Wie hoch kann ein Baum werden?

Der höchste bekannte lebende Baum ist ein Küstenmammutbaum (Sequoia sempervirens) namens Hyperion. Er ist etwa 116 m hoch – höher als ein 35-stöckiges Gebäude. Riesenmammutbäume sind massiger, aber nicht so hoch. Warum wachsen Bäume nicht immer weiter in die Höhe?

Ein Teil der Antwort ist der Wasserzug aus Lektion 2. Jede zusätzlichen 10 m Höhe erfordern allein zum Ausgleich der Schwerkraft weitere 0,098 MPa Zug, und der längere Weg verstärkt die Reibung. Deshalb gilt:

• Die Blätter an der Spitze müssen mit einem stärker negativen Wasserpotenzial arbeiten als die weiter unten.
• Die Wassersäulen stehen unter größerer Spannung, wodurch das Risiko einer Kavitation steigt.
• Die obersten Blätter haben es schwerer, ihre Zellen prall zu halten. Das brauchen sie, um sich auszudehnen und die Spaltöffnungen für die Fotosynthese offen zu halten.

Kavitation entsteht, wenn Luft in eine unter Spannung stehende Wasserröhre gesogen wird oder eine Blase aus gelöstem Gas wächst. Die Blase breitet sich aus (Embolie), und die Röhre kann kein Wasser mehr transportieren. Ein Baum mit vielen parallelen Röhren überlebt einige Ausfälle, und manche Bäume können Röhren wieder auffüllen oder neues Xylem bilden. Doch je größer die Spannung, desto mehr Röhren fallen aus.

Dadurch wird der Grenzwert des Wasserzugs mit zunehmender Höhe strenger. In einer berühmten Studie von 2004 in Nature untersuchten George Koch und seine Kollegen die Spitzen hoher Küstenmammutbäume und sagten für die Art eine maximale Höhe von etwa 122 bis 130 m voraus – selbst bei reichlich Wasser im Boden. Hyperion bleibt einige Meter unter dieser Schätzung. Dieselbe Studie zeigte, dass Blätter nahe der Spitze kleiner und dicker sind und mehr Gewebe pro Flächeneinheit besitzen. Das ist das typische Merkmal eines Blattes, das mit wenig verfügbarem Wasserdruck arbeitet.

Schwerkraft und Reibung sind nicht die einzigen Grenzwerte. Höhere Bäume müssen auch ihr eigenes Gewicht tragen und Wind überstehen, und ihre Wurzeln und Blätter müssen mithalten. An vielen Orten stoppt ein Mangel an Bodenwasser oder ein Sturm einen Baum lange bevor er den hydraulischen Grenzwert erreicht. An den seltenen feuchten, milden und windstillen Orten, an denen Küstenmammutbäume gut wachsen – einem Küstenstreifen mit häufigem Nebel, der den Blättern zusätzliches Wasser liefert –, nähern sich die Bäume dem berechneten Grenzwert.

Andere hohe Arten folgen ähnlichen Regeln. Die höchsten Blütenbäume, Mountain Ash (Eucalyptus regnans) in Tasmanien, erreichen etwa 100 m.