Мастера гидравлики

Ежедневно 20 ведер воды на шестой этаж

Если вы, читатель, живете на шестом этаже, проделайте один хотя и утомительный, но в высшей степени интересный эксперимент. Возьмите десятилитровое пластмассовое ведро, спуститесь с ним во двор и наберите там воды из водопроводного крана. С полным ведром поднимитесь к себе на шестой этаж и опорожните ведро. Всю эту операцию повторите 20 раз. Пользоваться лифтом не нужно, иначе эксперимент потеряет свою наглядность. Закончив его, вы в итоге поднимите 200 литров воды на высоту примерно 15 метров, иными словами, выполните работу, которую совершает в теплый солнечный день взрослое дерево березы.

В свою очередь я приведу здесь еще несколько любопытных цифр. Через листву небольшой (100 метров Х 100 метров) буковой рощицы, где насчитывается около 400 деревьев высотой 25-30 метров, каждые летние сутки испаряется в среднем 20 тонн воды, то есть такое количество, которое вмещает в себя крупная автоцистерна. Но до того, как вода испарится, она по стволу и веткам дерева будет поднята в среднем на высоту 20 метров. Ради интереса можно подсчитать, какому количеству ведер и скольким этажам будут соответствовать эти цифры. В любом случае окажется, что произведена значительная работа. Но самое удивительное здесь то, что на ее выполнение деревья вообще не затрачивают собственной энергии. Рациональная конструкция делает этот процесс автоматическим. Испарение воды с поверхности листьев обусловливает непрерывный подсос снизу. Подсасывающая сила распространяется от листьев через ветви и ствол непосредственно к корням растения. Испарение происходит через устьица - микроскопические поры листьев. В погожий солнечный день, когда относительная влажность воздуха не превышает 45 процентов, величина силы всасывания равна растягивающему усилию, которое испытывает стальной тросик диаметром 3 миллиметра под действием нагрузки, равной весу взрослого человека (70 килограммов). Испарение буквально вытягивает воду из листьев, и она устремляется снизу вверх по водопроводящей системе растения. Движущей силой здесь в конечном счете является солнечная энергия. Именно ее используют растения для того, чтобы транспортировать воду. Здесь мы вновь видим, насколько просто и эффективно в растительном мире используется этот практически неиссякаемый источник энергии.

Наличие у растений водопроводящей системы, состоящей из большего числа микроскопических трубочек-капилляров, диаметр каждой из которых не превышает нескольких тысячных долей миллиметра, позволяет ему с необычайной легкостью совершать то, чего не в состоянии сделать ни один из созданных человеком вакуумных насосов: поднять самотеком воду на отметку более 10 метров^*. Не будь "изобретены" эти мельчайшие в мире капилляры-трубы, высота растений не могла бы превысить и 10 метров. Только благодаря им стали возможны деревья-великаны высотой более 100 метров. Самое высокое в США дерево, калифорнийская секвойя, имело в 1967 году высоту 119 метров. Некоторые виды австралийских эвкалиптов еще выше. В долине реки Латроб был обнаружен 170-метровый эвкалипт, у которого самые нижние ветки располагались на уровне 100 метров над поверхностью почвы^**. В 1950 году в штате Квинсленд лесорубы свалили гигантскую каури. После удаления кроны и всех ветвей длина ствола дерева составляла все еще 90 метров. Ствол имел в обхвате 7 метров и весил 24 тонны.

^* (Существует предел давления, при котором разорвется столб воды. Этот предел составляет 1 килограмм на 1 квадратный сантиметр, и самая большая высота, на которую вакуумный насос может поднять воду, равна примерно 10 метрам. - Прим. перев.)

^** (Достоверны сведения, что длина некоторых срубленных эвкалиптов достигала 110 метров; приводимые в некоторых работах величины в 145 м, 150 м, 155 м и даже 170 м, как в этой работе, остались пока неподтвержденными. - Прим. ред.)

При снабжении водой кроны дерева, имеющего высоту 150 метров, внутри отдельных капилляров действует, с учетом сил тяжести и сопротивления трения, растягивающее усилие большой величины. В результате внутри микроскопических сосудов древесины возникают столь значительные силы всасывания, что стенки сосудов втягиваются. Но в стволе дерева проходит бесчисленное множество сосудов, поэтому можно предположить, что толщина ствола должна заметно уменьшаться в полуденные часы, когда в сравнении с прошедшей ночью величина испарения резко возрастает. И действительно, удалось замерить суточные изменения диаметра ствола у калифорнийских секвой (Sequoiadendron giganteum) и сосны Монтерея (Pinus radiata). В 14 часов пополудни испарение достигает своего максимума. В это время суток диаметр ствола наименьший. И наоборот, около 4 часов пополуночи дерево транспирирует минимальное количество влаги, поэтому толщина его ствола - наибольшая.

Из-за микроскопических размеров капилляров вода и растворенные в ней вещества поднимаются вверх по стволу сравнительно медленно. У хвойных пород скорость подъема составляет всего 1-2 метра в час. Интересен тот факт, что низкорослые растения, которые могут позволить себе роскошь иметь более крупные водопроводящие сосуды, не замедлили воспользоваться этим: вода в сосудах движется вверх намного быстрее. Так, в листьях ржи скорость "водного потока" может достигать 40-50 метров в час.

После нашего небольшого экскурса в мир больших цифр, имеющих самое непосредственное отношение к теме водообеспечения, мне остается назвать читателю еще одну цифру. В лесистой местности транспирация (испарение) влаги через листья позволяет возвратить в атмосферу 60-70 процентов годового объема выпавших осадков. Трудно переоценить то благотворное воздействие, какое оказывает лес на климат, умеряя и регулируя его. Так вправе ли мы продолжать необдуманно вырубать каждый год многие сотни тысяч квадратных километров лесных угодий, для того чтобы на их месте строить новые дороги, поселки, промышленные предприятия, для которых было бы совсем нетрудно отыскать более подходящее месторасположение? Вправе ли мы и дальше год за годом сводить на нет леса на площади во многие десятки тысяч квадратных километров только ради того, чтобы разрабатывать здесь отнюдь не крупнейшие месторождения песка и гравия (см. фото 19)? Тот, кто задумывается не только о функции леса как погодно-климатического фактора, но и о той, быть может, даже более важной роли, которую играет растительность в очистке загрязненного воздуха и обогащении атмосферы кислородом, и о том, сколь большое значение имеют леса для обеспечения полноценного отдыха многих миллионов жителей крупных городов, тот не затруднится в выборе ответа.