Kerstboom & Co Woudreuzen als watertorens; de machinerie VIII

01-01-2018

Heel lang woeden er al debatten tussen boomdeskundigen over het vermogen van bomen water tot in hun top op te zuigen. Het honderd meter omhoog transporteren van water is een geweldige prestatie; daarvoor zijn extreme krachten nodig. Hoewel het pleit niet helemaal beslecht is, bestaat er een zekere overeenstemming over een “drietrapsraket”. Daarin spelen het opdrukken van water door de wortels, het spontaan opzuigen van water door nauwe buisjes en de zuigkracht door de verdamping een rol (zie wetenschappelijke box 1).

Wetenschappelijke box 1: De “drietrapsraket” (a,b,c) van opwaarts watertransport in bomen.

a. Doordat de concentratie van opgeloste stoffen in de wortel hoger is dan in de bodem, zuigen cellen passief water aan. Dit proces heet osmose. Omdat osmotische verschillen buiten en binnen de wortel aanzienlijk zijn, wordt er veel water aangezogen. Zoveel, dat water in de waterkanalen omhoog gedrukt wordt. Meestal is deze worteldruk onzichtbaar, maar in sommige afgesneden stelen is ze goed te zien: op de stompjes van een vers gemaaide korenveld bevinden zich druppels. Het druppelen van afgesneden druiventakken in het voorjaar is een uitgelezen voorbeeld van worteldruk. Bij sommige bomen speelt de worteldruk een rol, maar naar schatting wordt water hoogstens enige meters omhoog gedrukt wordt.

b. Watermoleculen hebben de neiging elkaar aan te trekken (cohesie). Dat is goed te zien als een glas voorzichtig tot de rand gevuld wordt. Dan ontstaat een bolling aan het oppervlak. Verder heeft water de voorkeur zich aan vaste stoffen te hechten (adhesie). Dat ziet men in het zelfde halfvolle glas, aan de randen staat het water iets hoger. Een combinatie van cohesie en adhesie zorgt er voor, dat naarmate een vat nauwer wordt, water spontaan omhoog rijst. Zo zich vormen ononderbroken dunne waterzuiltjes (0.001 tot 0.05 mm in diameter) in de nauwe waterkanalen van bomen (capillaire werking).

c. De grootste bijdrage aan het opwaartse watertransport wordt waarschijnlijk geleverd door de zuigkracht van de verdamping, die veroorzaakt wordt door het verschil tussen watergehalte in de boom en de buitenlucht. De kracht, die dit verval oproept, is bijna onvoorstelbaar. Maar er komt een einde aan de stijging van het water, als de opwaartse zuigkracht en de neerwaartse zwaartekracht elkaar neutraliseren. De limiet wordt meestal veroorzaakt, doordat bij een te grote verdamping de huidmondjes sluiten. Dat is nodig, omdat de bladcellen anders te veel water verliezen. Een andere mogelijkheid is, dat de waterzuiltjes kapot getrokken worden. Dan komen er luchtblaasjes in de vaten (cavitatie) en werkt het zuigsysteem niet meer.

Berekeningen van de drie opwaartse krachten (wetenschappelijke box 1) verklaren, waarom een boom onder optimale condities maximaal 120 meter hoog kan worden. De fysica verklaart ook, waarom naaldbomen hoger kunnen worden dan loofbomen, wat ligt aan de aard van hun watervaten (zie ook verder IX Kerstboom & Co Woudreuzen als watertorens; droogte- en vorstresistentie).