Processi di trasporto dell'acqua

Quando l'acqua si sposta dal terreno all'atmosfera, attraverso la pianta, essa viaggia attraverso una struttura ampiamente variabile e anche il meccanismo di trasporto varia secondo il tipi di struttura (parete cellulare, citoplasma, doppio strato lipidico, spazi aeriferi). Come sappiamo, in una soluzione le molecole d'acqua non sono statiche, esse sono in moto continuo e collidono le une con le altre scambiandosi energia cinetica. La diffusione è riferita al processo tramite il quale le molecole si rimescolano a seguito della loro agitazione termica casuale. La diffusione, infatti, permette il movimento da zone ad alta concentrazione verso zone a concentrazione minore, cioè secondo il gradiente di concentrazione. Lo scienziato tedesco Adolf Fick, nel 1880, scoprì che la velocità di trasporto del soluto tramite diffusione è direttamente proporzionale al gradiente di concentrazione (ΔCs/Δx), cioè alla differenza di concentrazione della sostanza s (ΔCs) fra due punti separati dalla distanza Δx. Simbolicamente possiamo scrivere questa relazione come legge di Fick:                       
Js =  - (DsΔCs / Δx)
La velocità di trasporto del soluto, o la densità di flusso (Js), è la quantità di sostanza s che attraversa un'unità di area nell'unità di tempo (cioè Js può essere espressa in mol m-2 s-1) Il coefficiente di diffusione (Ds), invece, è una costante di proporzionalità che misura la facilità di una sostanza s di muoversi attraverso un particolare mezzo. Il coefficiente di diffusione quindi è caratteristico per ogni sostanza e dipende sia dal mezzo che dalla temperatura. Il segno negativo nell'equazione indica che il flusso si sposta secondo i gradienti di concentrazione.
Un secondo processo che porta allo spostamento dell'acqua è conosciuto come flusso generale o flusso di massa ed è riferito al movimento di gruppi di molecole molto spesso in risposta a un gradiente di pressione. Fra i numerosi esempi comuni di flusso di massa troviamo gli spostamenti di acqua all'interno di tubazioni, il flusso il un fiume e la caduta della pioggia. Se consideriamo il flusso di massa attraverso una tubatura, la velocità del volume dipenderà dal raggio (r) della tubatura, dalla viscosità (η) del liquido e dall'ampiezza del gradiente di pressione (Δψp/Δx) che conduce il flusso. Jean-Leonard Poiseuille descrisse l'equazione di questo flusso nell'equazione:
Velocità del volume di flusso = (πr4/8η) (Δψp/Δx)  [m3/s]
Questa equazione dimostra che il flusso di massa generato dalla pressione è molto sensibile al raggio della tubatura. Infatti se il raggio raddoppia la velocità del flusso del volume aumenterà per un fattore 16 (24). Il flusso di massa dell'acqua condotto dalla pressione è il meccanismo predominante responsabile del trasporto a lunga distanza dell'acqua nella pianta tramite lo xilema. Esso è anche responsabile della maggior parte del flusso d'acqua che si verifica nel suolo e nelle pareti cellulari dei tessuti vegetali.