Осадочные слои Земли пронизаны капиллярами. В их порах и капиллярах сосредоточены запасы нефти и газа. На богатой капиллярами почве произрастают растения, капиллярная система которых используется для снабжения их почвенной водой. Тела животных Земли содержат кровеносные сосуды и капилляры, определяющие их жизнеспособность и многие их болезни. Экспериментально установлено, что капилляры растений и кровеносные сосуды животных электрически заряжены, протекающие в них жидкие среды – почвенная вода и плазма крови представляют собой растворы различных минералов. Следовательно, в них соблюдаются условия для проявления энергетически выгодного для них эффекта сверхтекучести, которая определяет низкое, по сравнению с ординарными, значениями, гидравлическое сопротивление для транспорта по ним растворов и суспензий. В данной статье потоки жизнеобеспечения рассмотрены с позиции физико-химической механики.

Введение

Первоначально наше исследование было запланировано как вполне тривиальное и прикладное. Необходимо было оптимизировать методику тампонирования водоносных пластов нефтяных месторождений и определить эффективность для этой цели промышленных полимерных композиций.  Работы этого направления ведутся с давних пор и продолжаются в наше время. Опыты обычно производят с вырезанными из пластов горных пород геологическими кернами значительного объема, доставка которых в лабораторию и работа с ними затруднительны. Возникла идея провести модельные исследования на пористых мембранах, формируемых из измельченных порошков. Тем самым ускорить и облегчить выполнение поставленной задачи.  Поскольку кварцевый песок составляет основу многих осадочных водо- и нефтеносных пластов Западной Сибири, в качестве моделей осадочных нефтеносных пород были использованы уплотненные слои (пористые мембраны) измельченного в лабораторной мельнице кварцевого песка. Дисперсность и пористость осадочной породы моделировали степенью измельчения (дисперсности) порошков. Порошки уплотняли в специально предназначенных для таких исследований цилиндрических кюветах с перфорированным дном и трубками для подвода и отвода   исследуемого раствора. В этих опытах было однозначно установлено явление сверхтекучести слабых водных растворов в пористых мембранах. По данным опытов их вязкость оказалась в несколько раз меньше их вязкости, измеряемой стандартными вискозиметрами. Вязкость таких слабых растворов в обычных условиях не отличается от вязкости воды.

Обнаруженное явление представлялось столь необычным и значительным, что особое внимание было уделено доказательству корректности использованной методики измерений и аппаратуры. Затем был подробно исследован механизм явления и его особенности, а  также  рассмотрены вероятные проявления сверхтекучести в природе окружающего мира и в технологии. Разумеется, первоначальная задача работы была выполнена, но отошла к разряду второстепенных.

Сверхтекучесть потоков жидкостей и суспензий в пористых телах является столь выгодным по экономии энергии, что представляется очевидным ее использование растениями и животными в их жизнедеятельности. Поскольку все живые существа состоят из капиллярно-пористых структур, наполненных растворами и суспензиями, вполне логична гипотеза о практическом использовании ими «сверхтекучести» в процессах   жизнедеятельности. Живые существа –   растения и животные - вряд ли могли «пройти мимо» этого энергетически выгодного для них явления.  Согласно принципу наименьшего действия, за миллионы лет эволюции (по Дарвину) они не могли им не воспользоваться (возможно, что уже изначально «сверхтекучесть» была присуща примитивными организмами).

Исследования явления сверхтекучести растворов в пористых мембранах опубликованы [1 – 3], и в повторном их изложении в данной работе нет необходимости.

Часть первая

Физико-химическая механика обеспечения растений водой, водородом и углекислым газом

Парадоксы жизнедеятельности деревьев и других растений были сформулированы в экспериментальных исследованиях ботаников [4 – 11]. Здесь детализована сущность перечисленных проблем с позиции элементарной физикохимии и механики:

1. Некоторые деревья вырастают до высоты 100 – 120м. Обычные деревья средней полосы вырастают до высоты 20 – 60 м. Деревья поднимают на такую высоту в сутки тонны почвенной воды. В этом процессе энергия затрачивается на преодоление не только силы тяжести, но, в основном, на преодоление гидравлического сопротивления капилляров ксилемы деревьев. В публикациях по данной тематике возможность транспортирования почвенной воды со значительной скоростью по капиллярам столь малого, как в ксилеме дерева, сечения не сопровождается физическим обоснованием. 

2. Деревья и другие растения умеренного климата поглощают очень большое (с позиции целесообразности – принципа наименьшего действия) количество почвенной воды.  При этом только 2% воды, перекачиваемой на высоту в десятки метров, деревья используют для синтеза органических соединений и питательных растворов. Остальная вода испаряется, целевое ее назначение в жизнедеятельности растений остается проблематичным. Убедительного и достоверно доказанного или логического обоснованного целесообразности этого явления нет. 

  3. Для производства органических веществ (в процессе фотосинтеза) растения   поглощают из воздуха (а водоросли – из воды) углекислый газ (СО₂). Его содержание в воздухе составляет примерно 0.03% объемных. Для обеспечения синтеза ежесуточной порции органического вещества (продуктивность растения) необходимы сотни грамм углерода. Чтобы его извлечь из содержащегося в воздухе СО₂ необходимо профильтровать через листья сотни и тысячи кубометров воздуха ежесуточно. Растения с этим справляются, но механизм этого процесса неизвестен.

4. Доказано изотопным анализом: растения используют в процессах фотосинтеза водород и выделяют в атмосферу кислород, получаемые при диссоциации только молекул воды, а не из углекислого газа. Между тем, в спектре поглощаемой растениями световой энергии нет квантов, энергии которых было бы достаточно для диссоциации молекул воды. Каталитические (ферментативные) процессы, в принципе, не могут понизить энергию разрыва межатомной связи в ее молекуле. Можно только уменьшить энергию активации (принцип катализа). Известна гипотеза о диссоциации воды в «фото системе два». Согласно этой гипотезе два кванта, запасенные в молекуле фермента, действуют на молекулу воды синхронно. Эта гипотеза не подтверждена экспериментальными исследованиями. Имеются лишь косвенные данные для построения схемы такого процесса. В противовес этому: водоросли и произрастающие в тени растения лишены высокоэнергичной световой энергии. Тем не менее, в них происходят процессы синтеза органических соединений, сопровождаемые выделением кислорода воды.

Решение перечисленных четырех парадоксов из жизни растений стало возможным на основе включения в происходящие в них процессы явления «сверхтекучести» и сопутствующих явлений.

 Как известно, почвенная вода представляет собой слабый водный раствор гуминовых кислот и минеральных солей.  Она поступает в растения по капиллярам ксилемы, внутренняя поверхность которых (как у всего живого) электрически заряжена. Следовательно, необходимые условия для проявления эффекта «сверхтекучести» в растениях выполнены.   Оказалось, что сверхтекучесть с сопутствующими ей явлениями устраняет не только энергетический парадокс поступления почвенной воды в крону высоких деревьев, но решает и другие отмеченные здесь и другие физико-химические парадоксы из жизни растений.

Было удивительным и неожиданным, что проблемы жизнедеятельности растения решают методами, которые не изучает органическая химия, но свойственны физикохимической механике и даже технике и технологии. 

           Механизм доставки почвенной воды от корней к листве растений более века занимает внимание ботаников и биологов. Экспериментально измерены скорости движения воды по капиллярам деревьев разных пород, изучена структура ксилемы, флоэмы и камбия. Изучено строение стенок водопроводящих капилляров и приведены данные об их диаметре и объеме в древесине. Практически во всех публикациях отмечены необычайно высокая скорость течения воды по капиллярам (трахеитам) ксилемы и большая высота ее подъема – деревья ряда пород достигают высоты 100 – 120 м [4– 11]. То и другое описывается как парадоксы с позиции   современных представлений о физикохимии этих процессов.

           Рассмотрены также возможные гипотетические  механизмы поступления почвенной воды от корней к кроне деревьев и по измеренным  значениям ее вязкости.   рассчитаны необходимые для этого давления. Утверждают, например, что движение воды по капиллярам ксилемы  обусловлено  адгезией и когезией, а также осмотическим давлением в живых клетках корней и листве и даже кавитацией. При внимательном анализе эти гипотезы [4–9] оказались несостоятельными и в научном отношении необоснованными [10,11].

          Адгезия определяет смачивание капилляров водой, а когезия (межмолекулярные в ней связи) – ее поверхностную энергию и вязкость. Силы адгезии направлены перпендикулярно потоку воды и, следовательно, не могут воздействовать на его скорость. Адгезия и когезия в совокупности составляют основу капиллярных явлений. Высота подъема воды  в капиллярах  определяется их диаметром и зависит  от  значения  энергии их смачивания (адгезии) жидкостью (водой) и поверхностной энергии воды (когезия). При полном смачивании высоту столбика воды в капилляре определяют по формуле Жюрена. Этим аспектом капиллярных явлений роль адгезии и когезии в водном режиме растений исчерпана.

          Корневое давление, которое приписывают  осмосу,  будь оно хотя бы заметным для транспорта воды, можно было бы обнаружить по выделению воды из пня свежеспиленного дерева, когда корни еще живы (корни живы и через год после спиливания дерева). Вода из таких пней должна бы фонтанировать или, по крайней мере, обильно сочиться. Этого не происходит.

          Возникающее вследствие пополнения корневых клеток продуктами фотосинтеза  осмотическое давление в клетках корней увеличивает поступление в них почвенной воды (концентрация растворимых веществ в плазме клеток выше, чем в почвенной воде). В нормальных условиях осмотическое давление в клетках корней уравновешено упругостью клеточных мембран (внешних оболочек клеток).

          Возникающее вследствие фотосинтеза органических соединений осмотическое давление в клетках листьев, как и в клетках корней, также  практически уравновешено упругостью их внешних мембран. Осмотическое давление направляет воду внутрь клеток и не оказывает прямого действия на скорость течения испаряемой растениями  воды, поступающей  из почвы по капиллярам ксилемы. Как и капиллярные силы смачивания, осмотическое давление определяет только равновесное состояние системы, а не кинетику или динамику течения почвенной воды по капиллярам ксилемы.

          Действием осмотического давления в клетках листьев синтезированные в них органические соединения перекачиваются по клеткам флоэмы в плоды и семена, питают клетки корней и запасаются в клетках различных частей растения. В основном к этому сводится действие осмотического давления на потоки растворов питательных веществ в растениях. Факт выделения  растительных соков из стволов деревьев в ряде публикации рассматривают  как   доказательство высоких давлений в ксилеме. Однако растительные соки – продукт жизнедеятельности  листьев, содержат сахара и другие органические соединения, которых нет в почвенной воде. Стекают они по флоэме сверху вниз. 

Солнечное излучение является единственным поставщиком энергии для всего процесса жизнедеятельности деревьев (но не всех растений) и, в частности, для движения в них воды.  Другими «двигателями» деревья не располагают. Вода не может подниматься на многометровую высоту под действием относительно ничтожно малого перепада давлений, возникающего вследствие ее испарения. Другие обсуждаемые в публикациях  механизмы подъема почвенной воды, как показано выше, также оказались несостоятельными. 

 Эту ситуацию очень образно сформулировал автор одной из статей по данной тематике: «Согласно  законам физики процесс доставки воды к кронам  высоких деревьев невозможен. Значит, вода поднимается к вершинам деревьев по воле Аллаха» [выписка из сообщения в интернете; это не шутка  и не преувеличение, так написано]. Но в законах природы (в данном конкретном случае – в законах физикохимической механики), нет места иррациональности. Необходимо  было выяснить физический механизм  этого  жизненно важного процесса. Вот факты:

Измеренные по снимкам электронной и оптической микроскопии диаметры водопроводящих капилляров ксилемы лиственных деревьев в среднем близки 14,5±0,24 мкм, а хвойных 11,1±0,01 мкм [9] (по другим данным [8,11] 5 –7 мкм). Соответственно обусловленная смачиванием высота равновесного столбика воды в них по формуле Жюрена составляет приблизительно 2 – 3 м. Следовательно, смачивание стенок капилляров водой не решает проблему доставки воды к кроне дерева, какой бы конфигурации они ни были. 

Согласно экспериментам  обычное дерево, например,  клен   (высота λ ≈ 20м) поглощает ≈ 2 тонны воды в сутки. Если принять, что в световых сутках 15 световых часов 5.4·10⁴ с, объемная скорость движения воды 3.7·10^-5 м³/с.  Средняя величина диаметра капилляров лиственных деревьев: 14.5·10^-6 м. Площадь сечения капилляра 1.65·10^-10 м². Площадь сечения ксилемы дерева принята равной 0.1 м², объем ксилемы дерева 0.1·20≈2 м³. Площадь поперечного сечения стенок капилляров принята равной площади сечения капилляров.  Суммарная площадь поперечного сечения капилляров 0.1/2=0.05 м². Число капилляров на площади сечения дерева: 0.1/2 1.65·10^-10 =3·10⁸. Объем капилляра: 1.65·10^-10 м² ·20м = 3.3·10^-9 м³. Объем воды во всех капиллярах дерева 1 м³. Линейная скорость движения воды 3.7·10^-5 м³/с /0.05м² =7.4·10^-4 м/с.  Попутно отметим, что высокая линейная скорость движения воды   свойственна не только клену. Измерены линейные скорости движения воды  в осине и березе – (2,8– 4)·10^-4  м/с, в яблоне – 3·10^-4м/с, в кукурузе – 1·10^-4 м/с.

 Для обеспечения наблюдаемой скорости движения воды в капиллярах дерева, если полагать капилляры прямолинейными и одинаковыми по сечению на всей их длине, согласно формуле Пуазейля необходим перепад давления равный   Qn^-1λ128µ(πd^-4)^-1   =   3.7·10^{-5 м3} с^-1 (3·10⁸)^-1 20м 128·10^-3 Па·с (3.14· 4.4· 0^-20м⁴)^-1  ≈ =2.3·10⁶ Па = 23ати. (Атмосферное давление  ≈ 10⁵Па ).  Фактически же капилляры ксилемы дерева по всей длине разделены тонкими поперечными перегородками с отверстиями значительно меньшего, чем диаметр капилляров, размера. Расстояние между перегородками примерно 0.2 – 0.3 м. Перегородки значительно повышают гидравлическое сопротивление ксилемы, но являются важнейшим конструктивным элементом, определяющим механизм подъема воды на высоту дерева. Чтобы преодолеть гидравлическое сопротивление капилляров ксилемы дерева высотой 20м (а бывают деревья высотой и до 100-120м), давление  воды с ординарной вязкостью в основании капилляра должно бы минимум в 22 раза превосходить атмосферное давление.(без учета влияния гидросопротивления поперечных перегородок) Или – чтобы  сила вязкого трения (вязкость почвенной воды – гидравлическое сопротивление капилляров) была меньше ее ординарного номинала  минимум в 23 раза. С учетом роли поперечных перегородок значительно больше.

Сила давления на воду в капилляре у корня дерева    2.3·10⁶ Па ·1.65·10^-10 м² = 3.8·10^-4 Па. Расчетная сила давления на воду на все дерево у корня   3.8·10^-4 ·3·10⁸ ≈ 11·10⁴ Па ≈ 104кгс. Прочность дерева на разрыв 10 МПа (справочник).  А если дерево высотой 100м, то давление на воду в дереве на уровне земли должно быть 22 МПа – вдвое (а с учетом гидравлического сопротивления капиллярных перегородок значительно больше) -  превышать прочность древесины. Такие чудовищно высокие давления воды невозможно обеспечить   никаким   известным ранее в научной литературе природным механизмом. И экспериментально они не обнаружены. 

Без учета явления сверхтекучести затрачиваемая на преодоление гидравлического сопротивления мощность «подъемника» воды в клене должна бы быть 11· 10⁴ ·7.2 ·10^-4 ≈ 80 ватт.  Работа перемещения воды в капиллярах ксилемы дерева от корней до вершины (20м), где давление нулевое (градиент давления по высоте дерева принят линейным) за сутки 0.5· 80 ·5.4·10⁴ ≈ 2.2·10⁶ дж, тогда как расчетная величина энергии, необходимой для подъема 2 тонн воды на высоту дерева 20м, в несколько раз меньше; 2·10³кг 20=4·10⁴кГм ≈ 4·10⁵Дж – в 5.5 раз меньше чем на преодоление гидравлического сопротивления капилляров.

Расчетная сверхтекучесть почвенной воды с растворенными в ней питательными веществами в капиллярах растений, внутренняя поверхность которых электрически заряжена, оказалась существенно выше сверхтекучести воды в изученных нами капиллярах порошковых мембран[3,17]. Анализ водного режима деревьев подтвердил данное предположение.

Механизм  подъема воды по ксилеме деревьев

Однако  одного только  снижения затрат энергии на движение воды по капиллярам ксилемы за счет сверхтекучести недостаточно для жизнедеятельности дерева. Дереву необходим механизм, который обеспечивает  движение (подъем) воды на всю его высоту. Как  отмечено выше, обсуждаемые  в ранее выполненных исследованиях такие силовые механизмы оказались несостоятельными. Следовательно, растения используют неизвестный по опубликованным данным эффект для продвижения воды от корней к вершине.

Из логического анализа следует, что таким единственно возможным в природных условиях механизмом является процесс газлифтинга, для которого газ вырабатывается в капиллярах дерева. Газлифтинг  давно известен технологам. С той же целью - для подъема жидкости - его применяют в ряде областей техники (в частности, при добыче нефти).  Согласно методике этого процесса чтобы поднимать воду в капиллярах ксилемы с необходимой скоростью объем образуемого в них  газа при атмосферном давлении должен быть не менее объема транспортируемой воды.

  Из наших опытов следует, что в процессе взаимодействия водного раствора с заряженными поверхностями вырабатывается гремучий газ  (экспериментально показано на минеральных моделях). Если внутренние стенки капилляров электрически заряжены (необходимое условие для осуществления сверхтекучести), растения решают одновременно и с наименьшими затратами две задачи - подъем воды и снабжение фторопластов водородом, используемым для синтеза органических материалов. При этом не утилизируемый растениями кислород  выделяется в атмосферу.

  Факт электрического (отрицательного) заряда на внутренних стенках капилляров установлен прямыми измерениями. Составляет он примерно 1 – 1,5 в [12-19]. Общеизвестно: электрические явления составляют непременный элемент   жизнедеятельности всех биологических объектов и согласно принципу наименьшего действия, это явление имеет свое утилитарное назначение.  Электрические слои образуются на границе  фаз  в клеточных мембранах и биологических капиллярных системах. 

Экспериментально в специально созданной установке  показано выделение водорода и кислорода из воды при обычных значениях ее рН. Разность потенциалов и межэлектродное расстояние были настолько малы, что  диссоциация молекул воды электрическим полем была  исключена. Такое слабое электрическое поле только разделяет ионы, образуемые в актах  диссоциации молекул воды в соответствии с Максвелловским распределением молекул по скоростям (за счет энергии  теплового поля  окружающей среды).

Вблизи отрицательно заряженной поверхности капилляров ионы водорода образуют молекулы водорода – газа Н₂, а в осевой области капилляров гидроксилы образуют сначала пероксид водорода Н₂О₂, который распадается на воду и кислород с образованием молекул кислорода О₂[18,19]. Достоверность этого механизма нуждается в дополнительных целенаправленных исследованиях. Возможны и другие варианты доставки кислорода к листьям, а затем – в атмосферу.

В капиллярах ксилемы деревьев образуется гремучий газ и молекулярный водород. Газ этот накапливается в созданных природой капиллярных камерах (под поперечными перегородками). Когда газа в камере накапливается достаточно много, и давление в пузырьке газа становится больше веса столбика запирающей его воды, он выталкивает вышерасположенный столбик воды по  направлению к вершине дерева. Происходит продвижение воды по капиллярам на всю высоту дерева. И в том же направлении движется, попадая в конце своего пути в листья, гремучий газ вместе с парами воды. 

Вода и воздух в листьях растений

Электрическая заряженность и техничное строение капилляров ксилемы дерева определяют механизм транспорта воды к его кроне. Этим, однако, загадки природы живых растений не исчерпываются. Остаются неизученными целесообразность (в ней нет сомнений) и механизм использования растениями большого количества почвенной воды и механизм извлечения из воздуха углекислого газа листьями и  хвоей.  Логично было искать взаимосвязь между большим количеством поглощаемой растениями воды и   объемом вовлекаемого в них для извлечения углекислого газа воздуха. Простое объяснение – «вода нужна для охлаждения листьев», лишено оснований (небольшая часть поступающей в листья воды используется в жизнедеятельности клеток листьев). Нет процессов в листьях, которые идут лучше с понижением температуры. В жарком климате растения поглощают меньше воды, чем в умеренном. Однако, продуктивность их выше.  В теплицах, где температура на несколько градусов выше температуры наружного воздуха развитие растений происходит интенсивнее и продуктивнее, чем вне теплиц. 

 Механизм вовлечения в листья растений больших объемов воздуха для извлечения из него углекислого газа (которого в воздухе содержится около 0,03% объемных)  изучен столь же слабо,  как и механизм  доставки  воды.  Из каждого кубометра воздуха в листьях может остаться только 0.3г углекислого газа. Не опубликованы разумные толкования механизма «продувки» через листья сотен и тысяч   кубометров воздуха с целью выделить из него необходимое для фотосинтеза органики относительно незначительное количество углекислого газа. Вопреки фактам, в качестве выхода из данного тупика, иногда полагают даже, что растения получают углерод не из углекислоты воздуха, а из почвы вместе с почвенной водой (доказано, что это не осуществляется).

Напрашивается простое решение проблемы - доставка больших объемов воды связана с прокачкой воздуха листьями растений. Испарение воды растения используют для вовлечения воздуха в листья. Известен только один механизм взаимосвязи испарения воды и вовлекаемого в листья воздуха – пароструйный насос. Единственно разумная гипотеза: листья снабжены миниатюрными пароструйными насосами, созданными природой и расположенными в сложной их структуре. Для  эффективной работы пароструйных насосов  растения вынуждены использовать большое количество воды.  Пары воды образуются в нагреваемых  солнечным теплом (или иными источниками тепловой энергии) слоях листьев,  проходят по узким щелям между хлоропластами и согласно эффекту Вентури вовлекают в них воздух. Затем пары воды вместе с  воздухом, из которого хлоропластами или другими структурными  биохимическими элементами листьев извлечена углекислота, выходят через устьица наружу.

В  схеме с пароструйными насосами становится понятной необходимость большого количества поглощаемой и испаряемой растениями воды. В средней полосе с умеренными температурами растениям  воды нужно больше, чем в жарком климате, где температура пара и его давление выше, воды нужно относительно меньше.

Дислокацию и детальное строение миниатюрных пароструйных насосов листьев нужно изучать специально специалистам-биофизикам. Опубликованные данные о строении листьев недостаточны для того, чтобы уверенно выделить в них элементы пароструйных насосов. Однако механизм засасывания  воздуха посредством пароструйных насосов   логически  обоснован анализом известных экспериментальных данных и однозначно  является реальным.

Примечание: вместе с воздухов в листву засасывается мельчайшая пыль и соли. Именно они могут служить источником минеральных компонентов для построения органической массы и содержать элементы, которых нет в почве.

Водород для фотосинтеза

Растениям для фотосинтеза необходим водород. Растения  решают эту проблему  в том же процессе, который они используют для транспортирования воды. Как и для осуществления сверхтекучести – для понижения гидравлического сопротивления растения   используют заряженность поверхности капилляров, в которых происходит  электролиз  диссоциированных тепловой энергией (по Максвеллу) молекул воды с образованием гремучего газа. Газ используется в процессе газлифтинга воды и поступает в листья. Из листьев кислород, в том же объеме что и объем поглощенного углекислого газа, выделятся в воздух (установлено экспериментально). Не отмечено выделение в воздух водорода - он используется в процессе фотосинтеза органики. Важно отметить, что кислород, выделяемый в воздух растениями, образован в результате диссоциации только молекул воды, а не углекислого газа. Диссоциацию молекул воды в капиллярах ксилемы дерева возможно осуществить только в процессе капиллярного ее электролиза.

Из равенства объемов поглощенного углекислого газа и выделяемого кислорода следует, что на  одну молекулу поглощенного углекислого газа приходится две молекулы водорода. Это соотношение зафиксировано в основном уравнении фотосинтеза: 6СО₂ +12Н₂О + hν → C₆ Н₁₂О₆+6Н₂О +6О₂; которое можно написать в виде: 6СО₂ +12Н₂ (+ 6О₂) + hν → C₆ Н₁₂О₆+6Н₂О (+6О₂). Кислород не используется в процессе синтеза и выделяется в воздух, что подтверждается экспериментально.

Поскольку кислород и водород выделяются из воды в процессе капиллярного электролиза, участие кислорода в реакции фотосинтеза является излишним. В этом варианте  согласно принципу наименьшего действия основную реакцию фотосинтеза можно записать в виде:  6СО₂ +12Н₂  + hν → C₆ Н₁₂О₆+6Н₂О 

Соотношение водород – кислород в   газе, образуемом в деревьях для газлифтинга, такое же, как в основном уравнении фотосинтеза, и поскольку весь выделяемый в воздух кислород является компонентом диссоциации воды, то образуемого водорода достаточно для реакций фотосинтеза. Иной источник водорода не требуется. Отпадает гипотеза о его образовании в «фото-системе два» по двух квантовой (физически неосуществимой) схеме.

Из простого расчета следует, что если для газлифтинга воды в дереве образуется примерно 2м³ газа (≈ 3 кг), то поскольку весь водород используется в процессе фотосинтеза, суточная продуктивность дерева составляет примерно 2 – 3 кг.  Соблюдается  согласованность  объема поглощения и испарения воды с усвоенным  СО₂ и суточной продуктивностью дерева. Углекислого газа листья усваивают ровно столько, сколько позволяет его ассимилировать выделенный в процессе капиллярного электролиза водород. По тому же расчету и согласно основному уравнению фотосинтеза объемы усвоенного углекислого газа и выделяемого в атмосферу кислорода одинаковы, что подтверждают экспериментальные замеры.  Природа рационально, экономично и комплексно решает проблемы снабжения деревьев водой, углеродом и водородом (согласно все тому же принципу наименьшего действия).

Травянистые растения  и многие кустарники не нуждаются в транспорте воды на большую высоту и обходятся без газлифтинга. В таких растениях   водород попадает в листья виде ионов, которые образуются по механизму  капиллярного электролиза. Молекулярный водород в таких растениях по крайней мере частично не успевает образоваться.  Для синтеза органических соединений они используют тепловую энергию окружающей среды и потому могут произрастать в затененных местах,  под водой (водоросли) и в лишенных солнечного света пещерах. Основное уравнение фотосинтеза для них можно записать в виде:

6СО₂ +24Н⁺ → C₆ Н₁₂О₆+6Н₂О; Поступающий в листья кислород вместе с парами воды выходит в атмосферу. Для осуществления этой реакции достаточно тепловой энергии.

 Следует подчеркнуть: используемые живой природой способы жизнеобеспечения   известны – их успешно применяют в технике. Но сам факт «технической» основы применяемых живой природой механизмов казался (невольно, как инерция мышления) несовместимым с  живой материей.  Однако нет ничего удивительного в том, что механизм  потоков  питающих сред в живых организмах обусловлен электрической заряженностью  поверхности  стенок проводящих сосудов и  капилляров  растений и животных. Явление биологического электричества известно со времен Гальвани и Вольта и хорошо изучено.  

Вопросы  сверхтекучести  жидкости  в  живых  организмах  будут  рассмотрены  во  второй  части  статьи.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Ходаков Г.С. К реологии суспензий. // Теорет. основы хим. Технол. (ТОХТ). 2004. Т.38, №4, С.456-466;

2. Ходаков Г.С. Реология суспензий. Теория фазового течения и ее экспериментальное обоснование. // Рос. хим. ж. 2003. Т. 47, № 2, С. 33.

3. Редькина Н.И., Ходаков Г.С. Эффект сверхтекучести водных растворов в поровых капиллярах при обычных температурах. // Рос. хим. ж. 2002. Т.44, № 3, С.39. 4. Биологический энциклопедический словарь. //  Гл. ред. Гиляров М. С.; Редкол.: Бабаев А. А.,. Винберг Г. Г, Заварзин Г. А. 2-е изд., исправл. М.: Сов. Энциклопедия, 1986,  Статья: "Водоснабжение деревьев".

5. Крамер П. Д., Козловский Т.Т.  Физиология древесных растений.  М.: Мир.  2003, 231с.

6.  Zwieniecki M. A., Holbrook N.M.   Plant Physiology. 2000, v. 123. p.1015

7.  Zimmer C. J.  Natural History. 2000, October.  p. 36.

8. Saupe S.G. Plant Physiology. 2006, v. 327, p. 36. 

9.  Gorsuch D.M., Oberbauer S. F., Fisher J. B. American J. of Botany. 2001, № 88, р.1643.

10.  Zwieniecki M.A., Melcher P.J., Holbrook N.M.   J. of Experimental Botany. 2001, v.52. No 355. p. 257.

11. Дерягин Б.В., Чураев Н.В., Муллер В.М.  Поверхностные силы. М,: Наука 1987, 400с.

 12.  Беркинблит М.Б., Глаголева Е.Г. Электричество в живых организмах; М,: Наука  2009. 

 13.  Воюцкий С.С. Курс коллоидной химии.   М,: Химия, 1976.

14.  Фридрихсберг Д.А. Курс коллоидной химии.   Л,: Химия, 1984.

 15. Holbrook, N. M., Burns, M. J., Field C. B. Science. 1995, v.270.

 16. Pockman, W. T., Sperry, J. S.  O'Leary, J. W.  Nature, 1995, v. 378,

17. Редькина Н.И., Ходаков Г.С. ж. Теор. основы хим. технол.(ТОХТ), 2001,т.35, №4, с.360.

18. Комиссаров Г.Г.. Фотосинтез: физико-химический подход. М. 2003.

19. Биофизика. Учебник для вузов под редакцией Антонова В.Ф. М. "Владос". 2003. 288с.