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Warum verdunstet ein einziger Baum jedes Jahr 40.000 Gallonen Wasser? Was ist das Geheimnis dahinter?
Im Ökosystem spielt der Wasserkreislauf eine Schlüsselrolle und Pflanzen sind einer der wichtigsten Teilnehmer an diesem Prozess. Pflanzen transportieren Wasser von ihren Wurzeln zu ihren Blättern und geben es durch einen Prozess namens Transpiration an die Luft ab. Wissenschaftlichen Untersuchungen zufolge kann ein großer Baum bis zu 40.000 Gallonen Wasser pro Jahr verdunsten. Dieses Phänomen ist erstaunlich und hat die Menschen dazu veranlasst, über den Mechanismus hinter diesem biologischen Prozess nachzudenken.
Transpiration ist die Bewegung von Wasser durch eine Pflanze und seine Verdunstung aus luftgetragenen Teilen wie Blättern, Stängeln und Blüten. Dies ist ein passiver Prozess, der der Pflanze keine Energie abverlangt.
Im Leben der Pflanzen wirken sich Wasseraufnahme und -verlust direkt auf ihr Wachstum und ihre Entwicklung aus. Wasser ist nicht nur eine Grundvoraussetzung für den Stoffwechsel pflanzlicher Zellen, sondern spielt auch eine wichtige Rolle bei der Aufrechterhaltung des Trübungsdrucks der Zelle und dem Nährstofftransport. Von dem von den Wurzeln aufgenommenen Wasser werden nur 2 bis 3 % für das Pflanzenwachstum verwendet, die restlichen 97 bis 99 % werden durch Transpiration ausgeschieden. Bei diesen Prozessen wird verdunsteter Wasserdampf aus den Stomata der Blätter freigesetzt. Diese Stomata werden von Schließzellen gesteuert und deren Öffnungs- und Schließzustand für den Wasserverlust entscheidend ist.
Der Wasserfluss wird in erster Linie von mehreren Faktoren beeinflusst, unter anderem von der Wasserleitfähigkeit des Bodens und dem Druckgradienten im Boden. Die Adhäsion und Kohäsion des Wassers fördern die Aufwärtsbewegung des Wassers von den Wurzeln nach oben, und wenn das Wasser auf der Blattoberfläche verdunstet, entsteht eine Zugkraft, die das Wasser durch die Kanäle im Inneren der Pflanze drückt. Dies nennt man die innere Druckgradient. Sobald der Wasserdampfdruck in der Umgebung niedriger ist als in den Blättern, entweicht der Wasserdampf in die Luft, was zur Verdunstung des Wassers in den Blättern und zu einer Erhöhung der Spannung zwischen den Zellen führt.
Pflanzen kontrollieren die Transpirationsrate, indem sie die Öffnungs- und Schließgröße ihrer Stomata regulieren. Die Transpirationsrate wird auch durch die umgebenden Umweltbedingungen beeinflusst, beispielsweise durch die Wärmeleitfähigkeit der Grenzschicht, Luftfeuchtigkeit, Temperatur, Windgeschwindigkeit und Licht.
Mit dem Wechsel der Vegetationsperiode verdunsten Pflanzenblätter täglich ein Mehrfaches ihres Gewichts an Wasser. Beispielsweise kann ein Hektar Mais pro Tag etwa 11.000 bis 15.000 Liter Wasser freisetzen, während eine große Eiche bis zu 160.000 Liter Wasser pro Jahr freisetzen kann. Diese Daten machen uns bewusst, dass Pflanzen eine unverzichtbare Rolle bei der Regulierung ihrer Umwelt und ihres eigenen Überlebens spielen.
Pflanzen sind für den Wassertransport jedoch nicht ausschließlich auf die Transpiration angewiesen. Sie müssen außerdem kontinuierlich Wasser aus ihren Wurzeln aufnehmen, um ein Gleichgewicht mit der Transpiration zu gewährleisten. Wenn eine Pflanze nicht mehr genügend Wasser über ihre Wurzeln aufnehmen kann, kommt es zu einem Phänomen namens Kavitation. Wenn das Xylem (der Gang) den Wasserfluss nicht zulässt, kann es zur Kondensation von Wasserdampf und damit zu einer Blockade kommen, die das Überleben der Pflanze bedrohen kann.
Wenn diese Verstopfung nicht rechtzeitig behoben wird, führt dies langfristig zum dauerhaften Welken der Pflanze. Daher müssen Anlagen über eine Möglichkeit verfügen, Luftblockaden zu beseitigen oder neue Kanalverbindungen zu schaffen, um den Wasserfluss aufrechtzuerhalten.
Mithilfe der modernen Wissenschaft haben Forscher begonnen, Magnetresonanztomographie (MRI)-Technologie zu verwenden, um den inneren Zustand von Pflanzenxylemen zu beobachten, was es ihnen nicht nur ermöglicht, den Wasserfluss in der Pflanze visuell zu sehen, sondern auch den Fluss von Wasser im Xylem. Verschiedene Zustände.
Die Transpiration hat nicht nur Auswirkungen auf die Pflanzen, sondern sie spielt auch eine wichtige Rolle bei deren Kühlungsprozess. Aufgrund der latenten Wärmeeigenschaften des Wassers wird durch die Verdunstung eine große Menge Wärmeenergie entzogen, wodurch in der Pflanze eine stabile Temperatur aufrechterhalten wird.
Die starken ökologischen Verbindungen der Pflanzen wirken sich auch auf den Wasserkreislauf der umgebenden Umwelt aus und dieser Prozess trägt zur Wiederherstellung der Umweltökologie bei. Sollten wir angesichts der Tatsache, dass große Bäume jedes Jahr so große Mengen Wasser verdunsten, mehr über die Bedeutung der Pflanzen in unserem Leben nachdenken?
