DEL 1: RÅSTOFF. 1 Trevirkets oppbygging. 1.1 Makro. Trær. Skog. Tregrensen. Alder

Transkript

1 1 Trevirkets oppbygging 1.1 Makro DEL 1: RÅSTOFF Skog Definisjon av skog er at trærne må være minst 3 meter høye og det må ikke være mer enn 30 meter mellom dem. Når du ser en fjelltopp på avstand, vil du tydelig seg skoggrensen. Tregrensen Tregrensen er det punktet der det høyest voksende treet som er over 2 meter står. Tregrensen er klimatisk betinget, mens skoggrensen er beitebetinget. Tregrensen øker fra havet og mot innlandet. Den synker fra sør mot nord. I Jotunheimen er den vel 1100 moh. og i Troms er den ca. 200 moh. Ved kysten i Trøndelag er den ca. 300 moh. og stiger til ca. 900 moh. i innlandet. Trær Definisjonen på et tre: Forventet flerårig vekst Samlet i én stamme Når en høyde på minst seks meter Et tre består hovedsakelig av tre hoveddeler: Rot, stamme og krone. Rota har som hovedoppgave å: Feste treet til jorda Suge opp vann med næringsstoffer Lagre reservebyggestoffer Stammen har som hovedoppgave å: Bære krona Danne transportbaner mellom rot og krone Lagre reservebyggestoffer Krona har som hovedoppgave å: Ta opp karbondioksid fra lufta Danne byggestoffer Lagre reservebyggestoffer Alder Det eldste kjente, levende tre er en furu i California som er ca år. Enkelte furuarter kan trolig bli ca år gamle. 7

2 Antatt maksimal biologisk alder for noen treslag: Barlind år Einer år Eik år Furu 800 år Gran 500 år Ask 400 år Dunbjørk 200 år Hengebjørk 200 år Alm 200 år Størrelse Et av verdens største treslag er Sequoia giganta, som kan bli over 80 meter høyt og ca. 35 meter i omkrets i brysthøyde. Det er funnet trær av denne typen som er ca år gamle. Et av de største trærne som er felt i Norge i senere tid, var Siljangrana, som ble felt i Den ble 46,8 meter. Bartre vil i Norge kunne oppnå en diameter på cm i 1,3 meters høyde fra bakken. De største ospene i Norge kan oppnå et volum på 2-3 m 3. Høyde Verdens høyeste tre var en fjellask (Eucalyptus regnans) i Australia som ble over 132 meter høy. Redwood (Sequoia sempervirens) i USA har nådd en høyde på ca. 112 meter. Douglas-trær (Pseudotsuga menziesii) i Canada har nådd en høyde på ca. 126 meter. På Vancouverøya på Stillehavskysten vokser en sitkagran som er 110 meter høy. Den kalles The Carmanha Giant. I Tyskland er høyeste gran målt til 65 meter. I Norge er tilsvarende målt til 47 meter. Furu kan nå opp mot 40 meters høyde. Av lauvtrær kan osp bli ca. 32 meter og bjørk noe lavere. Veksthastighet Etter hver vekstsesong vil det dannes endeknopp og flere sideknopper. Endeknoppen vil neste vekstsesong vokse oppover, og sideknoppene danner grener. Endeknoppene vil derfor gi treets lengdetilvekst. Knoppens vekst gir de brune cellene som danner margen i stamme og grener. Veksthastigheten varierer mye fra treslag til treslag, og fra tre til tre. For norske treslag vil årlig diametertilvekst kunne variere fra under 1 mm og opp til 2-3 cm. Den årlige lengdetilveksten hos norsk gran kan variere fra ned mot 1 cm og opp til 1 meter. Furu oppnår normalt ikke så høy lengdevekst. Når det gjelder de norske lauvtreartene, kan imidlertid en del ha betydelig høyere årlig lengdetilvekst enn dette. Som ekstreme eksempler på veksthastighet, kan det nevnes at det er registrert at treet Albizzia falcata vokste ca. 11 m på 13 måneder (ikke i Norge). I motsatt fall er det registrert at en sitkagran brukte nesten 100 år på å bli 28 cm høy og oppnå en diameter på under 2,5 cm. Egenvekt (densitet) Egenvekten varierer mye fra treslag til treslag, og også innen samme treslag. Som eksempel kan det nevnes at pokkenholt har en egenvekt på ca kg/m 3 (tørrdensitet), mens balsa har en egenvekt på ca. 150 kg/m 3 (tørrdensitet). Kork har en egenvekt på ca. 240 kg/m 3 (tørrdensitet). Årring Årringene består av en lys og en mørk del, som er særlig fremtredende hos bartrær. Den lyse delen dannes om våren og kalles vårved (tidligved). 8

3 Disse cellene har tynne vegger og store hulrom. Sommerveden (senveden) har tykkveggede celler med små hulrom. Hos bartrærne varierer bredden på vårvedsonen med varierende klima. Sommervedsonen er nærmest upåvirket av klimaet. En bred årring vil derfor i de fleste tilfeller ha en mindre andel sommerved og en lavere densitet enn en smal årring. Hos spredtporede lauvtrær er årringene utydelige. Dette henger sammen med at vedrørene er spredt fordelt i veden. Hos ringporede treslag er vedrørene samlet i vårveden, og derfor blir årringgrensen mer synlig. Vårvedsonen hos ringporede lauvtrær varierer lite i bredden. Når årringene er brede, vil sommervedsonen utgjøre en stor andel og veden får en høy densitet. Kambium Kambiet ligger mellom basten og veden, og disse cellene har evnen til å dele seg. Cellene setter av flest celler innover, men de danner også bastceller utover. Bast Innenfor barken ligger basten. Bastceller ligner celler i veden, men har ikke stive vegger. De er levende, og har til hovedoppgave å transportere byggestoffer som er dannet i bladene (nålene) nedover i treet. Bark Utenfor bastlaget er barken. Ytterst består barken av såkalte korkceller. Korkcellene er fylt med luft og impregnert med garvestoff, slik at vann ikke trenger gjennom. Reaksjonsved Hvis treet, eller deler av det, er utsatt for spesielle belastninger, dannes reaksjonsved. Hos lauvtrær dannes strekkved i områder med strekkbelastning. Hos bartrærne dannes trykkved i områder som har trykkbelastning. Vanligvis kalles den tennar. Tennarveden har en rødbrun fargetone, og årringenes vårvedandel er vesentlig mindre enn normalt. Sammenlignet med normalved har tennarved: Høyere densitet Lavere strekkstyrke Større lengdekrymping Lettere for å få lengdevise deformasjoner i trevirket ved tørking Kjerneved Kjerneveden består bare av døde celler, og dannes i de sentrale delene av stammen. Dannelsen av kjerneved starter etter at de ytterste årringene har fått den nødvendige bredde for 9

4 transport av vann og næringsstoffer. Avhengig av diameteren, starter dannelsen av kjerneved i årsalderen. Blokkering av vannledningsbaner er første stadiet i dannelse av kjerneved. Videre blir cellevegg og cellehulrom innleiret med ekstraktstoffer. Kjerneveden er hos mange treslag mørkere, tørrere, tyngre, hardere og mer varig enn yteved. Kjernevedens andel av stammetverrsnittet varierer med treslag, mellom de enkelte trær innen et treslag, og med høyden i stammen. Faktorer som alder, voksested, klima og bestandsstruktur påvirker også mengden kjerneved. Ungdomsved Trestammen inneholder forskjellige stadier med ungdomsved innerst ved margen og modenved ut mot barken. Det er ikke noe skarpt skille mellom de forskjellige vedtypene, men fra margen og ut til årring finnes den såkalte ungdomsveden. Ved å se på et lengdesnitt av stammen, vil ungdomsveden danne en sylinder. Den første veden som dannes ut fra margen har andre anatomiske, kjemiske, fysikalske og mekaniske egenskaper enn ved som dannes lenger ut fra sentrum. Egenskapene vil gradvis forandres i løpet av årene, og er avhengig av kambiets alder. Hos skandinaviske bartrær øker densiteten fra margen og utover til ca årring før den flater mer ut. Likeledes vil celler som dannes etter ca. 25 årringer, få bortimot full lengde. Mikrofibrillvinkelen er større i ungdomsveden enn i moden ved. Den vil være tilnærmet konstant fra ca. 30. årring. Hos hurtigvokst virke vil sylinderen av ungdomsved være større enn mer sentvokst virke. Det er antall årringer som er avgjørende for overgangen mellom ungdomsved og modenved, og ikke årringbredden. Avvik hos ungdomsved i forhold til modenved: Kortere celler Tynnere cellevegg Mindre cellulose, mer lignin Større mikrofibrillvinkel Større fiberhelling Lavere densitet Mindre sommervedandel Ofte mer tennar For bartrær øker følgende egenskaper fra margen og årring ut mot kambiet: Cellelengde Celleveggtykkelse Celluloseinnhold Sommervedandel Styrke Densitet 10

5 Samtidig vil følgende egenskaper reduseres fra margen og årring ut mot kambiet: Lengdekrymping Mikrofibrillvinkel Fiberhelling Lignininnhold Hemicelluloseinnhold 1.2 Mikro Trakeide Trakeider er kombinasjonsceller som tjener to formål; dels å danne transportkanaler for væske fra roten opp til krona, dels å stive av veden. De er hovedcellene i et bartre, der de utgjør omtrent 95 % av volumet, men de forekommer også hos lauvtrær. Alle trakeidene mister sitt levende celleinnhold etter at de er ferdig utvokst i løpet av noen uker, og er dermed døde celler. Trakeidene har et rektangulært tverrsnitt og er kileformet tilspisset i endene. Hos gran og furu er de 3-5 mm lange, og har et gjennomsnittlig tverrmål på omtrent 1/100 av lengden. De er imidlertid litt forskjellig utformet, alt etter hvilken oppgave de har i treet. Vårvedcellene, som skal danne transportkanalene for væskene, har et stort hulrom og er tynnveggede (2-4 µm). Radialveggene er tett besatt med ventiler, som kalles porer. Sommervedtrakeidene skal stive av veden, og har derfor et lite hulrom, men til gjengjeld tykkere vegger (4-10 µm). Trakeidelengden øker fra margen og utover i tverrsnittet til årring, og holder seg deretter noenlunde stabil. Generelt er sommervedtrakeidene litt lengre enn vårvedtrakeidene. Karcelle Lauvtrærne har spesialceller for væsketransporten. Disse kalles karceller. De er korte, vide celler som har mistet sitt celleinnhold, og er altså døde celler. Endeveggen mangler, og de er plassert oppå hverandre slik at de danner rør av varierende lengde, såkalte vedrør. Celletverrmålet kan variere mye fra et treslag til et annet, men uansett dimensjon kan væske transporteres både raskere og i større mengde gjennom karcellene enn hos trakeidene i et nåletre. Hos de fleste lauvtreslag er karene noenlunde jevnstore og ligger spredt over hele årringtverrsnittet (spredtporede, f. eks. bjørk, rogn, or). Hos andre er de spesielt store i vårveden, slik at de markerer årringen (ringporede, f. eks. eik, ask og alm). Vedcelle Lauvtrærne har i tillegg til trakeider også vedceller, som er støtteceller og gir treet styrke. De er kortere enn trakeidene og har tykk vegg. De er smale, spisse, og porene er små og spalteformet. Figuren viser bartre. 11

6 Margstråleceller Margstråleceller er stort sett levende celler samlet i radielle belter (parenkymceller), men trakeidale margstråleceller finnes også. Margstrålenes oppgave er å lede byggestoffer som er dannet i kronen innover fra basten, og eventuelt lagre dem for senere bruk, samt transport av vann/væske. I noen margstråler finnes harpikskanaler. Cellene som danner disse kanalene er også levende, og skiller ut harpiks. Parenkymceller Parenkymceller er levende celler som har til oppgave å lagre og lede byggestoffer. De er korte, firkantede og tynnveggede, og står i forbindelse med hverandre. Hos bartrær er de fleste parenkymceller i margstrålene, mens hos lauvtrær er det ofte mange også i vedens lengderetning. Harpikskanaler Harpikskanaler finnes hos en del bartreslag. Kanalene har ikke selvstendige celler, men er dannet av omkringliggende parenkymceller. Vanligvis finnes det både vertikale og radielle kanaler, og de siste ligger alltid i en utvidet margstråle. Harpiksen står under høyt trykk, og tjener bl.a. til å beskytte treet ved skader og insektangrep. 12

7 Porer Cellene er forbundet med porer. Det skilles mellom tre typer porer: Enkle, linse- og halvlinseporer. Porenes oppgave er å lette transporten av vann og løste stoffer mellom cellene. Mellom levende celler er det enkle porer. Mellom døde celler, f.eks. trakeider, er det linseporer. Hos bartrær fungerer linseporene som en ventil som kan regulere væskestrømmen fra celle til celle. Halvlinseporer finnes i fellesveggen mellom en trakeide og en parenkymcelle. En spesiell form for halvlinseporer er vindusporen, som en finner hos furu. Vindusporen er hovedårsaken til at furu kan trykkimpregneres. Cellevegg Trakeidenes cellevegg består hovedsakelig av stoffene cellulose, hemicellulose og lignin. Se figur neste side. Cellulosen har ekstremt lange tråd- molekyler av størrelse 0,006 mm. Disse trådmolekylene er spunnet sammen i garn, mikrofibriller, som på enkelte felter ligger så godt ordnet at de danner krystallfelter, såkalte miceller. Disse micellene er kortere enn cellulosetrådene (størrelsesorden 0,00006 mm). Cellulosemolekylene som omgir micellene, er ikke ordnet regelmessig. De danner et uordnet, såkalt amorft, sjikt rundt micellene. I lengderetningen er micellene bundet til hverandre ved hjelp av gjennomgående cellulosemolekyler som i overgangen mellom micellene er uordnet og danner et amorft område. Micellenes krystallinske kjerne er hydrofob, det vil si at de molekylære kreftene mellom cellulosemolekylene er meget sterke. Som følge av dette, er vannabsorbsjonen mulig bare på overflaten av micellene. Amorfe områder er å regne som svake punkter i fibrillstrukturen. Det er i disse punktene fibrillene løses opp ved innvirkning av syrer. Fibrillstrukturen er ordnet i lameller. Lamellene bygger opp de enkelte sjikt i celleveggen. De lange, tynne buntene av cellulosemolekyler som danner celleveggen, har en god strekkstyrke, men vil bøye ut dersom de blir utsatt for trykk. Disse buntene blir imidlertid holdt sammen ved at det i hulrommene er innleiret lignin. Dette er tredimensjonale molekyler som opptrer som et kittstoff i konstruksjonen, og derfor vil bidra til å øke trykkstyrken. 13

8 Norsk Treteknisk Institutt 14

9 15

10 Celleveggen Celleveggen er satt sammen av flere lag: Midtlamell Primærvegg Sekundærvegg Midtlamell (M) Midtlamellen er egentlig ikke en del av celleveggen, men et klebesjikt av pektinstoffer og lignin som omgir cellene og binder dem sammen til et fast vev. Primærveggen (P) Primærveggen avsettes straks etter deling av kambiet, og er det ytterste sjiktet i en forvedet celle. Primærveggen består av et tynt nettverk av tilfeldig orienterte mikrofibriller, og er i startfasen elastisk, slik at den kan tøyes etter hvert som cellen vokser. Sekundærveggen (S) Sekundærveggen består av tre sjikt: Yttersjikt (S 1) består av 2-3 lameller med fibrillene orientert nesten vinkelrett på cellenes lengderetning og med en totaltykkelse på ca. 0,2 µm. Midtsjikt (S 2) er hoveddelen av celleveggen. Tykkelsen kan variere fra 1-2 µm i vårvedtrakeider til over 3-10 µm i sommervedtrakeider. Det midtre laget består av lameller. Mikrofibrillene er nesten parallelle, og har en vinkel på med cellens lengderetning. Dette laget utgjør hovedmassen i celleveggen, og her er det også mest cellulose. Orientering av mikrofibrillene i denne celleveggen er meget avgjørende for trevirkets egenskaper. I tennarved har mikrofibrillene en mye større vinkel i forhold til cellens lengderetning. Dette medfører større lengdekrymping i veden. Innersjikt (S 3) er det innerste tynne laget, og begrenser celleveggen mot cellehulrommet. Mikrofibrillretningen er omtrent som i yttersjiktet. På innsiden av cellen finner en hos noen treslag et belegg med vortelignende utvekster (W). (Côté/Haygreen) 16

11 1.3 Kjemisk innhold Tørrstoff I rå ved utgjør vann omtrent halvparten av vekten. Når vannet fjernes ved tørking ned til 0 % fuktighet, er det bare tørrstoff igjen. Ca. 99 % er organisk stoff. Aske fås ved termisk destruksjon og utgjør mellom 0,1 % og 1,0 %. Fordeling av tørrstoff: 50 % karbon (C) 43 % oksygen (0) 6 % hydrogen (H) 0,1 % nitrogen (N) 0,1-1,0 % aske De tre grunnstoffene karbon, oksygen og hydrogen danner forskjellige organiske forbindelser. De viktigste er cellulose, hemicellulose og lignin. Cellulose Den viktigste bestanddelen i trevirke er cellulose, som utgjør % av veden. Cellulose er bygd opp av likeartede molekyler av glukose, C 6H 12O 6. Lengden av cellulosemolekylene er avhengig av hvor mange molekyler som er bundet sammen. Molekylkjedene kan være ganger lenger enn de er tykke. Hemicellulose Hemicellulose er et samlebegrep for en rekke stoffer som er bygd opp av enkle sukkerarter, og utgjør 6-30 % av veden. Disse molekylkjedene blir langt fra så lange som de rene cellulosekjedene. Hemicellulose kan ha funksjon både som byggemateriale og reservestoff. Lignin Lignin kan betraktes som en substans som fyller ut hulrommene mellom cellulosetrådene og binder disse sammen. Lignin utgjør fra 18 % til 40 % av veden, og er bundet godt fast til cellulosetrådene. Både hos bartrær og lauvtrær er det litt mer lignin i vårveden enn i sommerveden. 17

12 Pektin Klebestoffet pektin besørger den første sammenkitting av celleveggene. Pektin er plastisk, og de unge cellene kan dermed forskyves i forhold til hverandre. Garvestoffer Garvestoffer forekommer i nesten alle treslag, og med størst mengde i barken. I barken hos eik og gran kan andel garvestoffer være opptil 20 % av tørrvekten. Garvestoffene inneholder syrer og fenoler som er lett oppløselige i vann, og kan trenge inn i veden og gi tanninskader. Tanniner autooksyderes lett, og gir vannekstraktet brun farge. Harpiks og kvae Kvae er et klebrig, tungtflytende plantesekret, og består av en oppløsning av harpiks i terpentinolje. I praksis blir begrepene kvae og harpiks brukt om hverandre, men dette er ikke helt korrekt. Harpiks betegner en bestemt gruppe kjemiske stoffer, mens en med kvae forstår både harpiks og en rekke andre stoffer som er oppløselige i terpentinolje. Det kan skilles mellom fysiologisk og patologisk kvae. Fysiologisk kvae er en normal bestanddel i trevirket, mens patologisk kvae dannes på grunn av mekaniske skader på treet. Ved påførte skader på yteved og bark åpnes harpiksgangene og kvaeinnholdet strømmer ut. Patologisk kvae kan inneholde % terpentin, og er dermed flytende. I fri luft fordamper imidlertid de flyktige oljene, og de gjenværende stoffene, hovedsaklig harpikssyrer, oksiderer og danner en hard og sprø masse, harpiks. Furustubber kan inneholde mellom 10 % og 30 % harpiks. Harpiksinnholdet hos kjerneved av furu kan være hele 20 % ved rotavskjæret, og synke til ca. 5 % ved 5 meters høyde. Derfra holder det seg noenlunde konstant opp gjennom stammen. I yteveden er det derimot små variasjoner i harpiksinnholdet, ca. 3-4 %. Hos gran og mange andre av de harpiksførende treslag er det mye mindre variasjon mellom harpiksinnholdet i kjerneved og yteved enn hos furu. Her er det heller ikke så store variasjoner i stammens lengderetning som hos furu. Harpiksinnholdet hos gran varierer mellom 1 % og 2 %. Ved undersøkelser av harpiksinnholdet for ulike virkeskategorier, vurdert etter blant annet kvistinnhold og stammeform, er det slått fast at trevirke med virkesfeil har det høyeste harpiksinnholdet. Kvist har ekstra mye harpiks. For grankvist blir harpiksinnholdet oppgitt til 8-16 % av tørrvekten, mens tilsvarende for furukvist er %. Aske Hos våre viktigste skogstrær varierer askeinnholdet mellom 0,1 % og 1,0 % av tørrvekten. Aske inneholder en rekke mineralstoffer. Disse forekommer oftest i små mengder, men noen av dem (essensielle grunnstoffer) er en absolutt betingelse for trærnes vekst. Lauvtrær har nærmere dobbelt så stort askeinnhold som bartrær, men det relative innholdet av de forskjellige stoffene er derimot temmelig likt. 18

13 I kjerneveden er askeinnholdet vesentlig lavere enn i yteveden. Dessuten er sammensetningen av asken noe forskjellig i kjerne og yte fordi kjerne- veden har stort innhold av kalsium, mens yteveden utmerker seg ved høyt fosfor- og kaliuminnhold. Mineralstoffer i % av ren aske Gran Furu Eik Yte Kjerne Yte Kjerne Yte Kjerne Aske i % av vedens tørrstoff 0,26 0,21 0,19 0,15 0,42 0,16 K 2O 38,1 29,0 29,0 15,1 46,5 40,9 P 2O 5 11,2 1,0 7,4 0,9 12,4 2,6 CaO 21,5 35,9 28,2 41,3 16,5 24,9 MgO 5,7 9,6 11,2 15,8 6,2 2,7 Fe 2O 3 6,0 8,3 6,4 5,5 3,5 3,1 SO 3 4,3 4,2 5,3 4,5 3,4 3,1 SiO 2 3,6 1,0 2,1 3,4 1,3 5,4 Na 2O 1,5 3,2 4,7 3,1 2,7 1,4 (Trendelenburg/Mayer-Wegelin) 19