Строительные материалы. Их приготовление, свойства и испытание. В. В. Эвальд. Лесные материалы.

ЛЕСНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Строение, состав и процесс роста дерева

Рассматривая древесный ствол, мы сперва различаем в нем, как главные составные части, - кору, или наружную оболочку, и древесину; последнюю мы и называем собственно деревом, говоря о нем, как о строительном материале. Как кора, так и древесина состоят, подобно всем органическим тканям, из различного вида клеток. Между корой и древесиной помещается тонкий слой мягкой, сочной ткани, позволяющий, особенно весной, легко отделить кору от древесины. Слой этот, состоящий из живых клеток, называется камбием; здесь обрадуются ежегодно новые клетки, и таким образом дерево каждый год обрастает со всех сторон новым слоем. Так как развитие этих клеток совершается всего энергичнее весною, постепенно замедляясь к концу лета, и вовсе прекращается осенью с наступлением холодов, то ткань каждого такого годичного слоя получается не одинаковой плотности: весенние клетки крупнее, осенние мельче и имеют более толстые стенки. Поэтому в каждом годовом слое заметны две части - внутренняя (лежащая ближе к сердцевине) и наружная (ближе к коре). Внутренняя, более светлая, состоящая из весенних и, частью, летних клеток, носит название весенней древесины; наружная, состоящая из летних и осенних клеток, более темная и плотная, назыв. осенней древесиной (в некоторых руководствах ее назыв. летней). У большинства древесных пород можно ясно различать годичные слои: на поперечном разрезе дерева - в виде концентрических колец, на радиальном продольном разрезе - в виде параллельных полос, и на касательном к окружности кольца разрезе - в виде кривых, отчасти напоминающих конические сечения. По числу годичных колец, если они ясно видны (у всех хвойных, а из лиственных - у дуба, бука, ясеня, ильма и др.), можно определить возраст дерева; если же в плотности тканей весенней и осенней древесины нет резкой разницы (напр., у березы, осины, липы, клена и др.), то годичные кольца трудно различать; они становятся несколько заметнее, если напитать рассматриваемый разрез дерева каким-либо красящим веществом, напр., слабым раствором анилиновой краски, чернил и т. п., или даже просто натереть землею. Ширина отдельных колец, неодинаковая у различных пород, бывает и у деревьев одной и той же породы различна, в зависимости от условий питания, от температуры и от освещения; так напр., ель и сосна, растущие на сыром месте, имеют более крупные кольца, состоящие из более рыхлой и слабой древесины, чем у подобного же дерева, но выросшего на сухой песчаной почве. По опушкам леса, где деревья более освещаются и согреваются солнцем с какой-либо одной стороны, корни и сучья разрастаются преимущественно именно с этой стороны, при чем и слой древесины шире на стороне, обращенной к свету, так что кольца на разрезе ствола имеют не правильную круговую, но эллиптическую, эксцентрическую форму; это иногда бывает причиной браковки.
По своему качеству древесина не всегда одинакова по всей ширине поперечного разреза ствола. У сосны, дуба, ясеня, ильма можно ясно видеть, что несколько наружных колец, ближайших к коре, светлее внутренних; эта наружная, более мягкая часть ствола, называемая заболонью (оболонью), состоит из клеток, еще не вполне одеревеневших, она еще не утратила способность проводить древесные соки и другие жидкости, тогда как более плотная внутренняя, матерая древесина (ядро) уже совершенно одеревенела и содержит некоторые вещества (древесное гумми, дубильные вещества и пр.), вследствие окисления которых на воздухе постепенно темнеет. Такие породы называются ядровыми.
У спелодревесинных пород (ель, пихта, липа, бук) внутренняя часть ствола, хотя и состоит из более сухой, плотной (спелой) древесины, нежели заболонь, но по цвету почти, или вовсе, не отличается от последней. Наконец, у заболонных пород (береза, ольха, клен) ствол по всему сечению состоит из ткани, способной к проведению соков. Это разделение пород имеет техническое значение, напр., в деле пропитывания их с целью окраски их и предохранения от гниения: всего легче и равномернее пропитываются заболонные породы, труднее - спелодревесинные; у ядровых пород ядро почти вовсе не поддается пропитыванию.
Кроме годичных колец, на поперечном разрезе простым глазом еще можно заметить (особенно ясно - у дуба) узкие полосы, направленные по радиусам - т. наз. сердцевинные лучи. На продольном радиальном разрезе дуба они имеют вид довольно широких лент и, напр., на дубовом паркете их легко заметить в виде блестящих бляшек неправильной формы. Многие древесные породы, в поделках легче всего различать именно по форме и расположению сердцевинных лучей и по образуемому их сочетанием характерному узору.
Далее, простым глазом (или при небольшом увеличении) на поперечном разрезе дуба видны мелкие отверстия в виде пор, более крупных и чаще расположенных в весенней части кольца, близ самой его границы с кольцом предыдущего года; в летней и осенней частях колец эти поры мельче и представляются невооруженному глазу в виде желтоватых пятен, удлиненных поперек кольца на подобие язычков пламени. Это - разрезы сосудов, проходящих вдоль всего ствола. Такое расположение сосудов, когда крупные сосуды собраны в весенней части древесины, а мелкие в осенней, называется кольчатым или кольцепоровым (дуб, ясень, ильмы). По рисунку, образуемому мелкими сосудами, можно различать породы друг от друга: так, у дуба мелкие сосуды расположены в виде язычков поперек слоя, у ясеня разбросаны в беспорядке по осенней древесине в виде точек и только вдоль края вытянуты параллельно краю; у ильмовых (ильм, берест, вяз) мелкие сосуды в осенней части древесины образуют волнистые линии вдоль годового слоя, что позволяет на поперечном разрезе отличать ильмовую породу от всех других. У остальных наших лиственных пород крупных сосудов нет, а только мелкие, разбросанные или равномерно по всему слою (бук, кленг ольха), или группами, дающими характерные рисунки (граб, береза, крушина).
Хвойные породы сосудовне имеют (кроме первого кольца, окружающего сердцевину) и этим резко отличаются от лиственных; разница между весенней; и осенней древесиной у хвойных ограничивается только величиной клеток - в весенней части они крупнее и тонкостенны, а затем быстро переходят в мелкие, толстостенные, приплюснутые клетки осенней части. Те маленькие отверстия,, которые мы замечаем у хвойных в виде белых точек, особенно в осенней древесине - не сосуды, а смоляные ходы, т. е. каналы, окруженные нежными тонкостенными клетками, наполненные смолой.
Древесных пород, имеющих только крупные сосуды, у нас на севере не растет; из привозных - орех, красное дерево. Так как осенняя древесина плотнее и тверже, чем весенняя, то от количества осенней древесины зависит плотность, уд. вес и крепость всего дерева. Относительное количество осенней и весенней древесины даже у одной и той же породы значительно колеблется в зависимости от условий роста дерева и от ширины колец.
Ширина годовых колец служит показателем плотности дерева и его технической добротности, но при этом необходимо иметь в виду строение древесины; у лиственных деревьев с кольчатым расположением сосудов (дуб, ясень, ильмы) весенняя древесина имеет почти одинаковую ширину как в широких, так и в узких годовых слоях, тогда как ширина осенней части изменяется в связи с шириной всего годового слоя и поэтому у этих пород - чем шире слой, тем больше осенней, плотной, древесины, тем дерево плотнее и выше его технические качества.
У хвойных пород, наоборот, осенняя древесина приблизительно одинаковой ширины как в узких, так и в широких слоях, ширина же слоя главным образом идет за счет весенней, более рыхлой древесины, и потому у хвойных пород чем уже годовые слои, тем больше относительное количество осенней древесины и поэтому более добротна древесина мелкослойная.
У остальных лиственных пород, имеющих равномерное распределение сосудов по всему слою, не наблюдается зависимости между шириной слоев и техническими качествами древесины (береза, ольха, клен, липа, тополи, бук, граб и др.).
Микроскопическое строение древесины в общих чертах таково: у хвойных пород деревьев она состоит из рядов узких, веретенообразных клеточек, называемых прозенхимными или трахеидами; концы их заострены и вклиниваются между такими же концами клеток следующего ряда; таким образом получаются волокна. Между собою клеточки связаны особым межклеточным веществом. Полости клеточек сообщаются между собою посредством пор - отверстий в стенках, затянутых очень тонкой перепонкой, через которую и совершается диффузия жидкостей. У хвойных поры эти имеются преимущественно на боковых (если смотреть по направлению радиуса) сторонах, со сторон же, обращенных к коре и к центру ствола, пор почти нет, кроме немногих клеточек, лежащих на границах смежных годичных слоев. Поэтому при пропитывании хвойного леса жидкость сравнительно легко распространяется в пределах какого-либо годичного кольца, но значительно труднее переходит из одного кольца в другое.
Сердцевинные лучи состоят из клеток иного вида, называемых паренхимными - тонкостенных, не столь удлиненных, с тупыми концами, лежащих поперек ствола; проходя между продольными клетками и прерывая связь между ними, сердцевинные лучи облегчают раскалывание и растрескивание дерева по радиусам.
У лиственных пород, кроме описанных выше прозенхимных клеток или трахеид, в древесине имеются (а иногда и преобладают в числе) еще более длинные, остроконечные клеточки с весьма толстыми стенками - так наз. либриформ, от которых более всего и зависит крепость их древесины.
Химический состав. Древесина состоит главным образом из клетчатки или целлюлозы (С6 Н10 О5), принадлежащей к числу так наз. углеводов, подобно сахару, крахмалу и т. п.; это вещество - главный материал оболочки клеточек. В оболочке более старых клеточек находится еще лигнин - сложное органическое вещество, обусловливающее их одеревенение. В протоплазме - слизистой массе, которой выстланы изнутри стенки клеточек, находятся белковые (протеиновые) вещества. Кроме поименованных, в древесине содержатся: крахмал, смолы, иногда масла, дубильные и красящие вещества, сахар и др.; из неорганических веществ, получаемых в золе после сжигания дерева, следует указать прежде всего фосфорнокислые, сернокислые, кремнекислые и хлористые соли калия, натрия, извести и магнезии; реже и в меньшем количестве - соли алюминия, железа и марганца.
Питание. Минеральные составные части извлекаются корнями из почвы и вместе с водой диффундируют вверх по клеткам, образующим заболонь; углерод поглощается из атмосферной углекислоты при содействии солнечного света и хлорофила - зеленого красящего вещества листьев. Избыток воды испаряется листьями или хвоей, а образовавшиеся соединения спускаются вниз по ближайшему к древесине слою коры и через сердцевинные лучи поступают в клетки древесины, доставляя материал для их роста и размножения.