El agua entra en el árbol principalmente a través de las raíces por ósmosis y cualquier nutriente mineral disuelto viajará con ella hacia arriba a través del xilema de la corteza interior (utilizando la acción capilar) y hacia las hojas. Estos nutrientes que viajan alimentan al árbol mediante el proceso de fotosíntesis de las hojas. Se trata de un proceso que convierte la energía lumínica, normalmente procedente del Sol, en energía química que puede liberarse posteriormente para alimentar las actividades de un organismo, incluido el crecimiento.
Los árboles abastecen de agua a las hojas debido a una disminución de la presión hidrostática o del agua en las partes superiores, portadoras de hojas, llamadas coronas o copas. Esta diferencia de presión hidrostática «eleva» el agua hacia las hojas. El noventa por ciento del agua del árbol acaba dispersándose y liberándose por los estomas de las hojas.
Este estoma es una abertura o poro que se utiliza para el intercambio de gases. Se encuentran sobre todo en la parte inferior de las hojas de las plantas. El aire también entra en la planta a través de estas aberturas. El dióxido de carbono del aire que entra en el estoma se utiliza en la fotosíntesis. Parte del oxígeno producido se utiliza en la respiración a través de la evaporación, hacia la atmósfera. Esa pérdida beneficiosa de agua de las plantas se llama transpiración.
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Cantidades de agua que utilizan los árboles
Un árbol completamente desarrollado puede perder varios cientos de litros de agua a través de sus hojas en un día caluroso y seco. El mismo árbol no perderá casi nada de agua en días húmedos y fríos de invierno, por lo que la pérdida de agua está directamente relacionada con la temperatura y la humedad. Otra forma de decir esto es que casi toda el agua que entra en las raíces de un árbol se pierde en la atmósfera, pero el 10% que queda mantiene el sistema arbóreo vivo sano y mantiene el crecimiento.
La evaporación del agua de las partes superiores de los árboles, especialmente de las hojas, pero también de los tallos, las flores y las raíces, puede contribuir a la pérdida de agua de un árbol. Algunas especies de árboles son más eficientes en la gestión de su tasa de pérdida de agua y normalmente se encuentran de forma natural en lugares más secos.
Volúmenes de agua que utilizan los árboles
Un árbol medio en fase de maduración, en condiciones óptimas, puede transportar hasta 10.000 galones de agua sólo para captar unos 1.000 galones utilizables para la producción de alimentos y para añadir a su biomasa. Esto se denomina ratio de transpiración, la relación entre la masa de agua transpirada y la masa de materia seca producida.
Dependiendo de la eficiencia de la planta o de la especie de árbol, pueden necesitarse desde 200 libras (24 galones) de agua hasta 1.000 libras (120 galones) para producir una libra de materia seca. Un solo acre de terreno forestal, en el transcurso de una temporada de crecimiento, puede añadir 4 toneladas de biomasa, pero utiliza 4.000 toneladas de agua para hacerlo.
Ósmosis y presión hidrostática
Los árboles aprovechan las «presiones» cuando el agua y sus soluciones son desiguales. La clave que hay que recordar sobre la ósmosis es que el agua fluye desde la solución con menor concentración de solutos (el suelo) hacia la solución con mayor concentración de solutos (la raíz).
El agua tiende a desplazarse a regiones con gradientes de presión hidrostática negativos. La absorción de agua por ósmosis de las raíces de las plantas crea un potencial de presión hidrostática más negativo cerca de la superficie de la raíz. Las raíces de los árboles perciben el agua (potencial hídrico menos negativo) y el crecimiento se dirige hacia el agua (hidrotropismo).
La transpiración dirige el espectáculo
La transpiración es la evaporación del agua de los árboles hacia la atmósfera terrestre. La transpiración de las hojas se produce a través de unos poros llamados estomas, y a un «coste» necesario, desplaza gran parte de su valiosa agua a la atmósfera. Estos estomas están diseñados para permitir el intercambio de gas de dióxido de carbono del aire para ayudar en la fotosíntesis que luego crea el combustible para el crecimiento.
Hay que recordar que la transpiración enfría a los árboles y a todos los organismos que los rodean. La transpiración también ayuda a provocar ese flujo masivo de nutrientes minerales y agua de las raíces a los brotes que se produce por una disminución de la presión hidrostática (del agua). Esta pérdida de presión se debe a que el agua se evapora de los estomas a la atmósfera y el ritmo continúa.