За счет чего растет дерево
Живое дерево
Для того чтобы понимать свойства древесины и как ее обрабатывать, небесполезно разобраться в том, как растут деревья.
Строение дерева
Процесс питания
Испарение влаги с листьев инициирует и стимулирует сокодвижение сквозь мельчайшие клетки, образующие структуру дерева. Двуокись углерода поглощается листьями дерева из окружающего воздуха через поры в листьях. Питательные вещества, образованные в листьях, распределяются между растущими частями дерева и одновременно запасаются некоторыми клетками.
Фотосинтез
Фотосинтез (образование органических веществ из двуокиси углерода и воды) происходит, когда энергия в виде света поглощается хлорофиллом, зеленым пигментом в листьях, в результате чего образуются питательные вещества, обеспечивающие жизнедеятельность дерева. Кислород, как побочный продукт этого процесса, выделяется в атмосферу.
Структура древесины
Наряду с клетками, ориентированными вдоль оси ствола, есть и так называемые лучевые клетки, ориентированные радиально от центра ствола. Они переносят и накапливают питание в горизонтальном направлении через заболонь. Лучевые клетки образуют плоские вертикальные скопления или полосы, едва заметные у мягких пород и явственные у некоторых твердых сортов древесины, таких, как дуб.
Заболонь и ядро (сердцевина)
У заболони светлый цвет, и она обычно отличается от более темного ядра. Разница в цвете не так заметна у светлых сортов древесины, особенно у мягких. Заболонь хуже по качеству, чем сердцевина, и мебельщики обычно пускают ее в отходы. Она не так устойчива к загниванию, а также подвержена заражению жуками-древоточцами из-за углеводов, скапливающихся в некоторых ее клетках. Пористые и сравнительно тонкостенные клетки легко отдают влагу, и в результате заболонь ссыхается больше, чем более плотное ядро. Однако ее пористость позволяет легко впитывать красящие и защитные вещества.
Поскольку сердцевина является внутренней частью растущего дерева и образуется из старой заболони, она не играет активной роли в процессе роста. Поэтому мертвые клетки могут быть заблокированы органическими веществами, что приводит к изменению цвета клеточной оболочки в присутствии особых химических веществ, называемых экстрактами. Экстракты определяют богатство цвета многих твердых сортов древесины, а также играют определенную роль в защите от грибных болезней и насекомых.
Ранняя и поздняя древесина
Как и у других растении, процесс роста у деревьев зависит от климатических условий. В умеренном климате весной рост обычно ускоренный, летом меньше, а зимой практически отсутствует. Ранняя древесина (или весенняя, как это подразумевается названием) представляет собой часть годичного кольца, образовавшуюся в ранний период годового цикла роста.
Это, конечно, не представляет большой проблемы для большинства ручных или механических инструментов, если их лезвия хорошо заточены. Однако разница в твердости может проявиться, когда поздняя древесина выступает над ранней после полировки. В целом древесина с однородной структурой наиболее легко поддается грубой и тонкой обработке. Распределение клеток твердых пород отчетливо проявляется в текстуре (естественном рисунке поперечного среза дерева) лиственных деревьев. У кольцесосудистых видов, таких, как дуб или ясень, хорошо видны кольца больших сосудов в ранней древесине и плотные волокна и клеточная ткань поздней древесины. Такие породы хуже поддаются отделочной обработке, чем рассеянно-сосудистые, такие, как бук, в которых сосуды и волокна распределены сравнительно равномерно. Хотя сорта типа красного дерева часто рассеянно-пористые, их более крупные клетки могут делать их текстуру грубой.
Как растут деревья
Дерево растет в высоту, надстраивая новые клетки поверх старых. Если ветка дерева выросла на высоте метра над землей, то она так всегда и останется на той же высоте.
А если в молодое дерево вбить гвоздь, поднимется ли он с ростом дерева вверх?
Может ли продолжать расти дуплистое дерево?
Зачем дереву нужна кора?
Когда бушует низовой пожар и огонь подбирается к гигантским секвойям, их толстая кора спасает их, защищая от повреждения. Для многих деревьев толстая кора может в какой-то мере служить защитой от огня. Но это лишь один из примеров той защитной роли, которую она играет.
В случае повреждения кора многих хвойных выделяет смолу, которая залечивает рану и не позволяет проникнуть в нее патогенным грибам и другим болезнетворным организмам. Твердая, жесткая кора защищает дерево и не дает укорениться паразитическим растениям. Кроме того, нежный живой слой дерева оказывается как бы прикрытым от солнца и ветра.
Флоэма лежит прямо под корой. По этой волокнистой ткани от листьев вниз перемещаются сахара.
Как вода поднимается вверх по дереву?
Начало этого пути происходит от корневых волосков, всасывающих воду за счет осмотических сил. Клетки корневых волосков содержат растворенные сахара и соли, и вода поступает в них из окружающей почвы, чтобы уравновесить осмотическое давление.
Напор воды в несколько раз усиливает еще одна сила. Когда растет дерево, происходит испарение воды через его листья. От всего объема проходящей через дерево воды, только 1% потребуется ему для фотосинтеза, а оставшаяся вода просто испаряется. Это создает частичный вакуум, быстро заполняемый водой, поднимающейся от корней.
Как определить возраст дерева, не срубив его
Определить возраст дерева можно также, измерив его обхват на высоте 1-1,5 м над землей. Средний рост дерева не в густом лесу за год составляет 2,5 см. Следовательно можно сосчитать, что дерево с обхватом ствола в 1 метр растет около 40 лет.
Можно ли узнать возраст веток?
Рост деревьев в высоту идет за счет удлинения веток, у которых растет верхушка. У листопадных деревьев новая почка появляется на конце ветки прежде, чем опадет верхний лист. Весной (во время сезона дождей) эти почки лопаются, и появляются новые облиственные побеги. Место, откуда в каждом сезоне ветка начинает свой рост, легко отличить по рубцу в основании ежегодного прироста, и, сосчитав такие рубцы, можно определить возраст ветки.
Кольца деревьев
Непредвиденные обстоятельства нарушают правильный порядок образования колец. Жестокие засухи, поздние заморозки, нашествия насекомых-вредителей и всякие другие беды могут заставить дерево сбросить все листья после начала сезона роста, и до следующего года рост может не возобновиться. Древесные кольца не всегда симметричны, поскольку их рост на одной из сторон может быть в силу каких-либо причин нарушен. Так что по ширине колец, рубцам и другим признакам ученые могут восстановить многие события в жизни дерева.
На самом деле дерево растет не из земли (вы этого точно не знали)
Когда-то этот процесс описал простыми словами американский физик Ричард Фейнман. Так откуда берется дерево? Как вам может быть известно, основа любой древесины это углерод. Но откуда он появляется в дереве? Вы можете ответить, что из земли, и будете неправы.
Правда в том, что большая часть дерева состоит из воздуха. Из земли дерево забирает некоторые минералы – азот, фосфор, марганец, калий, различные соли – всего больше 50 различных химических элементов. Это необходимо растениям для питания. Но из земли растения получают не более 1/5 части необходимых веществ. Остальное они получают из воздуха!
Чтобы лучше это понять, сначала нам нужно представить как взаимодействуют в природе между собой атомы кислорода и углерода.
Атомы этих двух веществ устроены так, что по своей природе они «комфортно чувствуют себя» вместе. И если они вдруг оказываются рядом, они всегда стремятся соединиться в одно целое. Но если они пролетают рядом друг с другом на недостаточно высокой скорости, то они просто отталкиваются и расходятся.
Представьте себе шарик, который вы хотели бы вкатить на холм. На вершине этого холма есть ямка, наподобие кратера, но когда вы недостаточно сильно толкаете шар в гору, он не может докатиться до вершины и скатывается обратно. А если вы запустите его посильнее, он преодолеет барьер, закатится в яму и останется лежать там.
Это образное сравнение, но в целом с атомами кислорода и углерода происходит что-то определенно похожее. Кислород всегда находится рядом с углеродом, но при обычной температуре они движутся друг относительно друга на невысокой скорости и ничего не происходит.
Но если попытаться нагреть эти атомы, то они начнут ускоряться, будут все сильнее ударяться друг о друга, вызывая колебания и ускорения соседних атомов. Тепло заставляет остальные атомы сближаться, создавать еще больше тепла и так далее. В какой-то момент нагрева они начинают преодолевать известный барьер и при определённой скорости столкновения «схлопываются» друг с другом. Начинается цепная реакция, которая есть ни что иное как огонь.
Именно это и происходит когда вы подносите спичку к дереву. Сначала структура дерева не нарушается. Атомы углерода начинают вибрировать, затем когда они нагреваются сильнее, они все сильнее и сильнее раскачиваются, пока наконец не начинают отрываться от своей структуры и схлопываться с атомами кислорода, вызывая цепную реакцию.
Но откуда у атомов кислорода и углерода появилась эта «тяга» друг к другу? Как известно, для фотосинтеза нужны два неорганических вещества — углекислый газ и вода. Фотосинтез делится на две стадии: световая и темновая. Во время световой стадии происходит фотолиз — это процесс распада молекул воды под действием энергии света, образованный в результате фотолиза кислород выделяется в атмосферу.
То есть все, что делает солнечный свет, когда светит на дерево, — это просто отделяет атомы кислорода от углерода. Как бы отрывает их друг от друга. Тем самым, кислород это что-то типа побочного продукта, который солнце выбрасывает обратно в воздух, удерживая углерод с водой и тем самым создавая древесное вещество, буквально как бы строя его из воздуха. Углерод и кислород были одним целым в виде углекислого газа, но оставались разделены тепловой энергией, излучаемой солнцем. Вот откуда берется эта тяга друг к другу.
Получается, что все, чем занимается солнце, – работает над отделением кислорода от углерода.
А что происходит, когда мы поджигаем дерево?
А когда мы берем древесину и кладем ее в камин, мы как бы вновь присоединяем кислород к углероду при помощи нагрева и тот прекрасный свет и тепло, которые выходят наружу при горении дерева, это и есть та солнечная энергия в чистом виде, которая накопилась внутри древесины и теперь вырывается наружу.
Из чего сделано дерево?
Как деревья ломают наше представление о законах физики и вытворяют то, что современные учёные и инженеры пока не в силах повторить!
Часто бывает что самыми интересными оказываются ответы на простые вопросы, например: — Как деревья вырастают такими высокими? На первый взгляд как-то глупо такое спрашивать, деревья просто высокие! Но некоторые из них, достигают высоты выше 100 метров.
Чтобы расти, деревьям необходимо каким-то образом доставлять воду от корней к самой верхушке, а это не так просто как кажется. Если провести эксперимент, всасывать воду через трубочку, то она поднимется максимум на 10 метров! И совсем неважно какой длины будет сама трубка и как сильно вы будите втягивать воздух.
Вода физически не сможет преодолеть эту отметку, потому что над ней окажется вакуум, и жидкость начнет закипать. Чтобы поднять воду на 100 метров, дереву придется создать разницу в давлении в 10 атмосфер! Но каким образом оно это делает?
Проблема доставки воды
Молекулы воды испаряются с поверхности листа и тянут за собой следующие. Безусловно таким образом дерево может создать эффект всасывания, но это не решит проблему 10 метров.
Вода будет стремиться попасть в корень если концентрация веществ там выше, чем в почве. Правда в мангровых зарослях вода настолько солёная, что процесс идет в обратную сторону и деревьям нужно приложить дополнительные силы, чтобы удержать жидкость внутри!
Чем тоньше трубка, тем выше поднимается вода, но диаметры ксилемных трубочек от 20 до 200 микрометров, по ним вода не доберётся даже до метра! Так что же происходит с деревьями?
Отрицательное давление
Теперь представьте что происходит внутри поры. Давление снаружи одна атмосфера, а внутри еще отрицательные 15. Как же работает эта система? Благодаря тому что поры крошечные, от двух до пяти нанометров в диаметре, при таких масштабах граница между водой и воздухом может выдержать невероятно сильное давление. Чем ближе к земле тем выше давление. У корней оно равно 1 атмосфере. Таким образом, разница в давлении достигается за счет создания отрицательного давления на верхушке.
Потребление воды
На фотосинтез уходит меньше 1% воды. Создание новых клеток забирает ещё около 5%. А куда деваются остальные 95%? — Они просто испаряются! На захват одной молекулы углекислого газа, деревья тратят сотни молекул воды. Обычное дерево теряет воду через нанопоры, чтобы создать отрицательное давление больше чем в 10 атмосфер. Чтобы поднять воду на сотню метров в жидком состоянии, хотя та должна закипать, но не может, ведь в их ксилемных трубочках нет воздуха. И все для того чтобы вода почти полностью испарилась, а дерево захватило пару молекул углекислого газа. Невольно начинаешь смотреть на них совсем по-другому.
Материал для роста деревьев
Деревья одни из крупнейших организмов на земле, но откуда они берут столько материалов для роста? Предположим, что большую часть веществ деревья получают из почвы, у них же такие мощные корни, наверняка они зачем-то нужны. Деревья коричневые как земля, они твердые и прочные, но это не так!
В начале 17 века Жан Баптист ван Гельмонт пытался понять откуда дерево берет материалы для роста. Он взял горшок земли и очень точно измерил массу этой самой земли. Затем посадил туда дерево и ухаживал за ним 5 лет, не подсыпая в горшок дополнительной почву. После эксперимента, он установил, что масса дерева составила 72 кг, а вес земли уменьшился всего лишь на 60 граммов. Вполне весомый аргумент в пользу того, что почва тут ни при чём!
Сам Жан Баптиста заключил что деревья состоят из воды, хоть это естественно не так. Он был прав в том, что вещества из которых состоит дерево берутся не из почвы. Солнце дает энергию чтобы дерево могло вырастить листья и ветви, но энергия солнца, это не вещество! Как оказалось, деревья по большей части состоят из воздуха, точнее из углекислого газа.
Как растут деревья?
Как растут деревья?
Как и всему живому, деревьям для роста также требуется питание. Как дерево его получает?
Из почвы растение получает воду и минеральные соли. Из воздуха — двуокись углерода, а зеленые листья дерева перерабатывают солнечную энергию в крахмал, сахар и целлюлозу. То есть в дереве происходит химический процесс, обеспечивающий рост и развитие дерева.
Между древесиной и корой дерева существует тонкий слой клеток, называемый «камбий». В этом слое создаются новые клетки. Те, которые возникают на внутренней части камбия, образуют древесину, не внешней — кору. Поэтому с возрастом дерево увеличивается в диаметре.
Диаметр дерева увеличивается постоянно, но этого не происходит с корой. Зачастую кора лопается, отмирает и отваливается.
Дерево растет ввысь, как и в ширину. На кончике каждой ветки имеются живые клетки. В период активного роста эти клетки делятся, создавая все новые и новые клетки. Они увеличиваются в размере, образуют новые листочки, а также увеличивают в размерах сами веточки. Таким образом растут побеги.
Со временем клетки на концах отростков становятся менее активными, и рост веток замедляется. Эти новые клетки становятся твердыми, похожими на чешуйки, постепенно превращаясь в почку. Эти почки легко обнаружить на дереве зимой.
Весной чешуйки почки раскрываются или опадают, и отросток снова начинает расти. Как видишь, слой камбия и клетки на кончиках ветвей способствует ежегодному росту дерева в диаметре и ввысь.
На срезе дерева видны последовательно расположенные светлые и темные полосы. Различная расцветка свидетельствует о том, что клетки, входящие в состав древесины, имеют неодинаковые размеры. Светлые полосы состоят из больших по размеру клеток, образовавшихся весной и ранним летом. Темные полоски состоят из меньших клеток, расположенных очень плотно и образовавшихся в конце лета. По их размеру можно определить объем древесины, образовавшейся за год, а количество колец соответствует возрасту дерева.
Читайте также
Как растут деревья?
Как растут деревья? Как и всему живому, деревьям для роста также требуется питание. Как дерево его получает?Из почвы растение получает воду и минеральные соли. Из воздуха — двуокись углерода, а зеленые листья дерева перерабатывают солнечную энергию в крахмал, сахар и
Как растут морские водоросли?
Как растут морские водоросли? Если у тебя дома был аквариум, ты, вероятно, замечал, что на его внутренней поверхности появлялся, как бы ниоткуда, зеленоватый налет. Это водоросли. А когда ты купался в прудах и озерах, к ногам прилипали какие-то растения. Это тоже
Где булки растут на деревьях?
Где булки растут на деревьях? «Кто бы мог думать, ваше превосходительство, что человеческая пища, в первоначальном виде, летает, плавает и на деревьях растет?» – удивлялся один генерал в известной сказке М. Е. Салтыкова-Щедрина. «Да, – отвечал другой генерал, – признаться,
Как растут земляные орехи?
Как растут земляные орехи? Если вы посмотрите на закрытый стручок земляного ореха, то увидите, что он очень похож на горох или фасоль. И действительно, земляной орех относится к тому же семейству. Земляные орехи растут кустиками, и егоцветы напоминают цветы гороха. Когда
Как растут омары?
Как растут омары? Одно из самых любопытных морских существ — омар. Он относится к ракообразным, и среди его родственников можно назвать речного рака, креветок и лангустов. Существует три разновидности омаров. Североамериканские омары, обитающие вдоль побережья
Как быстро растут волосы?
Как быстро растут волосы? У подверженных облысению мужчин волосы растут недостаточно быстро. А у мальчиков, похоже, волосы растут слишком быстро. Норма роста волос фактически измерена и составляет около 12 мм в месяц. Волосы не растут по определенной норме каждый день, но
Как растут горы?
Как растут горы? Почти все крупнейшие горные системы планеты продолжают расти и сегодня. Некоторые прибавляют по сантиметру в год, другие поменьше. Долгое время ученые терялись в догадках, пытаясь понять, что за сила побуждает каменные вершины стремиться ввысь. Сдвиг
Где растут орехи?
Где растут орехи? Существует множество различных по цвету, размеру, форме и вкусу плодов, заключенных в твердую оболочку — скорлупу, которые мы объединяем под общим названием орехи. Пожалуй, самыми популярными и любимыми у большинства людей являются грецкие орехи, чьи
Как растут кокосовые орехи?
Как растут кокосовые орехи? Как, наверное, все знают, кокосовые орехи, или просто кокосы, растут на пальмах. Снаружи они покрыты твердой оболочкой, предохраняющие мякоть от повреждений: когда кокос созревает, ему приходится падать с немалой высоты! Кокосовые орехи
Как растут волосы?
Как растут волосы? Знаете ли вы, что и волосы, и ногти имеют одинаковое происхождение? Они растут из ороговевшего слоя нашей кожи. Волос развивается, когда часть этой кожи попадает в нижний слой и пускает там корни. Потом он пробивается вверх через слои кожи и выходит
Как растут наши зубы?
Как растут наши зубы? Каждый зуб состоит из двух частей: корня или корней, прикрепляющих зуб к челюсти, и той части, которая видна во рту. В зубе находится четыре различных вещества. Эмаль, покрывающая верхнюю часть зуба, — вещество твердое и блестящее. Цемент — похожее на