کشش آب: نیروی مکشی ناشی از تبخیر در برگ‌ها
آب چگونه در گیاهان سفر می‌کند؟
تصور کنید یک درخت بلند 50 متری باید آب را از اعماق خاک به بالاترین برگ‌های خود برساند. این گیاه قلب تلمبه‌ای مانند حیوانات ندارد. پس این سفر شگفت‌انگیز چگونه انجام می‌شود؟ پاسخ در نیروی طبیعی به نام کشش آب نهفته است. این نیرو مانند یک طناب نامرئی عمل می‌کند که آب را از پایین به بالا می‌کشد و ریشه‌ی این طناب در برگ‌های گیاه است.
مولکول‌های آب: دوستان چسبنده!
برای درک کشش آب، ابتدا باید با دو ویژگی مهم مولکول‌های آب آشنا شویم:
| ویژگی | توضیح | مثال ساده |
|---|---|---|
| چسبندگی۳ | مولکول‌های آب به مولکول‌های مواد دیگر (مانند دیواره‌ی آوندهای چوبی) می‌چسبند. | مانند قطره‌ی آبی که به شیشه پنجره می‌چسبد و پایین نمی‌افتد. |
| پیوستگی۴ | مولکول‌های آب به یکدیگر می‌چسبند و یک زنجیره‌ی مستمر را تشکیل می‌دهند. | وقتی یک تکه نخ را از یک سر می‌کشید، کل نخ به دنبال آن کشیده می‌شود. |
این دو ویژگی در کنار هم، امکان تشکیل یک ستون آب پیوسته در درون لوله‌های بسیار باریک به نام آوند چوبی۵ را فراهم می‌کنند. وقتی آب از برگ تبخیر می‌شود، این ستون آب تحت کشش قرار می‌گیرد و کل ستون از بالا به پایین کشیده می‌شود.
تبخیر، موتور محرکه کشش آب
برگ‌های گیاه دارای هزاران منفذ کوچک به نام روزنه۶ هستند. این روزنه‌ها برای تبادل گازها (مانند دریافت دی‌اکسید کربن) باز و بسته می‌شوند. هنگامی که این منافذ باز هستند، آب به صورت بخار از آن‌ها خارج می‌شود. به این فرآیند تعرق۲ می‌گویند.
هر مولکول آبی که از برگ خارج می‌شود، یک جای خالی ایجاد می‌کند. به دلیل نیروی پیوستگی، مولکول‌های آب مجاور برای پر کردن این جای خالی به سمت بالا کشیده می‌شوند. این کار به صورت زنجیره‌ای ادامه پیدا می‌کند و در نهایت، مولکول‌های آب از ریشه و خاک به سمت بالا کشیده می‌شوند. این کشش آنقدر قوی است که می‌تواند آب را تا بالاترین نقطه‌ی یک درخت غول‌پیکر مانند سکویا نیز برساند.
یک آزمایش ساده برای درک کشش آب
می‌توانید این پدیده را در خانه مشاهده کنید. یک لیوان شفاف را پر از آب کنید. چند قطره رنگ خوراکی به آن اضده کنید. سپس یک ساقه کرفس یا یک گل سفید (مانند میخک) را در آن قرار دهید. بعد از چند ساعت، خواهید دید که رنگ به ساقه و سپس به برگ‌ها یا گلبرگ‌ها راه یافته است. این اتفاق نشان می‌دهد که آب (حامل رنگ) به سمت بالا حرکت کرده است. این یک مدل ساده از سیستم آوندی گیاه است.
| عامل | تأثیر | شرایط ایده‌آل برای کشش قوی |
|---|---|---|
| دما | با افزایش دما، سرعت تبخیر بیشتر می‌شود. | هوای گرم و آفتابی |
| رطوبت | هرچه هوا خشک‌تر باشد، تبخیر سریع‌تر رخ می‌دهد. | هوای خشک |
| باد | باد بخار آب اطراف برگ را پراکنده کرده و تبخیر را تسریع می‌کند. | وجود باد ملایم |
| در دسترس بودن آب | اگر خاک خشک باشد، ستون آب می‌شکند و کشش متوقف می‌شود. | خاک مرطوب |
اشتباهات رایج و پرسش‌های مهم
پاسخ: خیر. اگرچه سرعت تعرق در روز به دلیل گرمای خورشید بیشتر است، اما این فرآیند در شب نیز، هرچند با سرعت کمتر، ادامه دارد. دلیل آن باز ماندن برخی روزنه‌ها و ادامه‌ی تبخیر از سطح گیاه است.
پاسخ: این یک پرسش بسیار خوب است. دلیل آن همان نیروی قوی پیوستگی بین مولکول‌های آب است. این نیرو آنقدر قوی است که می‌تواند در برابر کشش بسیار زیاد مقاومت کند. علاوه بر این، دیواره‌های آوند چوبی محکم هستند و از طریق نیروی چسبندگی به حفظ ستون آب کمک می‌کنند. تنها در صورت ایجاد حباب هوا (پدیده‌ی حفره‌زایی۷) این ستون ممکن است بشکند که گیاه مکانیسم‌هایی برای ترمیم آن دارد.
پاسخ: نه کاملاً. در حالی که کشش آب نیروی غالب برای حرکت آب در ارتفاع‌های بلند است، ریشه نیز نقش فعالی ایفا می‌کند. ریشه با ایجاد فشار ریشه‌ای۸ که ناشی از پمپاژ فعال یون‌ها به درون آوندها است، به شروع حرکت آب و پر کردن آوندها کمک می‌کند. این فشار به ویژه در گیاهان کوچک و در زمان‌هایی که تعرق کم است (مانند صبح‌ها) مهم است و باعث اشک گیاه می‌شود.
پاورقی
۱ کشش آب (Water Tension)
۲ تعرق (Transpiration)
۳ چسبندگی (Adhesion)
۴ پیوستگی (Cohesion)
۵ آوند چوبی (Xylem)
۶ روزنه (Stomata)
۷ حفره‌زایی (Cavitation)
۸ فشار ریشه‌ای (Root Pressure)