학문
바나나를좋아하는원숭이
나무에서 물관을 따라 물이 올라가는 원리는 무엇인가요?
안녕하세요. 식물 중에서는 키가 굉장히 큰 나무도 많은데요. 열대 지역에서는 4 m가 넘는 굉장히 높은 나무들도 많던데 어떻게 뿌리로부터 흡수한 물이 잎이 매달려 있는 가지 끝까지 올라갈 수 있는 것인지 그 생물학적인 메커니즘이 궁금합니다.
4개의 답변이 있어요!
안녕하세요.
나무에서 물관을 따라 물이 위로 올라가는 현상은 증산작용, 응집력, 부착력, 모세관 현상과 뿌리의 흡수 압력이 함께 작용하여 나타난 결과입니다. 나무의 잎 표면에는 기공이라는 미세한 구멍이 있는데, 이곳을 통해 광합성에 필요한 이산화탄소가 들어오고 동시에 수증기가 빠져나갑니다. 잎 내부 세포벽 표면에서 물이 증발하여 공기 중으로 나가면, 잎 조직 안의 물 농도가 낮아지면서 잎맥 속 물관에 있는 물이 위쪽으로 당겨지는데요, 이때 잎에서 물을 계속 증발시키기 때문에 맨 위에서 물기둥을 잡아당기는 힘이 생기는 것입니다. 특히 중요한 점이 물 분자는 서로 간에 수소결합을 형성해 끌어당기는 응집력이 작용합니다. 이 성질 때문에 물관 속 물은 하나의 긴 연속된 물기둥처럼 연결되어 있는데요, 잎에서 위쪽 물이 당겨지면 그 아래 물도 함께 끌려 올라가고, 다시 그 아래 물도 연쇄적으로 움직입니다. 즉 잎 끝에서 시작된 당기는 힘이 줄기 아래쪽, 뿌리까지 전달되는 것입니다. 응집력과 함께 물은 물관 벽의 셀룰로오스 성분과도 잘 달라붙으며, 이를 부착력이라고 합니다. 즉 물이 관 벽에 붙어 있으면서 아래로 떨어지지 않도록 도와주고, 가는 관에서는 모세관 현상도 일부 기여합니다. 다만 거대한 나무에서 수십 미터 이상 물을 올리는 주된 힘은 모세관 현상만으로는 부족하며, 증산에 의해 생기는 음압과 물의 응집력이 핵심입니다. 마지막으로 뿌리도 중요한데요, 뿌리털은 토양보다 세포 내부의 용질 농도가 높아 삼투작용으로 물을 흡수합니다. 그리고 이온을 능동적으로 흡수해 물관 쪽으로 이동시키면 일부 뿌리압이 생기면서 물을 약간 밀어 올릴 수 있습니다. 감사합니다.
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채택된 답변안녕하세요. 김민구 전문가입니다.
나무에서 물이 위로 올라가는 핵심 원리는 증산작용과 물의 물리적 성질이 결합된 결과라고 보시면 됩니다.
잎에서 물이 증발하면서 내부에 음압이 생기고, 이 힘이 물을 위로 끌어올립니다. 이때 물 분자끼리 서로 끌어당기는 성질이 있어 긴 기둥 형태로 유지되는거죠.
또한 물관 벽과의 부착력도 상승을 돕는 중요한 요소에요. 뿌리에서의 압력도 일부 기여하지만, 큰 나무에서는 증산작용이 주된 역할을 한다고 보시면 됩니다.
잎에서의 증발이 물을 위로 끌어당기는 핵심 동력이라고 이해하시면 될 것 같아요.
감사합니다.
가장 주된 원리는 증산 작용과 물분자의 결속력에 있습니다.
우선 잎의 기공을 통해 수분이 증발하면 상단에 강력한 흡입력이 생기는데, 비유하자면 빨대로 음료를 마시는 것과 비슷한 원리입니다. 이때 물분자들은 서로 강하게 끌어당기는 응집력을 가지고 있어, 뿌리부터 잎까지 끊어지지 않는 긴 물 기둥을 형성합니다. 또한 물관 벽에 달라붙는 부착력과 좁은 관을 타고 오르는 모세관 현상이 물의 상승을 돕게되죠.
여기에 뿌리가 삼투압으로 물을 밀어 올리는 뿌리압까지 더해집니다. 이 네 가지 물리적 힘이 맞물려 펌프 없이도 100m가 넘는 나무 꼭대기까지 수분이 전달될 수 있는 것입니다.
나무에서 물이 위로 이동하는 핵심 원리는 증산 작용과 물 분자 사이의 응집력 및 부착력입니다. 잎에서 수분이 기공을 통해 밖으로 배출되면 물관 내부의 물 분자들이 서로 끌어당기는 응집력에 의해 사슬처럼 연결된 상태로 끌려 올라가는 증산류가 형성됩니다. 여기에 물 분자가 물관 벽에 달라붙는 부착력과 가느다란 관을 타고 상승하려는 모세관 현상이 더해지며, 뿌리에서 물을 밀어 올리는 뿌리압이 보조적인 역할을 수행하여 높은 곳까지 물이 전달됩니다. 이 과정은 별도의 에너지 소모 없이 물의 물리적 특성과 기압 차이를 이용한 효율적인 메커니즘으로 작동합니다.