Wie trinken Pflanzen Wasser? Wie Bäume Wasser ohne Pumpe 100 Meter hochheben

Der höchste Baum der Erde, ein Küstenmammutbaum in Kalifornien, ist etwa 116 Meter hoch. Jeden Tag muss Wasser von seinen Wurzeln bis zu den obersten Blättern reisen – höher als ein 30-stöckiges Haus. Es gibt kein Herz, keine Pumpe und keine beweglichen Teile. Wie also trinkt eine Pflanze?

Alles beginnt an den Wurzeln

Wasser gelangt über die Wurzeln in die Pflanze, vor allem über Millionen mikroskopisch kleiner Wurzelhaare nahe den Spitzen. Sie vergrößern die Fläche, die feuchten Boden berührt, enorm. Das Wasser wandert in die Wurzelzellen und von dort in die Leitungen der Pflanze.

Die Leitungen: das Xylem

Von den Wurzeln durch Stängel oder Stamm bis in jedes Blatt verlaufen Bündel dünner Röhren, das Xylem. Bei Bäumen besteht Holz größtenteils aus Xylem. Die Röhren bestehen aus abgestorbenen Zellen, deren Enden und Wände zu Rohren geworden sind und lange, durchgehende Kanäle bilden.

Das Wasser darin bildet eine ununterbrochene Säule von den Wurzeln bis in die Blätter. Die Frage ist: Was bewegt sie?

Der Motor: Verdunstung aus den Blättern

Die Blattoberfläche ist übersät mit mikroskopisch kleinen Poren, den Spaltöffnungen oder Stomata. Sie öffnen sich, um Kohlendioxid für die Fotosynthese hereinzulassen, lassen dabei aber auch Wasserdampf entweichen. Diesen Wasserverlust nennt man Transpiration.

Verdunstet ein Wassermolekül aus einem Blatt, hinterlässt es eine winzige Lücke. Wassermoleküle ziehen einander stark an (Kohäsion) und haften an den Wänden des Xylems (Adhäsion). Also wird das nachfolgende Molekül nach vorn gezogen, um die Lücke zu füllen, es zieht wiederum das nächste nach – bis hinunter zu den Wurzeln.

Das ist die Kohäsions-Spannungs-Theorie. Das Wasser im Xylem steht unter Zug, ein bisschen wie ein Seil, an dem von oben gezogen wird. Die Energie liefert die Sonne, die die Verdunstung antreibt. Die Pflanze selbst wendet fast nichts auf, um ihr Wasser zu heben.

Warum so viel verloren geht

Es wirkt verschwenderisch: Über 95 % des aufgenommenen Wassers verdunstet einfach. Doch die Transpiration leistet nützliche Arbeit. Sie hält die Wassersäule in Bewegung, transportiert gelöste Mineralstoffe aus dem Boden in die Blätter und kühlt die Blätter an heißen Tagen – ähnlich wie Schwitzen uns kühlt.

An heißen, trockenen Tagen können Pflanzen ihre Stomata schließen, um Wasser zu sparen. Der Preis: Weniger Kohlendioxid gelangt hinein, das Wachstum verlangsamt sich. Diesen Kompromiss zu steuern, ist eine der großen Herausforderungen im Leben einer Pflanze.

Die Grenze der Baumhöhe

Wasser immer höher zu ziehen, ist schwer. Je höher die Blätter, desto größer der Zug in der Wassersäule und desto schwerer bekommen die obersten Blätter genug Wasser. 2004 kletterte ein Team um George Koch auf die höchsten Mammutbäume und vermaß deren Blätter in verschiedenen Höhen. Blätter nahe der Spitze waren kleiner und stärker unter Wasserstress. Hochgerechnet schätzte das Team, dass die Physik des Wassertransports Bäume auf höchstens etwa 122–130 Meter begrenzt.

Zu viel Zug kann die Wassersäule auch reißen lassen. Im Xylem bilden sich dann Luftblasen, die die Röhre verstopfen – eine Embolie. Dürre macht das wahrscheinlicher, und so können schwere Dürren Bäume töten.

Kurz gesagt

• Pflanzen nehmen Wasser über die Wurzeln auf, vor allem über winzige Wurzelhaare.
• Das Wasser steigt in dünnen Röhren, dem Xylem, nach oben.
• Die Transpiration, die Verdunstung aus den Blattporen, zieht das Wasser hoch.
• Weil Wassermoleküle aneinander haften, reißt die Säule nicht ab.
• Über 95 % des Wassers verdunstet, transportiert aber Mineralstoffe und kühlt die Blätter.
• Die Physik des Wasserhebens begrenzt Bäume auf etwa 122–130 Meter.