الاخشاب في نظر العلم Wood in science

الخشب هو عبارة عن مادة انيزوتروبية (غير متجانسة ) ينتج من النباتات الخشبية مثل, أشجار, شجيرات, ومتسلقات. عكس المواد المتجانسة مثل الحديد وغيرها.

قسم من النباتات المغطاة البذور ذات الفلقة الواحدة منتجة للأخشاب لكنها خالية من الكامبيوم.

الصفات العامة لجميع الأخشاب:

• اصل المنشأ نباتي.

• نحصل على الخشب من الأشجار القائمة داخل الغابة بصورة رئيسية ويحتوي على ماء تختلف درجة تشبعه لذا يجب تجفيفه قبل استخدامه.

• الخشب يعتبر هيغروسكوبي (يمتص ويفقد الماء).

 • تأثير الحرارة على تمدد الخشب قليل بينما تتغير أبعاده بالرطوبة.

•  يمتاز بخاصيته القليلة بنقل الصوت و الحرارة و الكهرباء وله أهمية بالعزل الحراري أو الكهربائي أو الصوتي.

•  الخشب مادة انيزوتروبية أي له ترتيب غير متماثل على اتجاهات ومحاور الخشب الثلاث (عرضي, قطري, مماسي)

•  الخشب يمتص الصدمات أفضل من أي مادة أخرى.

 • الخشب لا يصدأ.

 • يمكن تشكيل الخشب لأشكال عديدة.

 • الخشب كأي مادة عضوية يتعرض للإصابات الفطرية و الحشرية.

•  مادة قابلة للاشتعال و الاحتراق.

•  يمتاز الخشب بتغير الصفات الميكانيكية ليس فقط داخل الأنواع بل أيضا داخل النوع الواحد.

•  الأخشاب المجففة خفيفة الوزن إذا ما قورنت ببقية مواد البناء و بالتالي يمكن التعامل بها و نقلها بسهولة.

تعريف الخشب:

يعرف الخشب من عدة نواحي:

1- من الناحية المادية: هو المادة الأولية الأساسية التي يحتاجها الإنسان وتشكل 70% من المواد المستعملة في حياته اليومية

2- من الناحية الحراجية: هو المحصول الرئيسي الذي يسعى إليه رجل الغابات للحصول عليه بأكبر كمية ممكنة ليكون عمله ناجحا.

3- من الناحية التكنولوجية: هو المادة الخام التي يمكن تحويلها وتصنيعها إلى حاجات صالحة للاستخدام والاستعمال.

4-  من الناحية العلمية: هو مجموعة كبيرة جدا من الخلايا الخشبية التي تنتجها النباتات الخشبية.

خصائص النباتات الخشبية:

•  معمرة.

•  ساق قائم خالي من التفرع, فوق سطح الأرض.

• تحتوي على خلايا خشبية و لحائية.

• تحتوي على كامبيوم حزامي يعطي حلقات نمو سنوية و ربيعية و صيفية.

تصنيف النباتات الخشبية

1- شجرة: نبات خشبي معمر يزيد ارتفاعه عن 7متر تاج مميز.

2- شجيرة: = = = = = = اقل من 7 متر لها سوق متعددة

3- متسلق: = = = = يتسلق على غيره ويكثر في الغابات الاستوائية.

كيف تنمو الشجرة ؟؟

تنموا الشجرة نمو طولي ونمو عرضي, النمو الطولي يكون نتيجة انقسام الخلايا الميرستيمية الأولية الطرفية للجذور والساق والفروع, وقطريا نتيجة انقسام خلايا الكامبيوم (الطبقة المولدة) أي أن الشجرة تنموا باتجاهين بشكل القمة وبالعرض.

الخلايا الخشبية الحية تقوم بجميع الوظائف الفيزيولوجية (هي الخشب العصاري ) وعندما تكبر وتهرم تمتلئ بالمواد الصمغية وتتحول إلى خشب القلب الذي وظيفته الدعم.

التعرف على الأخشاب:

التعرف على الأخشاب عن طريق بناء الخشب والصفات الفيزيائية غير الميكانيكية مثل اللون والطعم والرائحة.... الخ

البناء الخشبي:

- مقاطع الأخشاب: المقطع في الخشب مختلفة مثل المقطع العرضي والمماسي غير المتجانس.

- حلقات النمو السنوية: وهي نوعان (ناقصة, كاذبة) ناقصة:وتكون كالحلقات الطبيعية لكنها غير كاملة الاستدارة

كاذبة: عندما يتعرض الساق إلى عامل خارجي كحريق أو مرض أو إصابات حشرية في فصل النمو يتوقف نمو الساق وبعد زوال المؤثر يتابع الساق نموه فتظهر حلقات نمو كاذبة.

- الخشب العصاري وخشب القلب:الخشب العصاري: هو عبارة عن خلايا حية تقوم بالوظائف الفزيولوجية من نقل وغيره... وعندما تهرم تمتلئ هذه الخلايا بالمواد الصمغية الراتنجية والدباغية والمعدنية وتصبح وظيفتها الدعم الميكانيكي وهذا ما يسمى بالخشب القلب

- الأشعة الخشبية: عبارة عن خلايا بارنشيمية تتخصص بالتخزين والنقل القطري والدعم تكون عمودية في النسيج الخشبي تمتد أفقيا في النسيج الخشبي وتتكون من طبقة أو عدة طبقات من الخلايا وتمتد من النخاع حتى الكامبيوم وتستمر حتى اللحاء

- البرانشيمية: خلايا حية تقوم بتخزين المواد الغذائية وتقوم بجمع الوظائف الفيزيولجية وتألف النسج الأساسي في النبات.

- الأقنية الصمغية الراتنجية: مسافات بينية بين الخلايا محاطة بخلايا مفرزة, تتصل هذه الأقنية مع بعضها وتشكل شبكة راتنجية أو صمغية. نسبة الأقنية الراتنجية أكبر من الصمغية وهذا ما يميز المخروطيات عن عريضات الأوراق (المخروطيات تحتوي نسبة اكبر من الراتنج)

- التركيب والترتيب: التركيب: حجم ونوع المكونات الخشبية (خلايا) أو تركيب المكونات الخشبية وتزاحمها. الترتيب: يقصد به وضع وترتيب واتجاه الأوعية والألياف, عريضة الأوراق تحتوي على أوعية ولا تحتوي على ألياف عكس المخروطيات

• الترتيب المستقيم: يعني أن الخلايا الخشبية تمتد موازية لمحور الشجرة

• التركيب الملتف(الحلزوني): يعني أنه ملتف على المحور الأصلي.

الصفات الفيزيائية الغير ميكانيكية

هذه الصفات مهمة للتعرف على الأخشاب من قبل الإنسان مثل اللون والطعم والرائحة والوزن لمعان....

- اللون: مثلا خشب الإبانوس لونه أسود وخشب الجوز لونه بني محمر, وقد تطرأ تغيرات على اللون بعد تعرض الأخشاب للجو مثل التوت الأحمر يتحول لون خشب القلب من الأصفر إلى البرتقالي.

- اللمعان: خاصية عكس الضوء فمثلا في المقطع الطولي للتنوب نجد له لمعاناً يميزه عن الصنوبر الأبيض وكذلك نميز بين الدردار الأبيض الكثير اللمعان عن الدردار الأسود.

- الرائحة: الجدار الخلوي ليس له أي رائحة بينما الرائحة تنتج عند إفراز بعض المواد المترسبة بالجدار الخشبي إذا ما تعرض لسطح رطب ، خشب الصندل Saltalum album عند حرقه تخرج رائحة زكية ، خشب التاكسوديوم يمتاز برائحة تزنّخ غير مقبولة ، خشب الكاتلبا تشبه رائحته النفط.

- المذاق: معظم الأخشاب عديمة المذاق إلا أن نوع معين وهو أل Lebcedrum lecurret له مذاق مميز.

- الوزن: وهو أهم الصفات الفيزيائية ((الوزن=الحجم.الكثافة)) العوامل التي تؤثر على وزن الأخشاب:-

• جدُر الخلايا: سليولوز 80 – 70 % لجنين 20 – 30 %

• محتويات الخلايا: مواد عضوية مثل (دباغ, صمغ, راتنج...) ومواد معدنية مثل (كالسيوم, مغنيسيوم..)

• الرطوبة: الماء الحر:: هو الموجود داخل الممرات والفراغات الخلوية ويمكن التخلص منه بسهولة. الماء المقيد:: يوجد بين الشعيرات السليولوزية ولا يدخل في تركيبها نسبته 22 – 32% *تتراوح الكثافة النسبية لمعظم الأخشاب مابين 0.4 – 1.5 والوسطي 0.9

نقطة تشبع الألياف:

عبارة عن نسبة معينة من الرطوبة تشكل الحد الأدنى للماء الحر والحد الأعلى للماء المقيد. وهي الحد الفاصل الذي يبدأ عنده حجم الخشب بالتقلص واستمرار عملية التجفيف.

وتختلف نسبة الرطوبة هذه حسب كثافة الخشب فكلما زادت الكثافة قلت النسبة والعكس صحيح , نقطة تشبع الالياف في الأخشاب المسامية 22 – 32 % نقطة تشيع الالياف في المخروطيات من 24 -28%.

طرق تقدير نسبة الرطوبة المئوية للأخشاب

1- طريقة التجفيف: نسبة الرطوبة المئوية=

2- طريقة التقطير: يؤخذ عينة خشبية وزنها من 20 – 50غم (من النشارة مثلا) وتوضع في دورق ويضاف إليها سائل الاستخلاص بمعدل ملتر وهو عبارة عن مذيب قابل للامتزاج بالماء ويتم تسخين هذا المزيج بسخان كهربائي ثم تتم عملية التقطير ./المذيبات المستخدمة: كلوروفورم, تيتراكلورو إيثان وهذه العملية تأخذ من 4-24 ساعة.

3- استعمال آلة قياس الرطوبة: عبارة عن آلة تعمل بالتيار الكهربائي الذي يمر من قطبي الخشب وهي تستند على مبدأ مقاومة الخشب لمرور التيار الكهربائي. كلما انخفضت نسبة الرطوبة تحت نقطة تشبع الألياف. ولهذه الآلة ساعة مرقّمة تبين عليها نسبة الرطوبة.

4- استعمال أشعة النيترون الذريّة: طريقة سهلة إلا أنها خطرة وغير منتشرة إلا في المخابر الذرية ومن قبل المختصين وتتلخص بتسليط أشعة نيوترون على الخشب التي تصطدم بذرات هيدروجين الماء(H2O)

الرطوبة والوزن النوعي للماء

يختلف الوزن النوعي للخشب الجاف حسب كثافته فكلما زادت الكثافة كلما زادت الوزن النوعي للخشب والعكس,.

الخلية الخشبية

[ تتكون الخلية الخشبية من محتويات حية ومحتويات غير حية ]

1- المحتويات الحية:

- السيتوبلازنا

- النواة

- البلاستيدات

2- المحتويات غير الحية:

- الجدار الخلوي: مؤلف من سليولوز 70–80% ولجنين 20-30%

- العصارة الخلوية: في وسط الخلية (تملئ الفراغات الخلوية)

- بلورات الأملاح المعدنية: توجد في فجوات الخلية داخل الخلايا 1%.

مراحل ظهور الخلية الخشبية: وهي مرحلتين مرحلة الانقسام ومرحلة اكتمال النمو.

• مرحلة الانقسام:: يعطي الكامبيوم خلايا أولية غير مميزة لها جدار أولي تتخصص هذه الخلايا إما بالألياف أو الأوعية ....الخ

• مرحلة اكتمال النمو:: مؤلفة من ثلاثة أقسام1) تكوين الجدار الثانوي (2) تكوين الممرات (3) تكوين اللجنين [ترسب اللجنين بين الخلايا]

التركيب الميكروسكوبي لأخشاب المخروطيّات

1) التراكيد:

• الطبيعية: عبارة عن ألياف طبيعية تشكل النسيج الخشبي الأساسي تكون مدببة بالخشب الصيفي ومحدبة بالخشب الربيعي وهي عبارة هن خيوط طويلة ليفة جدرها سميكة.

• التراكيد غير الطبيعية: ألياف راتنجية وألياف سليمة وألياف شعاعية,,

أ‌- التركيد الراتنجية: هي التراكيد المجاورة لخلايا المفرزة للراتنج

ب‌- التراكيد السليمة: وهي تراكيد صغيرة.

ت‌- تراكيد شعاعية: وهي التراكيد المجاورة للخلايا الشعاعية

2) الخلايا البرانشيمية: خلايا حية تقوم بالوظائف الفيزيولوجية من نقل وإفراز وتخزين جدرها رقيقة ممراتها بسيطة.(( برانشيمية الأشعة, برانشيمية الخلايا المفرزة, برانشيمية طولية))

3) الأشعة الخشبية: عبارة عن خلايا برانشيمية تنتج من الكامبيوم, حية في الخشب العصاري وميتة في الخشب القلب. تنموا أفقيا في النسيج الخشبي جدرها رقيقة ممراتها بسيطة تمتد من الحاء إلى النخاع. نسبتها (11Pinus-3.5Thuja%)

4) الأقنية الراتنجية:

- الأقنية الراتنجية الطبيعية: هي خلايا برانشيمية مفرزة للراتنج وتنتج من الكامبيوم وهذه القنوات تمتد عرضيا في الأشعة وطوليا في لخشب. تكون حية في الخشب العُصاري وبعد موت الخلايا تتحول إلى الخشب القلب وتكون مليئة بالراتنج وتوجد بشكل بقع مبعثرة في الخشب الربيعي والصيفي وتنتج من الكامبيوم.

- الأقنية الراتنجية غير الطبيعية: وهي الناتجة عن جرح في الأخشاب حيث تقوم الخلايا البرانشيمية المجروحة بالتحول إلى خلايا مفرزة للراتنج لذلك يتكون جيب راتنجي غير طبيعي, توجد في الخشب الربيعي فقط.

5) محتويات بلورية: معظمها مترسبة من الكالسيوم وهي بلورات معدنية أو تترسب من المواد العضوية توجد في أشكال مختلفة ونسبتها في الصنوبريات قليلة جداً لأقل من 1%.

جدول يبين الفرق بين الأخشاب الصلبة والأخشاب الطرية

الأخشاب الصلبة الأخشاب الطرية

توجد أوعية لا توجد أوعية

الأشعة الخشبية ظاهرة بوضوح وكثيفة الأشعة الخشبية ضيّقة وتظهر بصعوبة في العين المجرّدة

معقّدة التركيب (نسبة الخلايا البرانشيمية أكبر) بسيطة التركيب (نسبة الخلايا البرانشيمية اقل)

المكونات الخشبية متراصة مزدحمة ومختلفة الأشكال المكونات الخشبية غير مزدحمة ومنتظمة الأشكال

مواد صمغية مواد راتنجية

شكل ومظهر الخشب

شكل ومظهر الخشب يظهر في المقطع الطولي(م ط) والمقطع المماسي(م م).

• المقاطع الطولية والمماسية تعطي أشكال مختلفة حسب طبيعة النمو وحسب الترتيب والمواد الملونة

1- طبيعة ونمو الأنسجة.

2- شكل الخشب الناتج عن ترتيب الخشب: ترتيب الخشب عامل أساسي في إعطاء شكل الخشب فمنه المستقيم و المستوي الو الحلزوني.

 عيوب اتجاه الألياف وترتيبها: المعتاد في الإنتاج الخشبي هو الاتجاه المستقيم للألياف وأي انحراف عن هذا يعد عيبا يقلل من متانة الخشب وان كانت بعض ترتيبات الألياف مثل الترتيب المائل والِمعوَج والحلزوني تكون مطلوبة من الناحية الجمالية في إنتاج القشرة.

 نوعيات ترتيب الألياف واتجاهها: هناك تباين شديد في ترتيب الألياف بين الأجناس وداخل الجنس الواحد والنوع نفسه ومن هذه الأشكال.

أ‌- الترتيب المتشابك: الألياف ملتفة تحدث في (Platanus occidentalis, Swetenia mactophyla, Ulmus ssp)

ب‌- التركيب الحلزوني: يحدث في الكازوريناCasuarina ssp وقد يكون مختلطا مع الترتيب المتشابك كما في المخروطيات وعريضة الأوراق على السواء.

ت‌- الترتيب المائل المتقاطع الألياف: ينحرف اتجاه الألياف في ترتيبها ليصبح متقاطع مع اتجاه المحور وهو الذي لا يظهر متصلاّ مع بعضه بعد النشر في المقطع الطولي ولكنه يظهر في التصنيع بشكل شريطي يسمى المظهر الشريطي.

3- وجود بعض المواد الملونة: يظهر للأخشاب أشكال جميلة نتيجة للألوان التي تتصل بها فقد يكون اللون غامق أو فاتح أو ملون وكثيرا ما يكون تلوين الخشب ناتج عن أمراض فطرية تلون الأخشاب ولا يؤثر على التركيب الكيماوي للأخشاب.

- التركيب الكيميائي للأخشاب:

وهو يعبر عن التكوين الكيميائي للخشب من كربون وإيدروجين وأكسجين. و يجد النيتروجين فى المادة الغذائية حيث أنه عامل مهم فى نمو الأشجار ويكون النيتروجين مصطحبا كميات قليلة من الكبريت ومن بعض المعدنيات الصاعدة من الأرض للشجرة مثل االبوتاسيم ، السيلكا ويكون معها بعض من أثار الحديد والمنجنيز.

أما خلايا النمو فى الأشجار تتكون من الحويصلات وتتحول الألياف التى نتضيح هذه التغزية إلى الألياف الخشبية0أما معادلة المادة النشوية التى فى خليا التغزية فهى غير أنها تختلف فى تكوين عن الخلايا نفسها0

ونلاحظ أن كل من العناصر الكربون ، الايدروجين ، الأوكسجين داخل فى تركيب السائل المطاط (الصمغى ) المستخدمة فى بعض الأشجار.

- الخواص الميكانيكية :

يلاحظ عند عمل تجارب على الأخشاب أن لهذه المادة حد للمرونة مثل المعادن والتي تنقص قدرتها ويتسبب عن هذا انحناء ثم الكسر عندما يصل الحمل إلى مقدار من 50 % إلى 70 % من حمل الكسر ويكون من السهل استئصال طبقات الألياف الواحدة من أخرى على اتجاها الطولي ، ويكون من الصعب كسرها عرضيا حيث أن قوى القص تكون من الاستئصال عرضيا حوالي عشر أمثال القوى فى الاتجاه الطولي.

- الكثافة:

تختلف الأخشاب المتعددة فى الكثافة نظرا فى إختلاف خلايا النمو فيها فى الحقيقة أن الخشب أثقل من الماء بدليل أنه لو أزيل منة الهواء أنه يغطس فالأخشاب المقطوعة من جزع الشجرة تكون اثقل من قمه الجزع نفسه – يلاحظ أن أمتن الأخشاب هى الجافة الكبيرة الكثافة.