Структура древесины

Древесина представляет собой очень неоднородное по своему составу и пространственной структуре образование. Располагаясь между корой и сердцевиной, древесина прирастает, утолщая ствол, из так называемого камбия — особой образовательной ткани, очень тонкой, не видимой глазом, располагаемой между древесиной и лубом (корой). В камбии путём деления клеток рождаются новые живые, сильно удлинённые вдоль ствола, клетки (прозенхимные, то есть волокноподобные) длиной в среднем 3,5 мм и толщиной 0,05 мм у сосны и длиной 1,2 мм и толщиной 0,02 мм у берёзы. Эти клетки содержат (как и все клетки растений) внутри себя жидкую цитоплазму с ядрами, вакуолями, митохондриями, хлоропластами и т. д. (рис. 77).

Рис. 77. Принципиальная схема клеточного строения древесины
Рис. 77. Принципиальная схема клеточного строения древесины: а — вертикальный срез слоя годичного прироста древесины сосны с трахеидами (количество трахеид в годичном слое на рисунке сокращено); б — вертикальный срез слоя годичного прироста древесины берёзы с мелкими трахеидами и крупными трахеями (сосудами); в — горизонтальный срез растительной клетки (трахеиды); г — поперечный срез стенки клетки. 1 — годичный слой, прирастающий вправо; 2 — ранняя (весенняя) трахеида; 3 — поздняя (осенняя прошлого года) трахеида; 4 — сосуд с лестничной перфорацией; 5 — сосуд с простой перфорацией; 6 — окаймлённая пора; 7 — паренхима (сердцевидные лучи, смоляные ходы и т. п.); 8 — оболочка стенки клетки; 9 — срединная пластинка, общая для двух клеток; 10 — цитоплазма; 11 — вакуоли; 12 — ядро; 13 — сквозные отверстия, поры, перфорации; 14 — первичная оболочка; 15, 16 и 17 — трёхслойная вторичная оболочка с наиболее мощным средним слоем, состоящая из фибрилл.

По мере нарастания новых внешних слоев клеток, клетки во внутренних слоях постепенно умирают из-за образования в их стенках за счёт химического действия ферментов громадного количества пор (перфораций) и тем самым превращаются в так называемые трахеиды — элементы вертикальных сквозных каналов, способных проводить через себя питательные водные растворы по стволу из корней в крону дерева. В процессе эволюции у многих деревьев (в частности, у берёзы) возник новый тип проводящих элементов — трахеи (сосуды), образованные из множества члеников длиной (0,2-0,5) мм, подобных трахеидам, но перфорированных на концах для улучшения водопроведения. Соединяясь между собой, тысячи члеников образуют сквозную, вытянутую вверх, трубку с диаметром обычно много больше диаметра трахеид. Хвойные породы состоят только из трахеид, лиственные же породы деревьев состоят из очень многочисленных мелких трахеид и малочисленных, но крупных сосудов (трахей). Помимо прозенхимных (удлиненных и обычно мёртвых) клеток древесина содержит значительное (до 5% в хвойных и до 10% в лиственных породах) количество паренхимных (живых, неудлиненных, обычных) клеток, обладающих свойствами синтеза, накопления и потребления (белков, смол, терпенов, эфирных масел) и образующих сердцевинные лучи, смоляные ходы и т. п.

Максимальная активность камбия наблюдается весной во время сокодвижения. Клетки при этом образуются крупные (иными словами, ранние трахеиды имеют большое поперечное сечение). После образования листьев деятельность камбия затухает, а к осени прекращается. Поэтому осенние (поздние) трахеиды мелкие, имеют на срез более тёмный вид и поэтому часто отчётливо видимы глазом как концентрические окружности — годичные кольца (слои прироста). По количеству годичных колец определяют возраст дерева. В тропических регионах, где зима и лето не отличаются по температуре, годичные кольца на деревьях отсутствуют. Наличие годичных колец, их извилистость, отличие на южной и северной сторонах ствола являются ценнейшим декоративным свойством древесины. На топливные же свойства годичная структура не влияет, важен лишь диаметр трахеид и сосудов. Если трахеиды мелкие — древесина плотная, тяжёлая, легко колется (берёза, дуб, лиственница, бук, ясень, граб). Если трахеиды крупные — древесина рыхлая, лёгкая, вязкая при распиле и расколе (сосна, ель, осина, пихта, липа). Высушенная древесина состоит преимущественно из стенок прозенхимных клеток трахеид и сосудов (составляющих по массе 93% у сосны и 65% у берёзы) и некоторой доли паренхимы в виде смол и пахучих веществ. Именно стенки клеток трахеид (как конструкционный скелет) представляют собой дрова как топливо. Напомним, что стенки прозенхимных клеток состоят из срединной пластинки и примыкающих к ней с обеих сторон первичных оболочек, состоящих из микрофибрилл (мицелл) — пучков из 30-40 полимерных молекул целлюлозы, каждая из которых состоит по длине из тысяч звеньев (колец) мономера. Микрофибрилла представляет собой набухающее в воде лентоподобное образование длиной несколько микрометров (тысячных долей миллиметра) и длиной несколько нанометров (миллионных долей миллиметра). Вторичная оболочка состоит из трёх слоев, образованных фибриллами — пучками микрофибрилл. Фибриллы имеют поперечные размеры около 400 нанометров. Зазоры между фибриллами и между микрофибриллами очень маленькие (менее 1 нм), что и обусловливает гигроскопичность древесины (Лесная энциклопедия, М.: СЭ, 1985 г.). 

По мере взросления клетки её стенки пропитываются лигнином, и наступает её одревеснение — повышение плотности, твёрдости, снижение пластичности. Лигнин — природный полимер с плотностью 1250-1450 кг/м³, аморфное вещество жёлто-коричневого цвета, образующееся в результате полимеризации различных ароматических спиртов, нерастворимое в воде и органических растворителях, но переводимое в растворимое состояние в растворах гидросульфита (технология получения целлюлозы сульфитным методом). Лигнин осаждается между микрофибриллами целлюлозы и схватывает их в каркас. Аналогичную роль играют гемицеллюлозные, легко гидролизуемые полисахариды, также цементирующие клеточную стенку. Так что, если живой ветке (или стволу) дерева придать принудительно какую-либо фиксированную форму изгибом (например, круга или зигзага), то по мере роста этой ветки в деформированном состоянии, она одеревенеет (то есть стенки клеток пропитаются лигнином и гемицеллюлозами) и сохранит эту заданную форму навсегда, что может быть положено в основу технологии деревообработки (изготовление фигурных изделий).

В реальной древесине всегда содержится вода — так называемая свободная внутри полостей клеток (трахеид, сосудов) и так называемая связанная в стенках клеток (в набухших микрофибриллах). Количество связанной воды составляет обычно 30% от массы абсолютно сухой древесины. При удалении влаги из стенок клеток (при влажности древесины менее 30%) стенки клеток начинают усыхать — сжиматься и деформируются. В результате древесина даёт усушку (усадку) с уменьшением линейных размеров в основном поперёк волокон (трахеид).

Источник: Дачные бани и печи. Принципы конструирования. Хошев Ю.М. 2008. health.totalarch.com

Добавить комментарий

CAPTCHA
Подтвердите, что вы не спамер