أحيانا ابسط الأسئلة تكون ذي أجوبة عظيمة
مثلا كيف يمكن للأشجار أن تكون طويلة جدا؟ يبدو السؤال وكأنه
لا يحتاج اصلاً إلى جواب
الأشجار طويلة وحسب. وبعضها قد يتجاوز 100 متر.
لماذا يجب ان يوجد حد معين للطول؟
سأخبركم لماذا .. الأشجار بحاجة لأن تنقل المياه من جذورها إلى اعلى
أغصانها لكي تعيش .. وهذا ليس عملا سهلا
يوجد حد لإرتفاع المياه الذي يمكن مصه خلال الإنبوبة .. والذي يقدر بـ 10 امتار
إذا قمت بامتصاص الماء خلال قصبة طويلة جدا فإن الماء لن يرتفع أكثر من 10 امتار .. عند
هذه الحالة سيتكون لدينا فراغ حقيقي في الجزء العلوي من القصبة .. أما الماء فإنه
سيبدأ بالغليان ذاتيا .. بالنسبة للشجرة التي من المفترض لها أن تنقل المياه لاكثر من 100 متر .. فإنه يتوجب عليها ان تولد
فرقا في الضغط يقدر بعشرة أضعاف الضغط الجوي
كيف تستطيع الأشجار ان تفعل ذلك؟
عندما طرحت هذا السؤال .. الكثير اجابوني بانه يحدث بسبب النتح .. وهذا
يحدث عندما يتبخر الماء خلال الورقة .. ساحباً جزيئات الماء التي خلفها الى الاعلى .. وهذا
من الواضح انه آلية تعتمد عليها النبات لصنع قوة الإمتصاص ولكنه غير كافي لتجاور
الـ 10 أمتار. أقل مقدار للضغط يمكن ان تصل اليه هو الفراغ التام,
والذي أتوقع انه لا يحصل داخل اوراق الشجر .. اليس كذلك؟
بلى, هانك, لربما انك لا تتوقع أن الشجرة لديها أنابيب مستمر كتلك الشبيهة بالقصب
الأشجار لديها صمامات في الواقع لذلك لا يوجد عمود الماء
الإنبوب الطويل الذي تقول انه يجب ان يكون مملوءا بالماء في الواقع مكون من خلايا
بالرغم من ان هذه الافتراضات جميلة .. إلا انها ليست صحيحة تماماً.
العلماء الذين درسوا الأشجار وجدوا ان الخشب الذي ينقل الماء يحتوي على عمود
الماء المستمر .. إذن كيف ايضا تستطيع الأشجار ان تنقل المياه من الجذور إلى الأوراق؟
ليس بعملية المص .. و بدون استخدام الفراغ
حسناً, إذن كيف تقوم الأشجار بفعل ذلك؟
عن طريق الضغط كالضغط على ضرع البقر الى ان تصل المياه الى الأعلى حيث يوجد عضلات شجرية صغيرة هناك (!!)
بالإضافة الى كونها عملية هدر هائلة للطاقة .. كل
كل الخلايا التي تكَّون انبوب الخشب هي خلايا ميتة
ماذا عن الضغط التناضحي؟ اذا كان المذاب في الجذور اكثر من التربة المحيطة
فإن المياه سوف تدفع الى داخل الشجرة .. ولكن بعض الأشجار تعيش في المناطق الساحلية .. حيث المياه
مالحة جداً لذلك فإن الضغط التناضحي تكون في اتجاه معاكس .. لذا فإن الشجر تحتاج
الى ضغط اضافي لمص الماء الى داخل الشجرة
إذن من المؤكد انه عن طريق عمل الانابيب الشعرية .. كلما قل قطر الإنبوبة زاد ارتفاع المياه فيها
ولكن الانابيب في الأشجار عريضة جدا .. عندما يكون القطر حوالي 20-200 مايكرومتر .. فإن الماء
لن يرتفع اكثر من متر
إذن كيف تستطيع الأشجار فعل ذلك؟
حسناً .. أحد الإفتراضات التي وضعناها كانت خاطئة (أقل مقدار للضغط يمكن ان تصل اليه هو الفراغ التام)
الفراغ التام الفراغ التام
في الغازات, هذا الكلام صحيح, عندما تزيل كل جزيئات الغاز, فإن الضغط
يساوي صفر .. وستحصل على فراغ تام
ولكن في السوائل .. يمكنك الحصول على ضغط اقل من الصفر و في الواقع يمكنك الحصول على ضغط سالب .. في
المواد الصلبة .. نسمي هذه الحالة بالشد وهذا يعني ان الجزيئات تسحب
بعضها البعض وما يوجد حولها
عندما يتبخر الماء خلال الثقوب في جدار الخلية, فإنه يتكون ضغط سلبي هائل
يقدر بحوالي -15 ضغط جوي في الشجرة النموذجية .. فكر بالتداخل بين الهواء والماء
في الثقب .. يتولد ضغطا بمقدار ضغط جوي واحد الى الداخل و قابلية مص بمقدار -15 ضغط جوي
بالإتجاه الأخر .. إذن لماذا لا يتحطم الغشاء؟ لأن الثقوب
صغيرة جداً, فقط 2-5 نانومتر في القطر, في هذا المقياس, الشد السطحي للماء يسمح
للغشاء الفاصل بين الماء والهواء بالصمود ضد كميات هائلة من الضغط بدون ان تنهار او انكسر
وكلما نزلنا من الاعلى الى اسفل الشجرة فإن الضغط يزداد الى أن يتساوى مع الضغط الجوي عند الجذور .. اذن يوجد
فرق هائل في الضغط بين اعلى وأسفل الشجرة لأن الضغط
في الأعلى يكون أكثر سلبياً
ولكن مهلا .. اذا كان الضغط قرب اعلى الشجر يساوي -15 .. أليس من المفترض ان
يبدأ الماء بالغليان؟
نعم .. من المفترض أن يحدث ذلك.
ولكن تحويل الحالة من السائل إلى الغاز يتطلب طاقة تفعيل .. وهو يأتي على
شكل موقع مركزي مثل فقاعة هوائية صغيرة .. ولهذا من المهم جداً ان
إنابيب الخشب يجب أن لا تحتوي على فقاعات هوائية وهم يستطيعون ان يفعلوا ذلك على عكس القصبات بسبب أنهم
مغمورين بالماء من البداية .. بهذه الطريقة فإن المياه تبقى في حالة سائلة شبه مستقرة
في حين انها من المفترض ان تكون في حالة غليان
مثل المياه شديدة البرودة التي تكون في حالة سائلة في حين أنها من المفترض ان تكون ثلجاً .. لذا يمكن
أن تتخيل أن الماء في الشجرة تقع تحت قوة امتصاص هائلة حيث انها تبقى في حالة سائلة تحت ضغوط
سلبية بهذه المقادير.
ولماذا تنقل الأشجار كل هذه المياه إلى أعلاها؟ إريد من ان تحزروا .. قولوها
بصوت عالٍ لعملية البناء الضوئي؟
في الواقع .. كلا .. حيث ان الماء المستخدم في تفاعلات البناء الضوئي يكون أقل من 1% .. هل
من أفكار أخرى؟ حسنا .. ماذا عن النمو؟ حسناً .. المياه المسخدمة
في صنع خلايا جديدة تكون في حدود 5% إذن .. ماذا يحدث للـ 95% الأخرى
من المياه؟ انها تتبخر وحسب
لكل جزيئة ثنائي أوكسيد الكاربون تدخل تخسر الشجرة المئات من جزيئات
الماء
واو.
الا ترى كم هذا رائع؟ الأشجار تولد كميات هائلة من الضغط السلبي يقدر بعشرات الأضعاف
بقدر الضغط الجوي, من خلال تبخر جزيئات الماء خلال ثقوب نانوية .. تمتص المياه الى 100 متر, في
حالة من المفترض ان يكون الماء في حالة غليان ولكن لا يحدث الغليان بسبب ان انابيب الخشب المثالية لا تحتوي
على فقاعات هوائية, ناهيك ان معظمه يتبخر خلال العملية ممتصا بضع جزيئات
من ثنائي اوكسيد الكاربون
لن انظر ابدا الى الأشجار بعد الآن بالطريقة التي كنت انظر اليها سابقا
اود أن اتقدم بشكر هائل الى هانك, هنري, البروفسور بولياكوف لتقديمهم
نظرياتهم .. هذا جزء جوهري من المنهج العلمي حتى إذا كانت نظرياتهم
غير صائبة كما قال آينشتاين: "الشخص الذي لم يرتكب
الأخطاء فإنه لم يحاول ان يفعل أي شيئ جديد في حياته" تسائلت دأئما كيف سيكون لو ظهرت
في هذا الجانب من فيديوهات فيريتاسيوم
سيكون من العجب انك لست متابعا لقنوات هؤلاء الشباب .. ولكن اذا لم تكن متابعا
إضغط على هذه الروابط و وشاهد قنواتهم .. لربما تتعلم شيئا
كما أود أن أشكر البروفسور جون سبيري من جامعة يوتاه .. اخبري بهذه المعلومات
خلال محادثة طويلة على الإسكايب لذا سأضع رابط
رابط موقعه في الوصف نحن نلاحظ هنا ضغوطات أقل من الضغط الجوي
هل هذا صحيح؟ نعم صحيح .. ضغط أقل من الضغط الجوي, وهو ضغط السائل
وليس ضغط الغاز .. لذا فإن قول (اوه ..لا يمكنك الحصول على ضغط
سلبي لأنه لا توجد جزيئات متبقية) هو سوء فهم .. كما تعلم .. فإن التعريف العلمي
للفراغ التام هو إنعدام الجزيئات .. هذا الكلام صحيح بالنسبة للغاز .. حسنا, لذا لنكن واضحين
أعتقد ان هذه هي احدى مشاكلي الكبيرة في فهم هذا
هذا الفيديو كان من غير الممكن ان يكون موجودا لولا سي جي بي جراي .. عندما أخبرتهم
عن الفكرة في لندن وكان حالي كـ "بسسش هذا كله
أمر محير" قال بانه سيكون أمرا صعبا
للشرح و عندما قال انه سيكون صعبا للشرح فإنك ستعلم انه سيكون الأمر قاسيا .ز لذا
شكرا لمداخلاتكم في هذا الشرح
و شكراً لكم للمشاهدة .. عملية انتاج هذا الفيديو كان ملحميا بالنسبة لي لذا شكرا
لإنظمامكم معي في هذه الرحلة .. كما أقدر كل تعليقاتكم .. وإذا لم تكن متابعا للقناة مسبقا
فإضغط على هذا الرابط أو إضغط على زر المتابعة وكن معي في
مغامرتي العلمية القادمة