Задача 104. Заморозки на почве

Пётр Маковецкий. Смотри в корень! Сборник любопытных задач и вопросов

А.

В октябре случается, что выпадет снег и день-два устойчиво держится мороз в 1...2°C. Тем не менее, когда снова наступает потепление, многие растения оказываются живыми, зеленеющими и даже цветущими. Как им удается устоять? Ведь они не менее чем на 80% состоят из воды, а вода замерзает при 0°C. За двое суток они могли промерзнуть насквозь, и кристаллики льда, имеющие больший объем, чем вода, должны были бы разорвать ткани растения изнутри.

Б.

– Ну, это уже ботаника, а мы специалисты по точным наукам – математике и физике. Может быть, это «теплокровные» растения. Откуда нам знать тонкости биологии?

Мы не требуем от вас этих тонкостей. Достаточно, если вы перечислите физические причины морозостойкости растения. Попробуйте заморозить, хотя бы мысленно, выжатую из растения «воду».

В.

Первая и самая естественная физическая причина: растение заполнено не водой, а тем или иным физиологическим раствором. Любой из водных растворов замерзает при температуре ниже той, при которой замерзает чистая вода. Так, например, 3%-ный раствор щавелевой кислоты замерзает при –0,8°C, 13%-ный раствор сахара – при –0,9°C и т.д., а смеси разных растворов – при еще более низких температурах.

Можно назвать еще несколько чисто физических причин. Пока растение не замерзло, в нем продолжается подъем растворов по капиллярам (хотя и очень медленно из-за слабого испарения вблизи точки замерзания). При этом температура соков, исходящих от подземной части растения, намного выше нуля. Кроме того, многие растения покрыты волосками, в которых задерживается движение воздуха. В результате создается неподвижный слой воздуха, являющегося хорошим изолятором (шуба, хотя и очень тонкая).

Иногда высказывается мнение, что некоторые растения (подснежники) предохраняет от замерзания высокое давление сока в клетках (Вильчек Лех. Красочные встречи.– Варшава, 1965). Этот вопрос недостаточно изучен. Известно, что с повышением давления температура замерзания воды понижается. Но чтобы понизить ее хотя бы на 1°C, необходимо увеличение давления более чем на 100 атм. Следовательно, этот фактор не может быть решающим.

Все написанное относилось к однолетним растениям, которым при наступлении более серьезных морозов суждено все-таки погибнуть.

Многолетние растения (деревья, кустарники) переносят сильные морозы и вновь зеленеют весной. Для этого чисто физических средств уже недостаточно. Оказывается, эти растения осенью проводят целый комплекс физико-физиологических мероприятий по подготовке к зиме. Прежде всего, они сбрасывают то, что менее морозоустойчиво – листья, предварительно переведя из них основные ценности в ствол. Далее, многие растения осенью интенсивно накапливают сахар, понижая этим точку замерзания раствора. Но самым главным, пожалуй, является то, что клетки растения обезвоживаются: вода уходит из клеток в межклеточные пустоты, и лед внутри клетки почти не образуется.

Любопытно, что при быстром замораживании некоторые растения (смородина и др.) выдержали температуры, близкие к абсолютному нулю, потому что при этом образуется иная разновидность льда, отличающаяся от обычной тем, что она тяжелее воды, т.е. замерзание приводит не к расширению, а к сжатию, при этом кристаллики льда клеток не разрушают.

• Задача 105. Олимпийские правила

• Оглавление

Дата публикации:

14 июля 2006 года