Феликс Патури - Растения - гениальные инженеры природы

• Название: Растения - гениальные инженеры природы
• Автор: Феликс Патури
• Издательство: Прогресс
• Жанр: Научпоп
• Год: 1982

«Растения — химики», «Растения — архитекторы, строители, механики», «Рекорды измерительной техники» — это названия лишь нескольких глав из книги ученого — популяризатора науки Феликса Р. Патури. Занимательно и со знанием дела рассказывает автор о том, как решаются в мире растений многие проблемы из области экологии, энергетики, передачи информации, утилизации отходов, рационального использования ресурсов окружающей среды и др.

Решения-модели, найденные растениями, этими, по выражению автора, «лучшими в мире инженерами», эффективны, экологически безупречны и одновременно просты. Умелое заимствование их человеком означало бы большую экономию средств и времени.

Рекомендуется широким читательским кругам.

---

Я уже неоднократно упоминал о том, что при решении своих технических проблем растения обычно проигрывают все возможные варианты, доводя при этом каждый из них до полного совершенства. [27] Посмотрим же, как обстоит в царстве растений дело с теплозащитой.

Рассмотрим прежде всего пористые материалы. Пожалуй, единственный пример обращения человека к природным теплоизоляционным материалам растительного происхождения — это пробка. Не всегда пробковый слой у растений бывает ярко выражен. Наиболее мощный слой пробки образуется на стволах и старых ветвях пробкового дуба, в диком виде произрастающего в странах Средиземноморья. Именно из его коры делают самые обыкновенные бутылочные пробки. Вообще пробковый покров формируется на всех деревьях — березе, платане, бузине и т. д., однако здесь он во много раз тоньше, и поэтому его нецелесообразно использовать в промышленности. [28] Жизненно важный слой ствола дерева — камбий, лежащий между древесиной и корой, находится всего в нескольких сантиметрах, а у молодых растений даже в нескольких миллиметрах от поверхности ствола. Пробка коры надежно защищает нежные клетки камбиального слоя от механического повреждения, высыхания и резких температурных колебаний. Нередко мне приходилось видеть, как пробковый дуб более или менее благополучно переносил тяжелые последствия лесных пожаров. Даже высокая температура не могла окончательно убить в нем жизнь: уже на следующий год после перенесенного ожога дерево давало молодые побеги. Выручал толстый — с несколько сантиметров — слой пробки. Но термоизоляционным свойствам пробка не уступает минеральной вате и получившим столь широкое распространение стекломатам. Обожженный кизельгур, или инфузорная земля (диатомит), в том виде, в каком его используют строители, по эффективности теплоизоляции может сравниться с пробкой только в том случае, если защитный слоя из него будет в три раза толще.

Лишь у двух видов теплоизоляционных материалов коэффициент теплопроводности всего на 25% ниже, чем у пробки. Это — пепопласты, изготовляемые на основе синтетических смол, и слоистые пластики, в которых наполнителем является воздух. На фото 68 в сильно увеличенном виде показана структура жесткого пенопласта, разработанного на базе полистирола специально для целей теплоизоляции. На снимке хорошо различимы мелкие и мельчайшие ячейки, заполненные воздухом (зачернены). Размер самой крупной из них едва достигает одного миллиметра. Замкнутая структура и чрезвычайно тонкие стенки ячеек в комплексе существенно понижают теплопроводность материала.

Короче говоря, пенопласты — идеальный теплоизоляционный материал, появившийся на свет лишь в нашем столетии и, следовательно, технологически еще очень юный. Природа же знакома с ними с древнейших времен. На фото 69 изображена структура природного пенопласта, основная функция которого состоит в том, чтобы предохранить плоды цитрусовых от заморозков или чрезмерного перегрева. Перед нами микрофотография губчатой ткани кожуры апельсина. Темные пятна на снимке — это не живые клетки растения, а межклеточные пустоты, заполненные воздухом. С полным правом о них можно сказать, что это также идеальный теплоизоляционный материал. Собственно губчатая ткань сильно растянута и имеет разрывы в очень тонких стенках клеток. Остается только удивляться исключительной похожести изображений на фото 68 и 69.

Фото 68. Микрофотография структуры технического теплоизоляционного материала (жесткий пенопласт на основе полистирола). На снимке хорошо различимы мелкие и мельчайшие ячейки (темные участки), заполненные воздухом, и их сверхтонкие с многочисленными разрывами стенки. Сочетание этих особенностей структуры и обусловливает низкую теплопроводность материала.

Фото 69. В принципе структура природного теплоизоляционного материала та же, что и изображенная на фото 68. На снимке губчатая ткань кожуры апельсина под большим увеличением. Ее функция — предохранять плод от перегрева и охлаждения.

Материалы, обладающие замкнутой, ячеистой структурой, не находят применения там, где наряду с теплозащитой должен осуществляться и газообмен. Примеры из техники — установка стенных панелей и перегородок в строительстве, а также пошив одежды. Это — основные сферы широкого применения волокнистых материалов: стекловолокна, минеральной ваты, асбоплит, текстильного волокна. У растений также имеется большой набор самых разнообразных приспособлений: от короткого, но чрезвычайно густого опушения желтоватых цветков эдельвейса до весьма длинного, 10 сантиметров и более, «волосяного» покрова высокогорных кактусов; от мягкой серебристой как бы меховой оболочки сережек вербы, появляющихся ранней весной, до густой поросли многочисленных тончайших побегов у подушечных растений. Как правило, все эти волоски, щетинки, войлокообразные покровы и т.п. имеют белый или серебристый цвет. Их отражательная способность создает дополнительную тепловую защиту.

И, наконец, в борьбе против тепла и холода известную роль в технике играют многослойные пленочные материалы и алюминиевая фольга. Аналогичная форма изоляции известна и в растительном мире. Многослойные чешуйчатые оболочки почек можно сравнить с многослойными полимерными материалами, а высохший и сморщившийся верхний слой кожистой оболочки растения, именуемого «живым камнем» (различные виды Conophytum), напоминает нам профилированную теплоизоляционную пленку (фото 70). Высокогорные растения защищают свои молодые побеги, укрывая их несколькими слоями отмерших листьев. Эту оболочку специалисты в шутку называют «соломенной туникой».

Фото 70. Поперечный разрез мясистых листьев южноафриканского растения, именуемого «живым камнем» (Conophytum sp.), позволяет видеть, как небольшое листовое образование неплотно окутано остатками старых листьев. Такой метод теплоизоляции специалисты называют «пленочным».

Спасающиеся от жары в собственной тени

«И каждое растение радостно тянется к свету». Эта или подобная ей фраза принадлежит какому-то из немецких поэтов. Но вряд ли позволил бы себе высказать подобную мысль, хотя и в поэтической форме, известный путешественник-естествоиспытатель XIX века Александр Гумбольдт. Тот, кто знаком с тропическими лесами и пустынями, хорошо знает, сколь жгуче испепеляющими и опасными для всего живого могут быть лучи экваториального солнца. В этих районах никакое растение не тянется с радостью к свету. Напротив, флора пытается любыми путями укрыться от знойных солнечных лучей. Все живое ищет избавительной прохлады, стремится уйти в тень. Растения таких регионов вынуждены спасаться от жары в собственной тени. Они могут создавать ее самым различным образом: либо, например, с помощью плотной оболочки-мантии из серебристо-белых чешуек, как это делают песчаные розы (виды Anacampseros), растущие на сверкающих под лучами жаркого солнца гнейсовых и кварцитовых плато Южной Африки; либо посредством густого и длинного волосообразного опушения белого цвета, как у растения с поэтическим названием «живой снег» (Tephrocactus floccosus), образующего в горных пустынях Южной Америки обширные колонии; либо, наконец, путем выработки в процессе длительной эволюции наиболее рациональной внешней формы. Многие кактусы имеют ребристую поверхность тела (фото 73). При косом освещении ребра создают тень для большей части растения. В полуденные же часы, когда лучи солнца падают откосно, освещены бывают лишь верхушки этих живых колонн или шаров. Уже сама по себе шарообразная форма в сравнении с листостебельными конструкциями растений наших широт лучше приспособлена к существованию в жарком климате, поскольку половина шара постоянно находится в тени (фото 71). Хорошо известно, что из всех геометрических фигур шар обладает наименьшей поверхностью относительно собственного объема. Шарообразная форма тела растения существенно уменьшает испарение им воды в условиях жаркого климата и предохраняет внутренние части растения от излишнего перегрева. Не по той ли же причине в странах Востока столь охотно возводят куполообразные сооружения? (фото 72).

Фото 71. Шарообразная форма растений полностью оправдала себя в пустынных местностях. Из всех геометрических фигур шар обладает наименьшей поверхностью относительно собственного объема. Это существенно уменьшает испарение воды и тепловое облучение растения. Кроме того, с какой бы стороны ни освещался шар, половина его всегда будет находиться в тени. На снимке изображен представитель молочайных (Euphorbia obesa).

Фото 72. Архитектура стран, лежащих в зоне пустынь, всегда широко применяла в своих сооружениях купол, эту весьма рациональную, особенно в условиях жаркого климата, конструкцию (мавзолей Марабу в Нефте, городке, лежащем на юго-западе Туниса).