纳米流体学可解释最高树木中水分的上升
摘要
在《生物学中的惊人数字》一书中，Flindt 报告了一棵 128 米高的巨型桉树和一棵 135 米高的巨型红杉。然而，对于树木原汁上升的最大高度，以及由此决定的树木所能达到的最大尺寸的主要原因，目前的理解尚不充分。根据树种的不同，原汁在直径为 50 至 400 微米的木质部微管中输送。汁液含有稀释的盐分，但其物理性质大致与水相同；因此，流体动力学、毛细作用和渗透压仅能产生几十米的原汁上升高度。如今，得益于内聚力-张力理论相关实验与分离压概念之间的新对比，我们可以对汁液上升到极高树木顶部的现象提出一种新的理解。我们在此表明，叶片贮水管胞中的压力可以呈现强负值，而当高处的非均匀液体纳米层润湿木质部微管壁时，茎干木质部微管中的压力可能保持正值。高大树木中原汁的纳米流体模型揭示了一个稳定的汁液层，其可达到的高度上限对应于饼状层厚度与干燥木质部壁共存的状况，并决定了最高树木的最大尺寸。在极薄的层中，汁液流动远比经典纳维-斯托克斯模型所得的结果更为显著，因此能够在韧皮部栓塞发生时重新充填气孔细胞。这些结果暗示，分离压是研究纳米尺度范围内与基底接触的生物液体的一种有效工具。
引用
@article{arxiv.1204.4094,
title = {The nanofluidics can explain ascent of water in tallest trees},
author = {Henri Gouin},
journal= {arXiv preprint arXiv:1204.4094},
year = {2012}
}
备注
Methods. We compare two experiments: - The Scholander pressure bomb experiment (1955) based on the cohesion-tension theory (1894) in which liquids are considered to be incompressible. - The Sheludko experiment (1967) based on the concept of disjoining pressure in DLVO theory (1948) that highlights a strong difference between liquid bulk and thin layer pressures. The theoretical results allow us to obtain: - The computation of tallest trees' level that fits with real facts - The interpretation of the motion in xylem microtubes by using the shallow water approximation and the slippage on walls at the nanometric scale. arXiv admin note: text overlap with arXiv:1106.1275