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Por vezes as perguntas mais simples têm as respostas mais surpreendentes
Como é que as árvores podem ser tão altas? Por exemplo.
É uma questão que parece nem precisar de resposta.
As árvores são simplesmente altas. Algumas têm mais de 100 metros.
Porque haveria de haver um limite de altura?
Eu digo-lhe porquê. As árvores precisam de tranportar água das raízes até aos seus
ramos mais altos para sobreviver. E isso não é uma tarefa fácil.
Existe um limite à altura que a água pode subir quando sugada por um tubo - são 10 metros.
Se chupar por uma longa palhinha vertical, a água não subirá mais de 10 metros.
Neste ponto haverá um vácuo perfeito no topo da palhinha e a água
ferverá espontaneamente Para uma árvore elevar água a 100 metros de altura, ela teria que
formar um diferencial de pressão de 10 atmosferas.
Como poderiam as árvores fazer isso?
Quando coloquei esta questão, muitas pessoas disseram que a resposta está na transpiração. Quando
a água evapora através da folha, puxando atrás de si as moléculas de água. Esse é
claramente um mecanismo que a árvore pode usar para criar sucção, mas não nos ajuda a ultrapassar este
limite de 10 metros. O mais baixo que a pressão pode atingir é o vácuo puro
que, imagino, não é o que acontece dentro das folhas da árvore, certo?
Certo, Hank. Então você deve calcular que uma árvore não tem canais contínuos tipo palhinha.
A árvore efectivamente contém válvulas. Por isso não tem uma coluna de água.
Este grande tubo que dizes tem que estar cheio de água, na realidade é formado por células.
Embora estas sejam boas especulações, elas na realidade estão incorrectas.
Os cientistas que estudam as árvores descubriram que os canais do xilema que transportam a água contêm de facto uma
coluna de água. Então de que forma é que as árvores transportam a água das raízes até às folhas?
Elas não chupam, não usam um vácuo.
OK, então como é que elas fazem?
Espremendo como o úbere de uma vaca até lá acima. Tem pequenos músculos de árvore.
Sim. Para além de ser um enorme desperdício de energia,
todas as células que formam os canais do xilema estão mortas.
Então e a pressão osmótica? Se há mais soluto nas raízes que no solo ao seu redor
a água deve ser empurrada pela árvore acima. Mas algumas árvores vivem em mangais, onde a água
é tão salgada que a pressão osmótica actua na direcção contrária, de tal forma que a árvore
precisa de pressão adicional para absorver a água para dentro da árvore.
Então deve ser por capilaridade. Quanto mais fino o canal, mais alto a água sobe.
Mas os canais na árvore são demasiado largos - com 20 a 200 micrómetros de diâmetro, a água
subiria cerca de um metro.
Então como é que as árvores fazem?
Bem, uma das suposições que fizémos está errada: O mais baixo que a pressão pode descer é o puro vácuo
puro vácuo puro vácuo
Num gás, isto é verdade. Quando eliminamos todas as moléculas de gás, a pressão é
zero e assim temos um puro vácuo.
Mas num líquido, a pressão pode descer abaixo de 0 atingindo valores negativos. Num sólido,
nós pensamos nisto como tensão. Isto significa que as moléculas estão a puxar-se
umas às outras e ao seu meio envolvente.
À medida que a água evapora através dos poros da parede celular, cria uma imensa pressão negativa
de -15 atmosferas numa árvore de porte médio. Pense na interface ar-água
ao nível do poro. Existe uma atmosfera de pressão a empurrar e 15 atmosferas
de sucção no outro lado. Então porque é que o menisco não quebra? Porque os poros
são minúsculos, apenas 2 a 5 namómetros de diâmetro. Nesta escala, a grande tensão superficial da água
faz com que a fronteira ar-água possa aguentar enormes pressões sem colapsar.
À medida que descemos na árvore, a pressão aumenta, até à pressão atmosférica ao nível das raízes.
Assim podemos ter uma grande diferença de pressão entre a parte superior e a parte inferior da árvore
porque a pressão no topo é tão negativa.
Mas espera aí, se a pressão próximo do topo é de 15 atmosferas negativas,
a água não devia ferver?
Sim. Devia sim.
Mas a mudança de fase de líquido para gás requer energia de activação. Essa energia pode
surgir na forma de um ponto de nucleação como uma pequena bolha de ar. Por isso é tão
importante que os canais estejam livres de bolhas de ar, e conseguem isso porque, ao contrário de uma palhinha,
foram preenchidos com água desde o início. Desta forma, a água permanece no estado
meta-estável quando devia estar a ferver.
É como a água sobrearrefecida permance líquida quando devia estar congelada. Assim, podemos
dizer que a água numa árvore está sobresugada porque permanece líquida
com pressões tão negativas.
E porque é que as árvores movimentam toda essa água para a copa? Eu quero que dê um palpite,
diga alto. Para a fotossíntese?
De facto, não. As reacções fotossintéticas utilizam menos de 1% da água.
Mais alguma ideia? Então e o crescimento? Bem, 5% da água
é usada para formar novas células. Bom, então o que acontece ao restante 95%
da água? Simplesmente evapora.
Por cada molécula de dióxido de carbono que a árvore absorve, perde centenas
de moléculas de água
Consegue acreditar nisto? As árvores criam enormes pressões negativas de dezenas de
atmosferas, evaporando água através de poros nanométricos, chupando água até 100m,
um estado em que deveria ferver mas não ferve porque os perfeitos tubos de xilema
não contêm nenhuma bolha de ar, só para que a maior parte da água possa evaporar para
absorver algumas moléculas de água.
Eu nunca mais vou olhar para uma árvore da mesma forma.
Eu quero mandar um enorme agradecimento ao Hank, Henry e ao Professor Poliakoff por fazerem
estas hipóteses para a câmara. Esta é uma parte essencial do processo científico mesmo que
essa hipótese se revele errada. Como disse Einstein, "Uma pessoa que nunca errou
nunca tentou nada de novo." Sempre me perguntei como seria estar
deste lado de um vídeo do Veritasium.
Agora, eu ficaria surpreendido se me disser que ainda não subscreveu os canais destes tipos,
mas se ainda não o fez, clique nestas anotações e dê uma vista de olhos nos canais deles. É possível que aprenda alguma coisa.
Gostava também de agradecer ao Professor John Sperry da Universidade do Utah. Ele guiou-me
através de tudo isto durante uma hora de conversa pelo skype por isso vou colocar
um link para o seu website na descrição. Estamos aqui a olhar para pressões abaixo da
pressão atmosférica, certo? Certo. Abaixo da pressão atmosferica. Isto é
pressão líquida, não pressão gasosa. É um equívoco comum que - Ah não podes ter uma pressão
negativa porque já não restam moléculas. Sabes, a definição de puro vácuo é zero moléculas.
Isso é para um gás, ok. Só para clarificar...
Acho que este foi um dos meus grandes problemas para perceber isto.
Este vídeo não teria sido possível sem o CGP grey. Quando em Londres eu lhe falei desta ideia...
E eu senti como 'pssshhh o meu cérebro explodiu com tudo isto'
Ele disse que iris ser muito difícil explicar equando ele diz que é difícil de explicar
tu sabes que vai ser mesmo duro.
Por isso muito obrigado a todos pelo vosso contributo para o guião deste vídeo.
E muito obrigado a si por estar a ver. Fazer este vídeo foi uma verdadeira odisseia, por isso obrigado
por se juntar a mim nesta viajem. Eu aprecio bastante os vossos comentários e se ainda não
subscreveu o canal pode clicar na anotação ou no link acima e junte-se a mim
na minha próxima aventura científica.
Eu fiz um vídeo a prometer fazer um vídeo sobre a resposta para isto. Coloquei o problema há
cerca de dois meses, e disse algo tipo "subscreva o canal e eu dou-lhe a resposta na próxima semana."
Hahaha Oh, as mentiras.
Vamos movê-lo na frequêmcia certa. Oh
Sim!! O sucesso é assustador.