Читатель Чарльз Гэммонд из Кингстона, штат Массачусетс, обратился с вопросом о росте местной древесины:

Там, где я вырос в Англии, местную древесину было настоящим испытанием пилить вручную. Чаще всего это были дуб, боярышник, бук и еще несколько пород. Когда я был парнем и юношей, мне казалось логичным, что деревья, медленно растущие в холодном климате севернее 50-й параллели, должны быть крепкими, твердыми и сильными! Но потом отец показал мне "красное дерево", выращенное в Свазиленде, которое его работники срубили и распилили двуручными пилами длиной 8 футов. Он сказал, что двоим мужчинам понадобился целый день, чтобы перепилить ствол, и им пришлось дважды подтачивать полотно. Это была твердая древесина!

Бирманский тик, меранти и махагони – среди очень твердых и крепких пород из тропиков. Возле моего нынешнего дома Powder Point в Даксбери стоит в приливной воде уже более 100 лет. Он выстроен из какой-то африканской древесины. Разве жаркие, влажные и мокрые условия не должны способствовать быстрому росту деревьев с широкими летними кольцами, которые можно резать разве что хорошим ножом для стейка? Почему же самые твердые породы, кажется, растут там, где из-за погоды чувствуешь себя как мокрая тряпка?

Основной вопрос, который задает господин Геммонд, — образуют ли деревья древесину твердости в ответ на климатические условия. Ответ – да, но с уточнениями. Тип древесины, формирующий дерево, эволюционировал в течение миллионов лет под влиянием многих факторов, прежде всего климата, конкуренции между видами, почвенных условий и освещения.

Плотность древесины, то есть ее масса на единицу объема, является количественным показателем жесткости. Ученые по древесиноведению обычно используют безразмерный показатель - относительную плотность (specific gravity), описывающую плотность древесины относительно плотности воды (1,0). Относительная густота хорошо отражает прочность на сжатие.

В таблице я разместил некоторые лиственные и хвойные породы по значениям их относительной густоты при влажности 12%. Из приведенных пород бакаут (lignum vitae), эбеновое дерево, борнейское железное дерево, грингарт и ипе имеют плотность, равную или больше плотности воды, и все они тропические.

Это напоминает случай на пятиакровой скале у побережья штата Мэн почти 40 лет назад. Береговая охрана США решила автоматизировать там маяк, что требовало постройки вертолетной площадки для периодического технического обслуживания. На остров доставили партию борнейского железного дерева, но, не имея места для высадки, решили доставить бревна до берега вплавь. Можете догадаться, чем все кончилось. Если железное дерево станет чрезвычайно ценным, водолазы, возможно, попытаются поднять его со дна.

Хотя тропики несомненно дают самую тяжелую и жесткую древесину, они также известны породами средней плотности и даже самой легкой древесиной — бальзой. Деревья умеренных широт обычно имеют древесину средней плотности, а хвойные породы несколько менее плотные, чем лиственные умеренного климата.

Эти диапазоны для тропических и умеренных видов свидетельствуют о том, что температура непосредственно не определяет плотность. А как насчет влаги? Бакаут произрастает на открытых, очень сухих и солнечных участках Южной Америки. Эбен – подлесная порода тропических лесов Западной Африки. Бальза – также вид влажных тропических лесов, как и махагони. Тик – муссонная порода, то есть растет в условиях четко выраженных влажных и сухих сезонов, а мангровые – это прибрежные виды, приспособленные к соленой воде. Никакой четкой закономерности.

Деревья эволюционировали, реагируя на сложный комплекс факторов окружающей среды - свет, температуру, влагу - чтобы занять определенную экологическую нишу. Это означает, что при одинаковых условиях одни виды быстро заселяют открытые участки, быстро растут, формируют низкоплотную древесину и имеют короткий жизненный цикл. Их называют пионерными видами. Примеры среди лиственных — бальза, сейба и дрожащая осина.

Другие лиственные породы, более теневыносливые, медленно растут в подлеске и занимают участок, когда пионерные виды начинают отмирать.

Эти второстепенные виды должны развивать большие кроны, чтобы затенять конкурентов, а значит, требуют более крепкого ствола для их удержания. Самая интенсивная конкуренция наблюдается во влажных тропиках, где на одном гектаре может расти более сотни видов деревьев или лиан, соперничающих за солнечный свет.

Даже на сухих участках, где недостаток влаги ограничивает конкуренцию, широкая крона может затенять почву вокруг дерева, уменьшая испарение. Бакаут приспособлен к сухим условиям, где деревья расположены далеко друг от друга; это невысокое дерево с большой раскидистой вечнозеленой кроной. Его высочайшая плотность древесной породы просто выдерживает эту массивную крону.

Но что насчет хвойных, таких как секвойя и кедры? Как секвойя может произрастать столь высокой и жить так долго с относительно низкой плотностью древесины? Если отпадает потребность в большой и тяжелой кроне, основание ствола должно обеспечивать только достаточную прочность на сжатие для поддержания ствола схожей плотности. Поэтому древесина может иметь почти любую плотность выше минимально допустимого механического предела.

Секвоя – самое высокое дерево в мире, но ее древесина менее плотная, чем у осины или липы. Она имеет очень узкую крону, поскольку эволюционировала в те времена, когда конкуренции со стороны лиственных не существовало. Сейчас секвои, как и все хвойные, проигрывают в конкуренции и занимают лишь небольшую часть своего бывшего ареала, который в геологическом прошлом простирался через Северную Америку и Европу.

Большинство хвойных удерживают доминирование на участке, растя плотными насаждениями и имея вечнозеленые листья, которые затеняют конкурентов в течение всего года. Эта стратегия работает, пока пожар, ненастье, болезнь или вырубка не откроют территорию для лиственных. Лесоводы часто применяют гербициды для контроля такой конкуренции в искусственных хвойных насаждениях.

Некоторые хвойные выдерживают бедные питательными веществами почвы, подобные тем, в которых они эволюционировали, поэтому выживают в болотах или на сухих гравийных участках, где конкуренция со стороны лиственных минимальна. За незначительными исключениями, хвойные отсутствуют в тропиках, но хранятся в холодных, бедных питательными веществами бореальных регионах мира.

Одним из навыков выживания долговечных видов, которую нельзя определить только по плотности, является способность откладывать в ядровой древесине химические вещества, токсичные для грибов и бактерий, вызывающих гниение. Пионерным видам не нужно беспокоиться о стойкости к гниению — их роль заключается лишь во временном заселении участка. Но среди долговечных пород такие деревья, как кедр и секвоя, защищающие ядро, могут расти высокими даже с менее плотной древесиной, чем, например, ясень или клен, в которых ядровая древесина склонна к гниению и требует прочного слоя заболони, чтобы предотвратить деформацию в случае разрушения ядра. В тропиках, где организмов-разрушителей особенно много, деревья часто формируют и плотную и устойчивую к гниению древесину, что также позволяет им иметь большие кроны.
Как судостроители мы пользуемся разнообразием стратегий, которые древесины произвели за миллионы лет эволюции. Это разнообразие позволяет выбирать из широкого спектра плотностей, уровней стойкости к гниению и даже, используя корни или ветви, получать изогнутые формы для шпангоутов.
Эта статья из рубрики "Технология древесины" впервые появилась в выпуске журнала WoodenBoat за май/июнь 2020 года. Доктор Ричард Джагелс – почетный профессор лесной биологии Университета Мэн (Ороно). Корреспонденцию для доктора Джагелса просим посылать по почте в адрес редакции WoodenBoat.