Из почвы в небо: исследователи оценили количество энергии, которую растения тратят на подъем воды в глобальном масштабе

Каждый день около одного квадриллиона галлонов воды бесшумно перекачивается из земли к вершинам деревьев. Растительный мир Земли совершает этот ошеломляющий подвиг, используя только солнечный свет. На подъем всей этой жидкости требуется энергия, но вопрос о том, сколько именно, оставался открытым до этого года.

Исследователи из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре впервые рассчитали огромное количество энергии, которую растения используют для перемещения воды через свою ксилему из почвы в листья. Они обнаружили, что в среднем это дополнительные 14% от энергии, которую растения получают в процессе фотосинтеза. В глобальном масштабе это сопоставимо с выработкой всей мировой гидроэнергетики. Их исследование, опубликованное в Journal of Geophysical Research: Biogeosciences, стало первым, оценившим энергозатраты на подъем воды к кронам как для отдельных растений, так и для всей планеты.

Эта энергия является дополнительной к той, что растение производит при фотосинтезе. Для фотосинтеза нужны углекислый газ, свет и вода. CO₂ широко доступен в воздухе, но два других компонента представляют проблему: свет приходит сверху, а вода — снизу. Поэтому растениям необходимо поднимать воду (иногда на значительное расстояние) туда, где есть свет.

В отличие от животных, сосудистая система растений открыта и работает пассивно. Солнечный свет испаряет воду, которая выходит через поры в листьях. Это создает отрицательное давление, подтягивающее воду снизу. Ученые называют этот процесс транспирацией. По сути, это еще один способ, с помощью которого растения улавливают энергию солнечного света.

Команда объединила глобальную базу данных о проводимости растений с математическими моделями подъема сока, чтобы оценить, сколько энергии мировая флора тратит на перекачку воды. Они выяснили, что леса Земли потребляют около 9,4 петаватт-часов в год. На борьбу с гравитацией, как ни удивительно, приходится лишь крошечная часть этой суммы. Основная доля энергии уходит на преодоление сопротивления собственного стебля растения.

«Тот факт, что существует глобальный энергетический поток такой величины, который мы не оценивали, слегка ошеломляет, — сказал ведущий автор Грегори Кетен. — Кажется, это концепция, которая прошла между стульев». Авторы объясняют, что только за последнее десятилетие ученые собрали достаточно данных об использовании воды и сопротивлении ксилемы, чтобы начать оценивать энергию транспирации в глобальных масштабах.