Hoe hoog kan een boom groeien?

De hoogste levende boom die we kennen is een kustsequoia (Sequoia sempervirens) met de naam Hyperion, van ongeveer 116 m hoog (hoger dan een gebouw van 35 verdiepingen). Reuzensequoia's zijn forser, maar niet zo hoog. Waarom groeien bomen niet steeds hoger?

Een deel van het antwoord is de waterzuigkracht uit les 2. Elke extra 10 m hoogte kost nog eens 0,098 MPa zuigkracht, alleen al om de zwaartekracht in evenwicht te houden, en het langere traject zorgt voor meer wrijving. Dus:

• de bladeren boven in de boom moeten werken met een negatiever waterpotentiaal dan de bladeren lager in de boom;
• de waterkolommen staan onder meer spanning, waardoor het risico op cavitatie toeneemt;
• de bladeren boven in de boom hebben meer moeite om hun cellen turgide te houden. Dat hebben ze nodig om uit te zetten en hun huidmondjes open te houden voor fotosynthese.

Cavitatie ontstaat wanneer lucht in een waterbuis onder spanning wordt gezogen (of wanneer een belletje ontstaat uit opgelost gas). Het belletje verspreidt zich (embolie) en de buis kan geen water meer vervoeren. Een boom met veel parallelle buizen overleeft sommige defecten, en sommige bomen kunnen buizen opnieuw vullen of nieuw xyleem laten groeien, maar hoe groter de spanning, hoe meer buizen uitvallen.

Daarom wordt de limiet van de waterzuigkracht strenger naarmate de boom hoger wordt. In een beroemde studie uit 2004 in Nature maten George Koch en zijn collega's de toppen van hoge kustsequoia's en voorspelden ze een maximumhoogte van ongeveer 122 tot 130 m voor de soort, zelfs als er veel water in de bodem zit. Hyperion blijft een paar meter onder die schatting. Dezelfde studie liet zien dat bladeren dicht bij de top kleiner en dikker zijn, met meer weefsel per oppervlakte-eenheid. Dat is het fysiologische kenmerk van een blad dat moet werken met weinig waterdruk over.

Zwaartekracht en wrijving zijn niet de enige grenzen. Hogere bomen moeten ook hun eigen gewicht dragen en wind overleven, en hun wortels en bladeren moeten kunnen meegroeien. Op veel plaatsen zorgt een tekort aan water in de bodem of een storm ervoor dat een boom al stopt met groeien lang voordat hij de hydraulische limiet bereikt. Op de zeldzame natte, milde en windstille plekken waar kustsequoia's goed groeien (een kuststrook met vaak mist, die extra water aan de bladeren geeft), naderen bomen de berekende limiet.

Andere hoge soorten volgen vergelijkbare regels. De hoogste bloeiende bomen, de Australische essen (Eucalyptus regnans) in Tasmanië, worden ongeveer 100 m hoog.