학문

증산 작용에 의해 물이 높은 나무 끝까지 올라가는 동력이 궁금해요

수십 미터가 넘는 거대한 나무의 뿌리에서 흡수한 물이 심장 같은 펌프 장치 없이 어떻게 꼭대기 잎까지 올라갈 수 있는지 궁금합니다. 잎의 기공을 통한 증산 작용, 물 분자 간의 응집력과 부착력, 물관 내부 수주 형성의 원리가 궁금해요.

1개의 답변이 있어요!

  • 안녕하세요. 이수민 전문가입니다.

    물은 아래에서 밀려 올라가는 게 아니라 잎에서 생기는 장력으로 끌어당겨져요. 대기압을 이용한 흡입으로는 10m 남짓이 한계라서 다른 방식이 필요하거든요.

    잎 속 세포벽의 나노미터 크기 틈마다 물이 오목한 표면을 이루며 차 있어요. 기공으로 수증기가 빠져나가면 이 표면이 더 깊게 오목해지면서 물을 강하게 당기는 음압이 생기고, 뒤의 물이 딸려 올라와요. 증발 에너지는 햇빛과 건조한 공기가 대니 나무는 따로 힘을 쓰지 않아요.

    이 당김이 뿌리까지 전해지려면 물 분자끼리 수소 결합으로 붙잡는 응집력이 필요해요. 물관 속 물이 끊기지 않은 하나의 기둥으로 이어져 있어서 꼭대기를 당기면 전체가 함께 올라오고, 물관 벽 셀룰로스에 달라붙는 부착력이 이 기둥이 벽에서 떨어지지 않게 잡아 줘요.

    100m를 올리려면 중력만으로 약 1MPa의 장력이 필요하고, 실제 꼭대기에서는 마찰까지 더해 -1.5~-2MPa 정도가 측정돼요. 장력이 너무 커지면 기포가 생겨 기둥이 끊기는 공동 현상이 일어나서, 나무 키는 120~130m 정도가 한계로 추정돼요 :)

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