Конструкция дереваКонструкция дерева обеспечивается в основном двумя факторами. Первый – созидающий. Он обусловлен генетическим аппаратом, унаследованным от родителей, и многочисленными мутациями. Второй – разрушающий. Это силы природы: ветер, перепады температур, тяжесть, например, выпавшего снега и многие другие внешние воздействия. И сколько бы вы ни искали двух абсолютно похожих деревьев, вам их не найти. Хотя, конечно, для каждого вида генетическим кодом запрограммирован усредненный облик дерева. Попробуем разобраться, как же такое усредненное дерево «строит» себя. Начнем с кроны. У большинства видов форма ее округла, хорошо обтекаема воздушным потоком. Ствол дерева занимает центральное положение, выполняя роль несущего стержня. Крона равновесно располагается по стволу так, чтобы не сместить центр тяжести дерева. Под воздействием внешних факторов эта симметрия может нарушиться, но дерево от этого не погибнет, так как в действие будет приведена система приспособления к изменившимся условиям. Так, при постоянно дующем ветре, например, дерево может наклониться.
Приспособление дерева к изменившимся условиям. Нарастание биомассы в стволе при постоянно дующих ветрах (слева); если дерево накренилось, то древесина нарастает в местах напряжений (справа) В результате сместится центр тяжести. Тогда в зоне корневой лапы в местах напряжений начнется интенсивное нарастание биомассы древесины. Это усилит прочность дерева в положении крена. Не менее интересна способность растения «чувствовать» центр тяжести нашей планеты. На любой наклонной поверхности дерево, особенно хвойное, занимает всегда строго вертикальное положение. Постоянно находясь в окружении удивительных явлений окружающего мира, свыкаясь с ним, мы относим их к разряду обыденных, привычно не замечаем. Но, вдумайтесь, какой чувствительный прибор должен быть в верхней точке роста дерева, чтобы с точностью до нескольких минут определять его вертикаль. Строители в таких случаях пользуются отвесом, а вот каким «отвесом» пользуется дерево, это еще предстоит узнать. Ветви дерева могут иметь самую различную конфигурацию, рост их и развитие обычно активизируются в направлении свободного пространства, но их объем при равных диаметрах и длине для определенного вида будет равным. Установленная закономерность, кроме теоретического, имеет и прикладное значение, она позволяет рассчитать таблицы объема ветвей. К сожалению, их пока нет у заготовителей древесины – а жаль. Знание точного объема ветвей поможет значительно сократить вырубку деревьев – примерно пятая часть стволов идет на производство технологической щепы для самых разных надобностей, и на это можно использовать ветки. В зависимости от густоты стояния стволов масса ветвей от объема дерева составляет для хвойных пород 10...15 процентов, для лиственных – 15...30. Причем, эта древесина первого сорта, а ее у нас чаще всего сжигают на лесосеках. Известна следующая закономерность. Основная масса древесины из дерева, растущего в лесу, концентрируется в стволе, у свободно растущего (на поляне, на опушке) – в кроне, то есть в ветвях. Но общая масса древесины у таких деревьев при равных диаметрах стволов будет одинаковой. Важнейшее требование ко всем строениям – прочность. В этом плане конструкция дерева безупречна. В момент ураганного ветра, когда воздушный поток движется со скоростью, достигающей 130...150 километров в час, дерево с диаметром ствола 50 сантиметров выдерживает напряжение воздушного потока силой 5...7 тысяч килограммов. Такой ветер валит телефонные столбы, срывает крыши домов. Чтобы выдержать натиск воздушного потока, дерево наклоняется к земле, принимает флагообразную форму, ветви его при этом изгибаются, разворачиваясь почти на 90 градусов. Ломаются ветви, сбивается лист. Среднее дерево имеет 35...40 тысяч листьев общей площадью 80...120 квадратных метров. И хотя все листья располагаются параллельно ветровому потоку, потеря их значительно сокращает трение и давление воздушного потока на дерево. На первый взгляд может показаться, что потеря листвы не тонкий расчет его архитектора – эволюция, а естественная последовательность разрушительного действия ветра. Однако дерево всегда сначала теряет листву и лишь потом ветер выворачивает его с корнями или ломает. Способность противостоять натиску воздушного потока обеспечивается в первую очередь качеством строительного материала. Исследования показали, что древесина дуба на сжатие выдерживает давление 450...500 килограммов на квадратный сантиметр, а на растяжение – до 1050 килограммов! То есть ее прочность на растяжение соперничает с лучшими сортами нейлоновых тканей. Для разных пород эти показатели могут меняться. Если дерево постоянно подвергается действию ветров, то прочность древесины возрастает на 5...10 процентов, увеличивается ее свиливатость, то есть волокна на стволе располагаются по спирали, что увеличивает прочность дерева при радиальных напряжениях на его несимметричную крону. Не менее интересна и нижняя часть конструкции дерева – его корни, скрытые в толще земли и служащие ему фундаментом. Впрочем, роль фундамента выполняет только корневая лапа – в радиусе 5...6 диаметров от шейки ствола. Здесь корни имеют хорошо выраженную форму клиньев, глубоко врезающихся в почву. За пределами лапы, корни, называемые скелетными, имеют почти цилиндрическую форму. Уменьшение их диаметра на метр длины здесь составляет не более 1...2 миллиметров. Тонкие нити корней буквально пронизывают каждый сантиметр почвы в радиусе до 15...18 метров от ствола, охватывая площадь питания в 700...800 квадратных метров, проникая на глубину до 10...15 метров, и тогда общий объем почвы, «держащий» и питающий дерево, достигает 7...8 тысяч кубических метров!
Корневая лапа – это зона одревесневших корней (слева). В зоне лапы физико-механические свойства корней равны примерно древесине ствола, а дальше они выдерживают на сжатие всего 14...16 килограммов, на растяжение – 650...800 килограммов на квадратный сантиметр. То есть одревесневшая лапа служит прочной опорой дереву, тогда как поверхностные скелетные корни выполняют роль мощных тяжей, удерживающих ствол в вертикальном положении при сильном порыве ветра. Эти корни способны растягиваться на 4...5 сантиметров на метр длины, что позволяет дереву в момент натиска ветра отклоняться от вертикального положения на 15...18 градусов, тем самым значительно сокращая площадь фронтальной атаки. Кто в бурю прятался под деревом, наверняка мог заметить, как приподнимается земля корнями дерева при раскачивании его порывами ветра. Соотношение объема корней и надземной части древесного растения не остается постоянным. У молодого деревца наблюдается интенсивный рост корней, и в этот период оно наиболее конкурентоспособно. Быстро разрастаются корни, занимая свободную площадь питания. В таком возрасте существует относительное равенство между объемом наземной и корневой части дерева. В более поздние периоды жизни объем надземной массы может быть больше корней в 3...4 раза, так как накапливается древесина в стволе и ветвях. Дерево, растущее на свободном пространстве, в 2...2,5 раза меньше по высоте его однолетка в лесу. Ствол в сечении имеет форму овала и переходит в мощные поверхностные корни. По величине этих овалов можно безошибочно определить, с какой стороны дует преобладающий ветер. Такая конструкция позволяет дереву достигать необходимой прочности при сравнительно небольшой затрате материала. В однородной лесной полосе, где преобладающий ветер дул перпендикулярно, были измерены стволы деревьев. Оказалось, что диаметр по ветру относится к диаметру поперек его как 1,26 к 1,0, то есть стволы имели хорошо выраженную форму эллипса. В приведенных примерах остается загадкой, как дерево определяет величину напряжений и их места. Существует мнение, что сигнализатором в таких случаях служит изменение биоэлектрического потенциала (БЭП) клеток в местах напряжений, что способствует их разрастанию. В тело плотины и высотных сооружений, как известно, укладываются датчики, сигнализирующие о механических деформациях в материале. Дерево не только обладает такой способностью, но и усиливает места напряжений древесными волокнами с расчетом на критические нагрузки.
|
