Строение древесины: особенности, элементы, химический состав

Самые ранние из известных науке ископаемых древесных растений были обнаружены в 2011 году в канадской провинции Нью-Брансуик, где между 395 и 400 миллионами лет назад произрастал древний лес[1].

Особенности строения хвойной древесины

Эволюционно хвойные деревья появились раньше лиственных, поэтому они обладают более простым анатомическим строением – структура древесины однородна и состоит из однотипных клеток. В составе центральной части ствола присутствует только два основных вида тканей:

  • Трахеиды – проводящие клетки, составляющие более 90% всего объема древесины. Внешне они представляют собой веретенообразны волокна сильно удлиненной формы с одревесневшими стенками. Со временем они отмирают: живые клетки такого типа содержатся только в последнем годичном круге, отмирание полностью завершается к зиме каждый год.
  • Паренхимные клетки, выполняющие функцию запасания питательных веществ. Они представляют собой крупные многогранники, составляющие основную часть сердцевины дерева. У старых растений паренхимные клетки постепенно отмирают, их внутреннее пространство заполняется воздухом. У молодых деревьев сердцевина содержит питательные вещества, которые используются для роста.

При разрезе ствола лиственницы, сосны или кедра можно увидеть, что центральная часть отличается по цвету и структуре от периферической. Она имеет более темную окраску и содержит меньше воды. Центральная часть ствола называется ядром, а периферическая – заболонью: она имеет более рыхлую структуру и содержит больше влаги. У ели и пихты центральную часть ствола называют спелой древесиной.

Чем старше дерево, тем больше будет толщина ядровой или спелой древесины. Она состоит только из омертвевших клеток, стенки которых пропитаны смолой, а внутреннее пространство заполнено воздухом. Особенностью хвойной древесины является наличие вертикальных и горизонтальных смоляных ходов, состоящих из паренхимных клеток. У сосны их диметр составляет около 0,1 мм, а у лиственницы он не превышает 0,06 мм. Все смоляные ходы объединены в общую систему, пронизывающие всю структуру древесины – это позволяет закрывать смолой раны на поверхности дерева.

Читайте также:  Какие яблоки лучше? Полный обзор сезонного фрукта

Снаружи ствол покрыт пробковым слоем коры из омертвевших клеток, к нему примыкают слои камбия (феллодермы) и луба. Феллодерма и лубяной слой содержат большое количество питательных веществ, поэтому в них могут быстро размножаться микроорганизмы. При использовании древесины для строительства верхние слои снимаются, чтобы повысить устойчивость к гниению.

Химический состав древесины и коры

Ткань древесной массы создана из клеток. Поэтому все химические компоненты располагаются в клеточных оболочках. Древесина состоит из минеральных и органических компонентов. К минеральным (неорганическим) веществам относятся элементы, которые остаются после сгорания древесной ткани (зола). Их величина составляет 1% от общей массы. По химическому составу эти элементы представляют собой смесь разных солей, растворимых (натрия, калия) и нерастворимых (магния, кальция, железа) в воде.

Остальную часть занимают органические составляющие, занимающие 99% общей массы. Их элементный состав содержит 49 — 50% углерода, 43 — 44 % кислорода, 6 % водорода и 0,1 — 0,3 % азота.

Органические вещества представлены в виде двух групп:

  1. Структурные компоненты, образующие структуру клетки (целлюлоза, холоцеллюлоза, гемицеллюлоза, лигнин).
  2. Экстрактивные вещества — компоненты, которые можно извлечь из древесины растворителями (экстрагировать). Они не входят в состав клеточной стенки. К ним относятся эфирные масла, красители, дубильные вещества, жиры, пектины. Древесина обязана им запахом, цветом, вкусом, сопротивлению гниению и болезням. Экстрактивные элементы составляют 3 — 5% от общей массы органических компонентов.

Химический состав лиственных пород отличается от хвойных большим содержанием структурных компонентов (гемицеллюлозы), но меньшим содержанием лигнина. В зависимости от географического места произрастания, возраста растения химический состав может меняться в пределах одной породы.

Химический состав коры отличается повышенным содержанием экстрактивных веществ, лигнина и пониженным содержанием целлюлозы. Доля неорганических веществ в общем количестве составляет 10-15 %, это в 10 раз больше, чем в древесине. Преобладающими элементами золы являются кальций (82-95 %), калий, магний.

Читайте также:  Основные виды сыров с названиями и описанием

Кора — ценное растительное сырье:

  1. Дубильные вещества незаменимы при выделке кож.
  2. Экстрактивные компоненты находят применение в медицине.
  3. Кору используют в качестве топлива.
  4. Измельченная кора служит основой корокомпостов в сельском хозяйстве.

Разные химические составы коры и древесины приводят к необходимости перерабатывать их раздельно.

Породы древесины

Основная статья: Список пород древесины

Хвойные деревья, а именно сосна, ель, кедр, относятся к голосеменным растениям, они поставляют основную часть древесины, используемой человечеством («мягкие породы»). Покрытосеменные растения делятся на два класса — однодольные и двудольные. Древесная ткань есть у немногих из однодольных (бамбук, пальмы, юкка), она находит ограниченное применение. К двудольным относятся важные лиственные («твердые») породы — дуб, эвкалипт, клен, древесина которых находит широкое применение в производстве мебели и отделочных материалов[10].

Ценные породы древесины

Ценность различных пород древесины заключается в их прочности, долговечности и неповторимости рисунка. Такая древесина используется для изготовления красивой мебели, паркета, дверей, различных предметов интерьера, считающимися элитными, учитывая исходно высокую стоимость и размер усилий, затрачиваемые на её обработку. В России наиболее распространены следующие породы: дуб, вишня, бук, груша, палисандр, махагони, грецкий орех, клён (белый, сахарный, остролистный).

Основные эксплуатационные показатели

  • Твёрдость — показатель срока службы верхнего слоя древесины. Чем выше твёрдость, тем медленнее идёт износ. Одним из показателей твёрдости является шкала Янка.
  • Стабильность и уровень усадки — показывает совместимость различных пород древесины при совместном использовании (в паркете, инкрустациях и т. п.). Также показывает пригодность их использования в различных климатических условиях.
  • Степень окисления — показывает изменение цвета древесины под воздействием света. Чем выше степень, тем больше темнеет древесина.
  • Выразительность текстуры — влияет на зрительное восприятие человеком. При большей контрастности создаётся больший возбуждающий эффект.
  • Стойкость к нагрузкам — способность древесины выдерживать те или иные нагрузки.
Читайте также:  Клен Гиннала — посадка и уход за живой изгородью

Для каждой породы (иногда даже для различных частей дерева) все его свойства могут быть различны, это зависит от различных условий, в которых росло то или иное дерево.

Свойства

Целым рядом характерным свойств обладает древесина. Особенности строения тому причина. Прочность у древесины довольно высока, и среди строительных материалов по этому показателю она занимает промежуточное положение. А учитывая небольшой удельный вес, она сравнима в этом плане с металлом. Слабым местом древесины является то, что она – анизотропный материал. Способность сопротивления к разрушению зависит от направления силы относительно расположения волокон. Самые лучшие показатели прочности видны при воздействии на материал вдоль волокон.

Жесткость древесины мала, причина этому – специфическое строение. Древесина – пористый, гибкий материал. Балки способны восстановить свою форму после кратковременной нагрузки. Но остаточные деформации, вследствие длительного воздействия, остаются навсегда. Деревянная балка не сможет восстановить свою форму после долгой эксплуатации.

Твердость строительных материалов определяется тем, какая нагрузка необходима для вдавливания стального шарика с определенными размерами. Для самых жестких пород древесины она составляет всего 1000 Н. При этом низкая твердость – это и одно из главных достоинств материала. Дерево легко обрабатывается, в нем прочно удерживаются гвозди, шурупы, самонарезающиеся винты.

Влажность древесины определяется удельным содержанием влаги в порах. В только что срубленном дереве оно достигает 100%. В зависимости от назначения свежесрубленную древесину подвергают сушке до необходимых показателей от 40 до 15%.