Как известно, древесину получают из деревьев. Что может быть не столь очевидным, так это структура самой древесины и ее технические особенности, например плотность, твердость и устойчивость к гниению и насекомым.
Твердолиственные и хвойные породы древесины
Непосредственное и явное различие, которое может быть проведено между типами деревьев (и соответственно древесиной) - классификация древесины твердолиственных и хвойных пород. Это в некоторой степени неправильные названия, так как на самом деле классификация представляет собой простое разделение между покрытосеменными (цветущие растения, такие как клен, дуб или палисандр) и хвойными (шишковидные деревья, такие как сосна, ель или пихта). Твердолиственные породы (покрытосеменные) имеют широколистную крону и тенденцию сбрасывать листву осенью. (Однако существует множество тропических лиственных пород, которые являются вечнозелеными - они сохраняют свои листья круглый год). Кроме того, деревья лиственных пород обычно имеют разветвленный или разделенный ствол, называемый дендритной формой.
Этот белый дуб - пример ветвистой формы дерева с опадающими осенью листьями - характерен для большинства покрытосеменных растений. Их высокая плотность и насыщенный цвет сердцевины делают древесину твердых пород подходящей для изготовления мебели и для внутренней отделки.
Листва хвойных пород обычно игольчатая или чешуйчатая, хотя в некоторых необычных случаях они могут иметь довольно широкие плоские листья, например такая порода, как каури (Agathis australis). Большинство хвойных деревьев вечнозеленые, однако есть исключения, например у болотного кипариса осенью листва приобретает ржавый оттенок и опадает (отсюда на его народное название на английском «лысый кипарис»). У хвойных пород обычно один доминирующий прямой ствол с более мелкими боковыми ветвями, называемый сбежистой формой - эта конусообразная форма роста помогает деревьям в умеренном климате сбрасывать снег. Опять же, есть несколько хвойных пород, которые являются исключением из этой формы образования ствола, например, кедр Ливанский (Cedrus libani).
Эта ель – хороший пример хвойного дерева с вечнозеленой игольчатой листвой и одним основным стволом. Её длинный прямой ствол и небольшой вес делают древесину хвойных пород хорошо подходящей для применения в строительстве.
Иногда путаница в классификации возникает из-за того, что древесина твердолиственных пород не всегда твердая (ярким примером является бальза, которая технически классифицируется как твердолиственная древесина), тогда как древесина хвойных пород не обязательно всегда мягкая, и пример относительно твердой древесины хвойных пород - тис.
Рост и развитие дерева
Предположим, что у нас есть крошечный саженец, который только начинает свой путь к ветвистому взрослому деревом. Помимо корней, основного стебля (ствола), листьев и ветвей, есть точки роста на концах стеблей и корней, называемые апикальными меристемами. Эти точки роста посредством деления клеток отвечают за вертикальный рост деревьев. Кроме того, между корой и внутренней древесиной находится тонкий слой или оболочка, называемая сосудистым камбием или боковой меристемой, обычно называемая просто камбием. Этот крошечный, на первый взгляд волшебный слой отвечает практически за весь горизонтальный рост дерева. Камбий состоит из репродуктивных клеток, которые в результате своего деления образуют новую кору снаружи, а также новую древесину внутри. Именно сезонная активность камбия в росте дерева ответственна за образование годичных колец, наблюдаемых в древесине: в зонах с умеренным климатом камбий наиболее активен весной (эту древесину иногда называют весенней древесиной или ранней древесиной), замедляется летом (так называемая летняя или поздняя древесина) и полностью прекращается зимой. Эти различия в циклах роста от года к году образуют годичные кольца, которые являются достаточно точным индикатором возраста дерева.
Хвойные породы: зимняя древесина обычно темнее, плотнее и имеет сосуды (трахеиды) меньшего диаметра; весенняя древесина легче, мягче и имеет сосуды (трахеиды) большего диаметра.
Секвойя (торцевой спил, увеличение 10x).
Твердолиственные породы с выраженной структурой годичных колец: у зимней древесины поры меньше и реже; весенняя древесина имеет более крупные и многочисленные поры.
Павловния (торцевой спил, увеличение 10x).
Обратите внимание на гораздо более широкую зону ранней древесины у хвойных пород, таких как Секвойя (Sequoia sempervirens), изображенной слева, по сравнению с лиственными породами, такими как Павловния (Paulownia tomentosa) справа. Когда дерево растет медленнее среднего (возможно, из-за неблагоприятных условий для роста), зоны ранней и поздней древесины уплотняются. Это различие объясняет, почему в сложных условиях замедление роста хвойных пород приводит к тому что древесина становится прочнее, так как мягкая часть (весенний прирост у этой древесины) – более узкая; в то время как замедление прироста твердолиственных пород делает их чуть мягче, например дуб или ясень имеют тенденцию прирастать более мягкими годичными слоями, так как менее выраженными становятся зоны летнего и зимнего прироста.
В тропических зонах, где температура и сезонные колебания минимальны, в древесине могут полностью отсутствовать заметные кольца, или они могут соответствовать различным сезонам дождей, и поэтому их более правильно относить к кольцам роста, а не строго к годичным кольцам.
Торцевой спил Аводире (Turraeanthus africanus), тропической африканской лиственной породы, показывает полное отсутствие видимых колец роста или зон ранней и поздней древесины.
Заболонь и ядровая древесина
По мере того, как камбий формирует новые клетки древесины, они развиваются в разнообразные размеры и формы для выполнения множества задач, включая хранение питательных веществ, доставку питательных веществ, прочность ствола и т. д. Когда дерево молодое, некоторые клетки в древесине особенно активны и способны проводить сок или накапливать питательные вещества, такая древесина называется заболонью. По прошествии нескольких лет (количество может сильно варьироваться в зависимости от вида деревьев) дереву больше не нужен весь ствол для сокодвижения, и клетки в центральной части ствола, начиная с ядра или сердцевины, начинают отмирать. Эту мертвую древесину, образующуюся в центре ствола, называют сердцевиной. Переход от заболони к сердцевине сопровождается накоплением различных отложений и веществ, обычно называемых экстрактивными веществами. В частности, эти экстракты ответственны за придание сердцевине древесины характерного цвета, например: угольно-черный цвет черного дерева (Diospyros spp.), рубиново-красный цвет кровавого дерева Бросимум (Brosimum rubescens) или шоколадно-коричневый цвет американского ореха (Juglans nigra ) - все они обязаны своими яркими оттенками экстрактам их сердцевины. Без экстрактивных веществ заболонь почти всех пород древесины имеет бледный цвет, обычно от белого до соломенно-желтого или серого цвета.
Экстракты сердцевины древесины, подобные тем, которые содержатся в этом образце розового дерева (или Тулипвуд, Dalbergia decipularis), обеспечивают изобилие цветов и уникальные свойства древесины. Но экстрактивные вещества сердцевины древесины несут ответственность не только за цвет; экстрактивные вещества повышают (в различной степени) устойчивость сердцевины древесины к гниению, а также придают ей дополнительную стабильность и твердость. Заболонь практически не устойчива к гниению, что, по сути, не является необходимым качеством для этой наиболее живой части дерева. С биологической точки зрения легко увидеть преимущества, которые сердцевина древесины приносит дереву по мере того, как оно становится выше и шире, и, между прочим, многие из этих особенностей превращаются в преимущества и для столяров и мастеров по дереву. Однако следует отметить, что зона перехода от заболони к сердцевине, обычно называемая демаркацией заболони, может варьироваться от постепенной до очень резкой: это может быть важно в некоторых проектах с натуральной древесиной, где требуется устойчивость к гниению. Четкая демаркационная линия помогает предотвратить случайное попадание заболони и сводит к минимуму риск последующего гниения или повреждения конструкции.
Орех Американский (границы заболони).
Амазонский палисандр (границы заболони).
Обратите внимание на едва заметный переход от заболони к сердцевине на образце Американского Ореха (Juglans nigra), по сравнению с очень четкой демаркационной линией на палисандре (Dalbergia spruceana).
Плоскости или поверхности натурального дерева
Говоря об обработанной древесине и пиломатериалах, необходимо понимать, о какой поверхности древесины идет речь.
Первая поверхность древесины — это торцевое срез, который дает массу информации для идентификации древесины. Эту поверхность иногда называют поперечной поверхностью или поперечным сечением. Эта плоскость в основном не требует пояснений: в пиломатериале это участок, который образуется при торцовке, на нем можно отчетливо наблюдать годичные кольца.
Вторая поверхность древесины — это радиальный спил древесины, называется так из-за того, что линия распила проходит вдоль радиуса, проложенного от центра бревна. На практике такой спил получают, рассекая бревно через центр на четыре части (пиление «в четверть») и далее из каждой четверти уже получают доски, например попеременно отпиливая с каждой стороны треугольника. Такие доски, если смотреть с торца, имеют годичные кольца, перпендикулярные поверхности доски и идущие вертикально. В английской терминологии такое пиление называется по методу распиловки vertical cut, quarter cut (вертикальное пиление, пиление в четверть).
Третья и последняя поверхность — это тангентальный распил. Термин происходит от латинского слова tangens, которое означает «трогающий», «касающийся» и является причастием настоящего времени от tangere («трогать», «касаться»). Все дело в том, что тангентальная плоскость образуется при распиловке по касательной относительно годичных колец. Например, при распиловке «вразвал», когда пиление начинается со снятия горбыля на одной стороне и далее каждая доска следующая доска снимается параллельным срезом относительно предыдущего. При тангентальной распиловке, доски получаются с сегментами окружностей годичных колец на торцах, а на пласти образуются либо широкие полосы, либо из-за сбежистости бревна – характерный рисунок, который в английском образно называется «корона» (crown), «пламя» (flame), а если полосы имеют равномерную пирамидальную форму или форму заостренных сводов католического собора – то «пирамида» или «кафедральный собор» (pyramid, cathedral).
Этот образец ореха серого (Juglans cinerea) хорошо моделирует все три возможные поверхности дерева. Обратите внимание на прямой и стабильный рисунок текстуры, показанный на поверхности радиального распила справа, по сравнению с относительно хаотичным рисунком на верхней пласти. Торцевой спил показывает направление годичных колец.