하게 설명하기란 참 쉽지 않습니다. 높은 나무꼭대기에까지 물이 어떻게 올라가는지에 대한 질문도 마찬가지입니다.
질문은 간단해 보였지만 막상 과학으로 설명하기는 쉽지 않습니다. 우리는 인공지능이 사람보다 바둑도 잘 두고 운전도 잘하는 시대에 살고 있지만 자연은 여전히 우리에게 신비함 그 자체입니다.[출처 : https://www.edaily.co.kr/news/read?newsId=01364486629218168]
안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.
세상에서 가장 큰 나무로 알려진 거목들은 모두 미국의 캘리포니아에 있습니다. 미국 캘리포니아주 북서부 레드우드 국립공원에는 높이 100미터 가량되는 아메리카 삼나무들이 즐비합니다. 이 나무들은 성장 속도도 빨라 연간 2미터 가량 자라는 나무도 있다고 합니다.
이 아메리카 삼나무(레드우드) 중에서 가장 큰 나무인 '히페리온(Hyperion)'이 2006년 발견돼 세상에서 가장 큰 나무로 등극했습니다. 히페리온은 높이가 115m에 달하고, 수령은 1억년이 넘은 것으로 알려졌습니다.
그러나 레드우드 국립공원 측은 수많은 레드우드 중에 어떤 나무가 히페리온인지 별도로 표시를 해놓지 않았다고 합니다. 1980년 레드우드 국립공원이 유네스코 세계유산으로 지정됐고, 가장 큰 나무들이 모여있는 트레킹 코스인 '톨트리 그로브 트레일'도 하루에 50명 정도만 입장할 수 있도록 해 나무를 보호하고 있다고 합니다.