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Aveces las preguntas mas simples tienen las respuestas mas asombrosas.
Como, que tan alto puede llegar a ser un arbol? Es una pregunta que parece
que no necesitara una respuesta.
Los arboles solo son altos. Algunos sobrepasan los 100 metros.
Por que debe haber una altura limite?
Te dire porque. Los arboles necesitan transportar agua desde sus raices hasta el punto mas alto
de sus raices para sobrevivir. Y eso no es algo trivial.
Hay una altura limite en que el agua puede ser succionada atravez de un tubo - Es 10 metros.
Si succionas un sorbete largo y vertical, El agua no ira mas arriba que 10 metros. En
este punto va a haber el vacio perfecto en el tope del sorberte y el agua va a
comenzar a hervir espontaneamente. Un arbol para hacer que el agua suba a mas de 100 metros tendria que crear
una presion diferencial a 10 atmosferas.
Como harían eso los árboles?
Cuando puse este enigma, bastantes personas dijeron que la respuesta es transpiración. Eso es
cuando el agua se evapora de la hoja, haciendo que las moleculas de agua suban. Ahora eso
es claramente una mecanica que los árboles pueden usar para crear succion, pero eso no nos ayuda a superar
este limite de 10 metros. La presión mas baja que puede haber es un vacio puro,
que me imagino no va a pasar dentro de las hojas de un árbol, verdad?
Verdad, Hank. Entonces tu talvez sospechas que un árbol no tienen tubos continuos parecidos a los sorbetes
Los árboles efectivamente tienen valvulas. Entonces no necesitan una columna de agua
Este gran tubo que tu esta deciendo necesita estar lleno de agua y en realidad este hecho de células.
Aunque estas sean buenas especulaciones, no estan en lo correcto.
Los cientificos que estudian los árboles encontraron que los tubos de xilema que transportan el agua contienen
columnas de agua continuas. Entonces, de que otra forma podrian los árboles transportar agua desde sus raices hasta sus ramas?
No succionan, no usan la aspiracion del vacio.
OK, entonces como lo hacen?
Esprimiendo como la ubre de una vaca hacia arriba. Tienen pequenos musculos de árbol.
Si. Aparte de ser un gran desperdicio de energia, todas
las celulas que crean los tubos de xilema estan muertas.
Que hay de la presión osmótica? Si hay más soluto en las raíces que en la tierra a los
alrededores, el agua empujaria hacia arriba a los arboles. Pero algunos árboles viven en manglares, donde el agua
es tan salada que la presión osmótica actua en la otra direccion haciendo que los arboles
necesiten presión adicional para succionar el agua hacia el árbol.
Entonces debe ser la accion capilar. Mientras mas fino el tubo mas alto puede ir el agua.
Pero los tubos en los árboles son muy amplios - son de 20 a 200 micrometros en diametro, el
agua deberia subir a menos de un metro.
Entonces, como lo hacen los árboles?
Bueno, una de las suposiciones que hicimos esta mal: La presión mas baja a la que puede llevar es el vacío puro.
El vacío puro, El vacío puro.
En un gas, esto es verdad. Cuando eliminas todas las moleculas de gas la presión es
cero y tienes el vacío perfecto.
Pero en un liquido, tu puedes tener menos que presión 0 y en realidad tener presiónes negativas. En un
solido, podriamos pensar en esto como tension. Esto significan que las moleculas estan alando
la una a la otra en sus alrededores.
Mientras que el agua se evapora por los poros de la pared celular, estos crean inmensas presiónes negativas
presiónes de -15 atmosferas en un árbol promedio. Piensa sobre la interface del aire y el agua
en los poros. Hay una atmosfera de presión empujando de un lado y 15 atmosferas negativas
succionando del otro lado. Entonces, por qué el menisco no se rompe? Porque los poros son
minúsculos, solo de 2 a 5 nanometros en diametro. A esta escala, la alta tension del agua asergura
que el limite de aire y agua puedan soportar presiónes inmensas sin ceder.
A medida que nos movemos hacia abajo en el arbol, la presión va aumentando, hasta cierta presion atmosferica en las raices. Para que podamos
tener una gran diferencia de presiones entre la parte superior y la parte inferior del arbol porque la presion
en la parte superior es tan negativa.
Pero espera, si la presion cerca de la superficie es menos 15 atmosferas,
no deberia el agua comenzar a hervir?
Si. Si deberia.
Pero cambiar de estado de liquido a gaseoso requiero de energia de activacion. Y eso puede venir en
forma de un sitio de nucleacion como una minuscula burbuja de aire. Por eso es muy importante que
los tubos de xilema no contengan ninguna burbuja de aire, y pueden hacer esto porque a diferencia de un sorbete, ellos
han estado llenos de aire desde el comiezo. De esta forma, el agua se mantiene en el estado de un
liquido metaestable cuando en realidad deberia estar hirviendo.
Es como el agua superfria que se mantiene liquido cuando en realidad deberia ser hielo. Entonces podriamos
decir que el agua en un arbol es supersuccionado porque se mantiene liquido en
preciones tan negativas.
Y por que los estan moviendo toda esa agua hasta arriba del arbol? Quiero que adivines,
dilo en alto. Para fotosíntesis?
En realidad, no. Menos del 1% de agua es usado para reacciones fotosinteticas. Alguna
otra idea? Ok que tal para su crecimiento? Bueno el 5% del agua
es usada para crear nuevas celulas. Pero entonces que pasa con el otro 95%
del agua? Solo se evapora.
Por cada molecula de dioxido de carbono que el arbol toma, pierde cientos de moleculas
de agua.
Woah.
Puedes creer lo asombroso que es esto? Los arboles crean presiones de decenas de
atmosferas, mediante la evaporacion de agua por poros minusculos, succionando agua mas alla de 100m, en
un estado donde deberia estar hirviendo pero no puede porque sus perfectos tubos de xilema no contienen
burbujas de aire, solo para que la mayoria de esta se pueda evaporar en el proceso de absorcion
de un poco de moleculas de dioxido de carbono.
Nunca vere a los arboles de igual manera.
Quisiera agradecerles a Hank, Henry y al Profesor Poliakoff por poner
sus hipotesis en camara. Esta es una parte esencial en el proceso cientifico incluso si
hipotesis es erronea. Como Einstein dijo, "una persona que nunca cometio
un error nunca intento hacer nada nuevo." Siempre me habia preguntado como se sentiria
estar de este lado en un video de Veritasium.
Ahora, estaria sorprendido que no esten subscritos a estas personas pero si no lo estan
haz click en estas anotaciones y chequea sus canales. Talvez aprendas algo.
Tambien quisiera agradecerle al Profesor John Sperry de la Universidad de Utah. El me camino
por todo esto en una conversacion de una hora por Skype, por eso voy a poner un link de
su pagina web en la descripcion del video. Estamos viendo presiones mas bajar que la atmosferica,
verdad? Si estas en lo correcto. Mas abajo que la atmosferica. Esto es presion de
un liquido no presion de un gas. Es un error comun que "oh, no tu puedes tener, tu sabes,
presiones negativas porque no queda ninguna molecula. Tu sabes, la definicion de
vacio puro es cero moleculas. Eso es en gases, ok?. Entonces solo para ser claro...
Creo que esto es uno de mis mayores problemas en entenderlo.
Este video hubiera sido imposible sin CGP Grey. Cuando le dije en Londres
sobre esta idea... Senti como que 'pssshhh mi mente exploto con
con todo esto' Me dijo que iba a ser muy dificil
de explicar y cuando el dice que algo va a ser dificil de explicar es porque va a ser muy complicado. Asi que
gracias a todos por su colaboracion en este script.
Y gracias a todos por ver este video. Hacer este video fue toda una odisea para mi asi que gracias
por acompanarme en esta aventura. En serio aprecio todos sus comentarios y si no estas subscrito
a este canal todavia, puedes hacer click en la anotacion o hacerle click en el link de la descripcion
y acompanarme en mi proxima aventura cientifica.
Yo hice un video prometiendo hacer un video con la respuesta a esto. Propuse este problema
hace un par de meses, diciendo como que "subscribete a este canal y te dare la respuesta
la proxima semana." Jajaja Oh, las mentiras.
Conducelo en la frecuencia correcta. Oh
SI!! El exito es tenebroso.