Bomen maken van de nood een deugd


Foto: Ischa1

(Extra materiaal behorende bij de QR code uit de krant na de columntekst)

In tegenstelling tot veel andere organismen hebben bomen waarschijnlijk minder bezwaar tegen een hogere CO2-concentratie in de atmosfeer. Zij hebben dit gas nodig om via fotosynthese hun eigen voedsel – in de vorm van suikers – te maken. Huidmondjes aan de onderzijde van de bladeren regelen de uitwisseling van gassen. Als ze zich openen, kan CO2 naarbinnen stromen en zuurstof – dat voor de boom een afvalproduct is – naar buiten. Tegelijkertijd raakt een boom echter ook water kwijt omdat het via de huidmondjes verdampt: bomen transpireren. Water is voor alle levende organismen een kostbaar goed, maar bomen hebben van de nood een deugd gemaakt.

Bomen kunnen meer dan 100 meter hoog worden en ook het allerhoogste blaadje heeft water nodig. Een boom heeft geen pomp, zoals een hart, dat het water uit de grond naar de top pompt, maar maakt juist gebruik van het transpireren en de bijzondere eigenschappen van water.

Watermoleculen ‘plakken’ graag aan elkaar en ook aan andere ‘waterminnende’ stoffen zoals glas. Daardoor kruipt water een beetje tegen de wanden van een glas omhoog. Dat is nog beter te zien bij een rietje. Het waterniveau in het rietje staat duidelijk hoger dan het waterniveau in het glas. Dit fenomeen staat bekend als capillaire werking.

Hoe smaller het rietje, hoe hoger het water kan staan, maar daar zit een limiet aan. De capillaire krachten worden tegengewerkt door de zwaartekracht die de waterkolom naar beneden trekt. Als beide krachten in evenwicht zijn, stijgt het water in het rietje niet verder. Om te drinken moet daarom aan een rietje gezogen worden – wat onderdruk genereert – om het water nog verder omhoog te krijgen.

Een boom is uitgerust met een uitgebreid waterleidingsysteem van houtvaten dat op een vergelijkbare manier werkt. Een houtvat (‘waterleiding’) bestaat uit een aaneenschakeling van dode holle houtcellen met gaatjes in de celwanden, zodat het water van cel naar cel kan stromen. Net als bij het rietje ‘verankert’ water zich graag aan houtvaten. Als watermoleculen via de bladeren verdampen nemen de ‘buur’-moleculen door de intermoleculaire krachten hun plek in. Er ontstaat een onderdruk waardoor deze moleculen als het ware een stukje omhoog worden gezogen. Omdat watermoleculen stevig aan elkaar plakken, wordt al het water in de leiding een stukje omhooggetrokken. De watermoleculen vormen als het ware een touw dat door de transpiratie de boom wordt uitgetrokken. De wortels van een boom zorgen ervoor dat aan de onderkant nieuwe watermoleculen aan het ‘watertouw geknoopt’ worden door water uit de grond te halen. Kortom: trees suck.

Als het waterleidingsysteem eenmaal in werking is, kost het de boom verder nagenoeg geen energie om water te transporteren. Het water verdampt immers ‘gratis’. Sommige bomen kunnen op een hete dag wel 1.000 liter water transporteren.

Er wordt driftig gewerkt aan op bomen en andere planten gebaseerde transpiratiepompen. Hierbij gebruikt men materialen met kleine poriën, bijvoorbeeld keramiek, en een hittebron. Ook wordt gewerkt met gespecialiseerd technisch textiel. Voordelen van deze pompen zijn de eenvoudige constructie en het ontbreken van bewegende delen die kunnen slijten.

Hoewel transpiratiepompen de 100 meter van bomen nog niet halen, is dat ook niet altijd nodig en kunnen onder andere worden ingezet voor koeling, drainage en bewatering. Omdat een conventionele pomp niet gemakkelijk te verkleinen is voor gebruik in kleine apparaten, zoals gassensoren, wordt juist voor kleine micropompen inspiratie gehaald uit het ingenieuze systeem van grote woudreuzen.

Ook leuk om te weten naar aanleiding van de column:

De hoogte meten van een grote boom is niet eenvoudig en veel oude metingen zijn daarom soms wat overdreven. Bomen van 150 meter bestaan niet, maar wel van 115 meter. Een overzicht van de hoogste boomsoorten is op de WIB website te vinden. Volgens Monumentale bomen heet de hoogste boom ter wereld Hyperion en is maar liefst 115,72 meter hoog (blijkbaar heel nauwkeurig gemeten). De hoogste boom van Nederland staat in Apeldoorn wederom aldus Monumentale bomen en meet een dikke 50 meter.

De officiële benaming van het waterleidingsysteem van bomen is xyleem, zie bijvoorbeeld Wikipedia. Zie ook het item in Wikipedia over houtvaten.

Voor meer achtergrondinformatie over de werking van het watertransport is het handig om de volgende begrippen te kennen: waterstofbrug, cohesie, adhesie en oppervlaktespanning.

De theorie over de transpiratiepomp van bomen heet officieel het Transpiration-Cohesion-Tension Model. Deze video geeft hier meer uitleg over. Ook deze website geeft geanimeerde uitleg over het model.


Foto: Michel van Elk, Trouw

Gepubliceerd in dagblad Trouw op 16 oktober 2015

Ylva Poelman alias De Bionische Vrouw
E: info@bionicacentrum.nl
T: 06 - 22 79 71 84