Ξύλο

Το ξύλο, ορισμένες φορές, ονομάζεται ξύλωμα ή δευτερογενές ξύλωμα (αγγλ. secondary xylem), όταν συναντάται στους βλαστούς και τους κορμούς των δένδρων^[4], ή ορίζεται έτσι, ώστε να καλύπτει τα ξυλώδη μέρη των ριζών των δένδρων, ή των θάμνων^[5]. Στα ζωντανά δένδρα, το ξύλο ή ξύλωμα επιτελεί τρεις θεμελιώδεις λειτουργίες^[6], ήτοι:

• Ως κορμός, παρέχει μηχανική στήριξη και υποστήριξη επιτρέποντάς τα να γίνουν πιο ψηλότερα και παχύτερα.
• Λειτουργεί ως αγωγικό σύστημα, δηλ. σαν ένας αγωγός νερού και θρεπτικών ουσιών, ή άλλων ενώσεων από τις ρίζες προς τον κορμό, τους μικρότερους βλαστούς και τα φύλλα.
• Στα ζωντανά δέντρα, ορισμένα ξυλώδη κύτταρα συνθέτουν από μόνα τους σημαντικές βιοχημικές ενώσεις για να καλύψουν τις ίδιες ανάγκες τους σε πολύτιμες ουσίες, λ.χ. προστατευτικές, θρεπτικές, ορμονικές ή επουλωτικές.

Με τον απλό όρο ξύλο ή ξυλώδη υλικά καλούνται επίσης και τα παρόμοια ξυλώδη μέρη άλλων φυτών (βλ. μπαμπού, κενάφ κ.ά.), χωρίς να αποτελούνται όμως από δευτερογενές ξύλωμα. Πρόσθετα στην καθομιλουμένη γλώσσα, με τη λέξη ξύλο νοούνται και τα προϊόντα του ξύλου που βιομηχανικά μπορεί να παράγονται από ξυλώδη στοιχεία (λ.χ. σύνθετη ξυλεία), λεπτά φύλλα ξύλου (λ.χ. κόντρα-πλακέ), προσανατολισμένα ξύλινα τεμαχίδια (λ.χ. ξυλοπλάκες OSB), μικρά και λεπτά ξυλοτεμαχίδια (λ.χ. μοριοσανίδα), ξυλώδεις ίνες (λ.χ. ινοσανίδα), ή από εμποτισμένη ξυλεία.

Το 2005, εκτιμήθηκε ότι η Γη έχει περίπου 434 δισεκατομμύρια κυβικά μέτρα δασικών ξυλωδών αποθεμάτων, από τα οποία το 47% ήταν εμπορεύσιμο.^[7] Ως άφθονη ανανεώσιμη - οργανική ύλη, τα ξυλώδη υλικά έχουν προοπτικές και ως ανανεώσιμες πηγές ενέργειας.

Το 2018, ο FAO εκτίμησε ότι ξυλεύθηκαν περίπου 3,97 δισεκατομμύρια κυβικά μέτρα στρογγυλής ξυλείας (round timber), σε όλο τον πλανήτη. Οι κυριότερες χρήσεις της ξυλείας είναι: καυσοξυλεία, χαρτοπολτός και χαρτί, έπιπλα, δομική ξυλεία, και συγκολλημένα και σύνθετα προϊόντα^[8]

Το 2011, μια ανακάλυψη στην καναδική επαρχία του Νιου Μπράνσγουικ ανακαλύφθηκαν τα παλαιότερα γνωστά φυτά που είχαν αναπτυσσόμενο ξύλο, πριν από περίπου 400 εκατομμύρια χρόνια.^[9] Το ξύλο μπορεί να χρονολογηθεί με τη χρονολόγηση με άνθρακα 14 και σε μερικά είδη με δεντροχρονολόγηση, δίνοντας έτσι τη δυνατότητα να υπολογιστεί περίπου από πότε χρονολογείται κάποιο ξύλινο αντικείμενο.

Οι άνθρωποι χρησιμοποιούν το ξύλο για χιλιετίες για πολλούς σκοπούς, αλλά κυρίως ως καύσιμο και ως κατασκευαστικό υλικό για παραγωγή κατοικιών, εργαλείων, όπλων, επίπλων, παλετών - κιβωτίων, καλλιτεχνημάτων και χαρτιού. Εκτός των άλλων, οι μεταβολές χρόνο με το χρόνο του πλάτους των δακτυλίων των δέντρων και η σχετική αναλογία αφθονίας των ισοτόπων δίνουν στοιχεία για την αποκάλυψη των μεταβολών στο κλίμα.^[10]

Οι κύριες κατηγορίες των ειδών ξύλου είναι δύο: τα κωνοφόρα είδη (που ανήκουν στα Γυμνόσπερμα) και τα πλατύφυλλα είδη (που ανήκουν στα Αγγειόσπερμα). Τα κωνοφόρα έχουν δύο υπο-ομάδες, αυτά που έχουν ρετσίνι (δηλαδή φέρουν ρητινοφόρους αγωγούς) και αυτά που δεν έχουν ρετσίνι.

Τα πλατύφυλλα είδη, με κριτήριο τον τρόπο διάταξης των πόρων τους, χωρίζονται σε δακτυλιόπορα, ημιδιασπορόπορα, και διασπορόπορα. Στα δακτυλιόπορα, οι πόροι στο πρώιμο είναι μεγάλοι και έχουν τη μορφή μεγάλου δακτυλίου, ενώ στα διασπορόπορα, οι πόροι έχουν ένα ίδιο μέγεθος και είναι διάσπαρτοι μέσα σε κάθε αυξητικό δακτύλιο. Τα ημιδακτυλιόπορα είναι μια ενδιάμεση κατηγορία, με πολύ λιγοστά είδη.^[11][12]

Μακροσκοπικά γνωρίσματα

Το ξύλο ή ξύλωμα (xylem) παράγεται στα δέντρα (δικοτυλήδονα φυτά) με την αύξηση της διαμέτρου με το σχηματισμό, μεταξύ των προϋπαρχόντων στρωμάτων και του εσωτερικού φλοιού, νέων στρωμάτων ξύλου, που επικαλύπτουν ολόκληρο τον κορμό, τα ζωντανά κλαδιά και τις ρίζες. Η διεργασία είναι γνωστή ως δευτερογενής αύξηση (secondary growth) και είναι το αποτέλεσμα της κυτταρικής διαίρεσης στον κάμβιο, που είναι ένα μερίστωμα, και της επακόλουθης επέκτασης των νέων κυττάρων είτε ξύλου προς το εσωτερικό, είτε φλοιού προς το εξωτερικό του κορμού.

Αυτά τα κύτταρα μετά σχηματίζουν μεγάλου πάχους δευτερογενή κυτταρικά τοιχώματα, που αποτελούνται κυρίως από κυτταρίνη, ημικυτταρίνες και λιγνίνη.

Αν η διακριτότητα ανάμεσα στις εποχές είναι ετήσια, τότε οι δακτύλιοι ανάπτυξης αναφέρονται ως ετήσιοι δακτύλιοι. Ωστόσο τεχνικά προτιμάται ο όρος αυξητικοί δακτύλιοι.

Αν υπάρχουν διαφορές μέσα στο δακτύλιο, τότε τα τμήματα του δακτυλίου που βρίσκεται εγγύτερα στο κέντρο του δέντρου σχηματίζονται νωρίς στην εποχή ανάπτυξης (την άνοιξη), όταν η ανάπτυξη είναι γρήγορη, και αποτελούνται συνήθως από πλατύτερα στοιχεία. Συνήθως έχουν ανοικτότερο χρώμα από τα τμήματα του δακτυλίου ανάπτυξης που βρίσκονται προς το εξωτερικό του δακτυλίου. Αυτά τα διαφορετικά εποχιακά τμήματα είναι γνωστά ως πρώιμο ξύλο ή ξύλο άνοιξης, και το όψιμο ξύλο.^[13] Ωστόσο, υπάρχουν μεγάλες διαφορές σε όλα αυτά, που εξαρτώνται από το είδος του ξύλου (δηλαδή του δέντρου).

Στο ξύλο των τροπικών ειδών, οι παραπάνω διακρίσεις για τις εποχές, προφανώς και δεν ισχύουν.

Κυτταρικά γνωρίσματα

Τα κύτταρα του λέγονται ξυλώδη και είναι ειδικά κύτταρα που δομούν (συγκροτούν) τους ιστούς στο ξύλωμα στα δασικά δένδρα. Είναι κύτταρα χωρίς πυρήνα και πρωτόπλασμα, ενώ διατηρούνται ζωντανά μόνον για λίγες ημέρες μετά τη γέννησή τους (15-20 ημέρες^[14]. Τα κύτταρα αυτά διαφέρουν σε σχήμα, μέγεθος και λειτουργία στα διάφορα είδη ξύλου. Κάποια έχουν ρόλο αποθηκευτικό ή αγωγικό, ενώ άλλα ξυλώδη κύτταρα είναι υπεύθυνα για την παραγωγή νέων κυττάρων (βλ. αναπαραγωγή) και λέγονται καμβιακά.

Στα δένδρα, τα κωνοφόρα είδη (softwoods) και τα πλατύφυλλα είδη (hardwoods) φέρουν εντελώς διαφορετικούς τύπους ξυλωδών κυττάρων^[15]. Στα κωνοφόρα: τραχεΐδες (αξονικές και ακτινικές), ακτινικά παρεγχυματικά και αξονικά παρεγχυματικά κύτταρα. Στα πλατύφυλλα τα ξυλώδη κύτταρα είναι τα εξής: μέλη αγγείων, ίνες, ακτινικά παρεγχυματικά και αξονικά παρεγχυματικά κύτταρα.

Τα κύτταρα συνδέονται μεταξύ τους με διαφόρους τρόπους και συγκροτούν τους ιστούς του ξύλου. Τα κύτταρα ξύλου κωνοφόρων διαφέρουν ως προς τη γενική μορφολογία από τα κύτταρα των πλατυφύλλων. Τα περισσότερα κύτταρα είναι επιμήκη και έχουν το μεγάλο τους άξονα παράλληλο προς τον άξονα του κορμού, με εξαίρεση τα κύτταρα των ακτίνων που κατευθύνονται από την εντεριώνη προς το φλοιό. Σε κάθε κύτταρο διακρίνονται: i) η κυτταρική κοιλότητα και ii) το κυτταρικό τοίχωμα. Επίσης, τα ξυλώδη κύτταρα συνδέονται μεταξύ τους με iii) τη μεσοκυττάρια στρώση, η οποία είναι πλούσια σε λιγνίνη, και ο ρόλος της είναι συγκολλητικός μεταξύ των ξυλωδών κυττάρων.

Αυξητικοί δακτύλιοι

Το ξύλο, με την αυστηρή έννοια, παράγεται στα δέντρα, τα οποία αυξάνονται σε διάμετρο από το σχηματισμό, μεταξύ του υπάρχοντος ξύλου και του εσωτερικού φλοιού, από νέο ξυλώδες στρώματα που περιβάλλουν ολόκληρο το στέλεχος, τα κλαδιά και τις ρίζες. Αυτή η διαδικασία είναι γνωστή ως δευτερογενής ανάπτυξη. Είναι το αποτέλεσμα της διαίρεσης των κυττάρων στο κάμβιο, ενός μεριστώματος. Αυτά τα κύτταρα στη συνέχεια σχηματίζουν παχιά, δευτερογενή κυτταρικά τοιχώματα, αποτελούμενα κυρίως από κυτταρίνη, ημικυτταρίνες και λιγνίνη.

Όπου οι διαφορές μεταξύ των τεσσάρων εποχών είναι διαφορετικές, π.χ. Ελλάδα, η ανάπτυξη μπορεί να συμβεί σε ένα διακριτό ετήσιο μοτίβο, που οδηγεί σε αυξητικούς δακτυλίους. Αυτοί συνήθως φαίνονται καθαρά. Εάν η διάκριση μεταξύ των εποχών είναι μη καθαρή (βλ. τροπική ή υποτροπική ζώνη), οι δακτύλιοι είναι εντελώς δυσδιάκριτοι, ή εκλείπουν.

Την άνοιξη, είναι συνήθως ανοιχτότερου χρώματος και είναι γνωστοί ως πρώιμο ξύλο, ενώ το εξωτερικό τμήμα που σχηματίζεται αργότερα, το θέρος, είναι τότε ως όψιμο ξύλο (latewood, summerwood).^[16] Καθώς ένα δέντρο μεγαλώνει σε διάμετρο, το πλάτος των αυξητικών δακτυλίων μειώνεται.

Ρόζοι

Καθώς μεγαλώνει ένα δέντρο, τα χαμηλότερα κλαδιά πεθαίνουν συχνά και μπορεί να περικλείονται από επακόλουθα στρώματα από ξύλο του κορμού. Έτσι σχηματίζονται οι ρόζοι. Μπορεί αυτοί να είναι ξεροί ή αποπίπτοντες ρόζοι (δηλ. ποτέ να μην ενσωματωθούν πολύ καλά με το ξύλωμα), οπότε ως νεκρό κλαδί μπορεί να αποκολληθεί όταν το ξύλο κοπεί σε σανίδες, δηλ. σε πριστά. Μπορεί όμως οι ρόζοι να «εγκλειστούν» πολύ καλά από το περιβάλλον ξύλωμα, και τότε γίνονται ένα ενιαίο σώμα, και ονομάζονται σύμφυτοι ρόζοι ή χλωροί ρόζοι.

Οι ρόζοι επηρεάζουν πολύ τις τεχνικές ιδιότητες του ξύλου, μειώνουν την τοπική αντοχή και βέβαια αυξάνουν την τάση δημιουργίας ραγάδων ή σχισιμάτων. Σε μια κατά μήκος πριονισμένη σανίδα, ένας ρόζος εμφανίζεται σαν ένα κυκλικό "στερεό" (πιο σκούρο) κομμάτι. Μέσα σε έναν ρόζο, η κατεύθυνση των ινών του ξύλου μπορεί να είναι έως και 90 μοίρες διαφορετική από την κατεύθυνση ινών ενός του κανονικού, ευθύινου ξύλου.^[17]

Οι ρόζοι αποτελούν κριτήριο για την ποιοτική ταξινόμηση της ξυλείας. Αυτή γίνεται είτε οπτικά, είτε με αυτόματες μηχανές που γρήγορα εκτιμούν τη μηχανική αντοχή των πριστών. Μεγάλη σημασία έχουν το μέγεθος των ρόζων, η απόσταση μεταξύ τους και το εύρος της επιφάνειας που καλύπτουν.

Οι συνθήκες αύξησης των δένδρων στο δάσος επηρεάζουν το είδος, το μέγεθος και τον αριθμό των ρόζων. Με δασοκομικούς χειρισμούς, π.χ. συχνή κλάδευση των δένδρων μειώνονται οι ρόζοι.

Η ακαμψία και η ελαστικότητα της ξυλείας εξαρτώνται περισσότερο από το υγιές ξύλο παρά από τα εντοπισμένα ελαττώματα. Αντίθετα, η αντοχή σε θραύση είναι πολύ ευαίσθητη σε ελαττώματα δομής, ιδίως σε ξερούς ρόζους.

Σε ορισμένες διακοσμητικές εφαρμογές, το ξύλο με ρόζους μπορεί να είναι επιθυμητό για να προσθέσει αισθητική εμφάνιση. Σε εφαρμογές όπου το ξύλο είναι βαμμένο, λ.χ. σε κουφώματα και έπιπλα, το ρετσίνι (ειδικά σε πεύκα και ερυθρελάτη) μπορεί να «αιμορραγήσει» στην επιφάνεια ενός ρόζου για μήνες και αυτό είναι σοβαρό σφάλμα. Μπορεί επίσης να εμφανίζονται ως κίτρινοι ή καφετί λεκέδες. Επικάλυψη με αστάρι και χρώμα μπορεί να μειώσει αυτό το πρόβλημα, αλλά είναι δύσκολο αυτό να ελεγχθεί πλήρως ειδικά σε ξυλεία που υφίσταται τεχνητή ξήρανση σε κλιβάνους.

Εγκάρδιο & σομφό ξύλο

Εγκάρδιο ξύλο (αγγλ. duramen, heartwood^[18]) είναι το ξύλο, στο κεντρικό μέρος του κορμού (συνήθως σκουρότερο), που είναι το αποτέλεσμα μιας φυσικής βιολογικής μετατροπής, και έχει υψηλότερη βιολογική ανθεκτικότητα. Ο σχηματισμός εγκαρδίου είναι μια γενετικά προγραμματισμένη διεργασία που συμβαίνει σε κάθε είδος δένδρου σε διαφορετική χρονική στιγμή. Το εγκάρδιο ξύλο περιέχει περισσότερα εκχυλίσματα.^[19]

Ο όρος «εγκάρδιο» προέρχεται αποκλειστικά από τη θέση του ξύλου αυτού, και όχι από οποιαδήποτε ζωτικής σημασίας για το δέντρο. Αυτό αποδεικνύεται από το γεγονός ότι ένα δασοπονικό δέντρο μπορεί να ζει κανονικά και να ανθοφορεί, με την «καρδιά» του (εγκάρδιο ξύλο) πλήρως αποσυντεθειμένο. Μερικά είδη αρχίζουν να σχηματίζουν εγκάρδιο ξύλο πολύ νωρίς λ.χ. ψευδοακακία, μουριά, δρυς, ενώ σε άλλα είδη η αλλαγή έρχεται αργά, λ.χ. έλατο.^[20] Σπανιότερα, κάποια είδη δεν σχηματίζουν καθόλου εγκάρδιο ξύλο.

Το εγκάρδιο, όταν βρίσκεται ακόμα στο ζωντανό δένδρο, δεν συμμετέχει στην κυκλοφορία των υγρών και των χυμών του δένδρου από τις ρίζες προς τα φύλλα. Αυτό συμβαίνει μόνο στο σομφό ξύλο.

Χρώμα

Τα είδη ξύλου έχουν χρώμα που κυμαίνεται από το λευκό μέχρι το μαύρο. Όλα σχεδόν τα χρώματα απαντώνται στο ξύλο, ιδίως στα είδη που προέρχονται από τα τροπικά δάση (βλ. tropical timbers).

Σε είδη που παρουσιάζουν μια έντονη χρωματική διαφορά μεταξύ του εγκάρδιου και του σομφού ξύλου, το φυσικό χρώμα του εγκάρδιου είναι συνήθως πιο σκούρο από αυτό του σομφόξυλου. Η χρωματική αντίθεση είναι εμφανής στις περισσότερες των περιπτώσεων. Αυτό γίνεται διότι εναποθέσεις χημικών ουσιών (βλ. εκχυλίσματα) λαμβάνουν χώρα στον πυρήνα του ξύλου (εγκάρδιο) μετά από κάποια ηλικία του δέντρου. Το εγκάρδιο περιέχει και πιο χρωματιστά εκχυλίσματα προσδίδοντας χρωματισμούς πιο έντονους.

Τυπικά, τα συνηθισμένα είδη ξύλου έχουν το δικό τους χρώμα (νοείται όταν είναι ξηρά), λ.χ. το έλατο είναι λευκό προς λευκοκίτρινο, η καστανιά και η δρυς έχουν καφετί - ελαφρύ καστανό χρώμα, η ψευδοτσούγκα έχει κοκκινωπό χρώμα, η λεύκα είναι κατάλευκη όπως και το φλαμούρι, και το πεύκο έχει χρωματισμό συνήθως κιτρινωπό προς κοκκινοκιτρινωπό.

Ποσοστό υγρασίας

Η υγρασία στο ξύλο (ξύλωμα), στα ζωντανά δέντρα, βρίσκεται σε δύο ξεχωριστές φάσεις:

• ως δεσμευμένο, μέσα στα κυτταρικά τοιχώματα των ξυλωδών κυττάρων
• ως ελεύθερο, μέσα στα κενά και τις κυτταρικές κοιλότητες των κυττάρων.

Στο εγκάρδιο ξύλο βρίσκεται λιγότερη υγρασία απ' ότι στο σομφό. Το ξύλο θεωρείται ότι είναι ξηρό στον αέρα, όταν το ποσοστό υγρασίας του κυμαίνεται μεταξύ 8–16% (ως ποσοστό επί της ξηρής ξυλώδους μάζας). Τότε σε αυτή την περίπτωση όλο το νερό βρίσκεται μέσα στα κυτταρικά τοιχώματα και πουθενά αλλού. Γενικά θεωρούμε ότι η ξήρανση της ξυλείας ολοκληρώνεται όταν πλέον το ποσοστό υγρασίας της είναι μικρότερο από το 20%.

Το ξύλο όταν ξηραθεί σε απόλυτο βαθμό (σημ. πράγμα σπάνιο στην πράξη) θεωρητικά έχει τότε 0% υγρασία.^[21] Αυτό συμβαίνει μόνο για πειραματικούς σκοπούς. Η ξυλεία όταν είναι "υγρή" και έχει ποσοστό υγρασίας μεγαλύτερο του 30% (βλ. σημείο ινοκόρου) λέγεται χλωρή ξυλεία (αγγλ. green wood).^[22]

Το ξύλο γίνεται σκληρότερο και έχει πιο υψηλές μηχανικές αντοχές όσο πιο ξηρό είναι. Αντίθετα, η υγρασία το κάνει πρωτίστως ελαστικό. Όσο μεγαλώνει το ποσοστό υγρασίας, τόσο μαλακώνει το ξύλο, εντός βεβαίως ενός συγκεκριμένου ορίου.

Ο σκοπός της ξήρανσης η οποία γίνεται είτε φυσικά είτε τεχνητά στην ξυλεία, είναι το ξύλο να γίνει πιο σταθερό διαστασιακά αλλά και να αυξηθεί η μηχανική του αντοχή (λ.χ. κάμψη, θλίψη, κρούση, σκληρότητα), ιδίως δε, το μέτρο κάμψης (MOR) και η αξονική του θλίψη, ιδιότητες που είναι σημαντικές για τις τελικές χρήσεις και εφαρμογές του.^[17]

Χημική σύσταση

Το ξύλο είναι ένα ετερογενές και ανομοιόμορφο υλικό. Επίσης είναι ανισότροπο υλικό (βλ. ανισοτροπία).

Ουσιαστικά, δομείται από κυτταρίνη σε μορφή μικροϊνιδίων (κάθετα στον άξονα του κορμού), σε ένα μεγάλο ποσοστό (περίπου (40-50%). Επίσης αποτελείται από λιγνίνη (περίπου 15-30% ανάλογα με το είδος, στα κωνοφόρα είναι υψηλότερο το ποσοστό της) και από ημικυτταρίνες (περίπου 15-25%). Τα δύο αυτά χημικά πολυμερή έχουν ως ρόλο να συγκρατήσουν και να συγκολλήσουν τα δισεκατομμύρια των κυτταρινικών μικροϊνιδίων. Ο ρόλος της λιγνίνης στη χημεία του ξύλου, είναι καθοριστικός και ιδιαίτερα πολύπλοκος. Το υπόλοιπο του ξυλώματος αποτελείται από ορισμένες ουσίες που ονομάζονται, εκχυλίσματα (extractives).^[23]

Ιδιότητες ειδών ξύλου

Ο πίνακας που ακολουθεί, περιέχει τις κυριότερες τιμές μηχανικών ιδιοτήτων από τα σπουδαιότερα είδη ξύλου.

• Wood Handbook, Forest Products Laboratory Αρχειοθετήθηκε 2021-04-24 στο Wayback Machine.
• The Wood in Culture Association
• The Wood Explorer: A comprehensive database of commercial wood species Αρχειοθετήθηκε 2015-04-07 στο Wayback Machine.
• APA – The Engineered Wood Association
• Βουλγαρίδης Η. (2015). «Ποιότητα και χρήσεις ξύλου». Σύγγραμμα – Ελληνικά Ακαδημαϊκά Ηλεκτρονικά Συγγράμματα, ISBN: 9789606032516, https://repository.kallipos.gr/handle/11419/5260, σελ. 1-258
• Μαντάνης Γ. (2019). «Δομή ξύλου». Διδακτικό σύγγραμμα – Πανεπιστήμιο Θεσσαλίας, [2], σελ. 1-158
• Μαντάνης Γ., Κακαράς Ι. (2022). «Δομή, χαρακτηριστικά και ιδιότητες του ξύλου». Εκδόσεις ΚΤΙΡΙΟ, Θεσσαλονίκη, [3], σελ. 18-35