Szám: SK_000008_H
Szerző: Reinprecht, Ladislav ; Kúdela, Jozef ; Čunderlík, Igor
Cikk címe: A "Zelená Voda" körzetből származó szubfosszilis bükk faanyag tulajdonságai
Kiadvány neve: Drevársky Výskum, 1988. évfolyam, 117. kötet, 79 – 92, oldal, Štátny drevársky výskumný ústav (ŠDVU), ALFA, Bratislava 1988.
Lásd az eredeti cikket:
http://library.envifor.eu:8282/greenstone/collect/PDF/SK_000008.pdf
Kulcs szavak: radiokarbon módszer, szubfosszílis faanyag, hidroxilcsoportok, hemicellulóz hidrolízise, amorf üledékek
Az eredeti rezümé nem lektorált fordítása:
Szlovákiában a 80-as évek elején két helyszínen fordultak elő nagyobb mennyiségben ősi fák maradványai. A Gabcikovo (Dunai gátépítés) megjelölésű helyszínen több olyan tölgy- és borókafenyő törzset találtak, melyek korát rádiókarbon-módszerrel meghatározva több mint 8000 évesnek találták. Az említett fafajok faanyagának vegyi, fizikai és mechanikai tulajdonságait az anaerob lebomlási mechanizmus szempontját is figyelembe véve az alábbi szerzők vizsgálták: Horsky és Reinprecht (1985), Reiprecht és Kúdela (1985/1986), Horsky és Reinprecht (1986), Solár és szerzőtársai (1987). A Zelená Voda megjelölésű helyszínen (üdülőközpont építése) Nové Mesto nad Váhom mellett több olyan fafajt találtak, melyek maradványai 1219+- 150 év korúak lehetnek. E munkának az volt a célja, hogy határozzák meg a Zelená Voda elnevezésű ásatások során előkerült szubfosszílis tölgyfaanyag néhány fontos vegyi, fizikai és mechanikai jellemzőjét (tulajdonságát), továbbá az esetleges strukturális változásait, és ezt hasonlítsák össze a jelenlegi tölgyfa faanyagának paramétereivel.
A Zelená Voda megjelölésű helyszínen a sóderkitermelés és a tó területének szélesítése során a felszín alatt 4-6 m-es mélységben, a Váh (Vág) folyó jelenlegi medrétől 700-1000 m távolságban különböző fafajok törzseinek maradványait találták. A 3 db, szemmel láthatólag jó állapotban megmaradt, A = 65 cm, B = 52 cm és C = 45 cm középátmérővel rendelkező tölgy törzs középső részét 1 m hosszúságú darabokra darabolták. Ezekből nedves állapotban 30 x 30 x 300 mm méretű hasábokat készítettünk. A hasábok egyik részét vízbe helyeztük, a másikat 10%-os egyensúlyi nedvességtartalom eléréséig szárítottuk, a harmadikat pedig fokozatos rezsimben nulla nedvességtartalomig. A közölt nedvességszinteket azért határoztuk meg, hogy figyelemmel tudjuk kísérni a nedvességnek a szilárdsági paraméterekre gyakorolt hatását. Tekintettel arra, hogy a szubfosszílis és a fosszílis tölgy faanyagban a nedvességváltozás következtében jelentős térfogat- és alakváltozásra kerül sor, a próbatesteket a klimatizált hasábokból utólagosan (sorban) készítettük el. A szubfosszílis és a jelenlegi (friss) kocsányos tölgy (Quercus robur) faanyaga esetében a következő kiésrleteket végeztük el:
a/ a struktúra tanulmányozása optikai és raszterező elektron mikroszkóp segítségével,
b/ 0,5 – 1,0 mm értékhatárok közötti frakció vegyelemzése: hamu (550 C fok, 4 óra), benzol-etanol kivonat (2:1, 6 óra), vizes kivonat (100 C fok, 3 óra), holocellulóz Wisea szerint, és cellulóz Tappi szerint, lignin T – 13m – 54 szerint.
c/ termo gravimetria és differenciális termoanalízis,
d/ a fizikai és kémiai tulajdonságok vizsgálata a CSN- szabványok szerint: sűrűség, száradáskor bekövetkező térfogatcsökkenés, nyomószilárdság szálirányban, statikus hajlítószilárdság, szálirányú nyírószilárdság radiális és tangenciális síkban. A Zelená Voda elnevezésű helyszínről származó szubfosszílis tölgy faanyag elemzése azt mutatta, hogy az ezer évet meghaladó ideig anaerob (levegőtől elzárt) közegben történő beágyazódás következtében megváltozott a faanyag vegyi összetétele és a morfológiai struktúrája. Ennek hatása megmutatkozott a fizikai és mechanikai paraméterek megváltozásában is. A morfológiai vizsgálatok során nem tapasztaltuk magának a sejtfal szerkezetének jelentősebb károsodását, mint ahogy ez a farontó gombák által kifejtett enzimkárosítások során bekövetkezik. Csak az összetett középső lamella esetében kerül sor komolyabb károsodásra. Csupán az ér(edény)lumenek és a bélsugarak parenchíma sejtjei változnak meg nagyobb mértékben, mert a hosszantartó behatás során ásványi anyagok kerülnek beléjük. Nem végeztük el a lumenekben lerakódott ásványi anyagok, kristályok minőségi ellemzését, hanem objetív jelenlétükre abból következtettünk, hogy a hamuhányad kétszer akkora volt, mint a friss tölgy faanyag esetében. Vegyelemzésekkel és hőelemzéssel megállapítottuk, hogy a szubfosszílis tölgy faanyag sejtfala nagyobb arányban tartalmaz hemicellulóz típusú poliszacharidokat és a lignin aránya is nagyobb. Ez az eredmény összhangban van más szerzők adataival is, akik különböző korú szubfosszílis tölgy faanyagot vizsgáltak. A poláris és nem poláris jellegű kisérőanyagok lebomlását mutatták a kivonatok eredményei. Míg a benzol-etanol kivonat csökkenését világosan dokumentálja az említett lebomlás, a forró víz kivonat szempontjából, amely nem változott jelentős mértékben, feltételezhetjük, hogy a szubfosszílis tölgy faanyag esetében a kivonat a tölgyek expozíziója során döntő mértékben nemcsak könnyen kilugozható cserzőanyagokat tartalmaz, hanem nagyobb arányban vannak jelen az ásványi anyagok és a cukrok is, melyek a hemicellulóz depolimerizációja során keletkeztek. Az ismertetett feltételezés összhangban van a szubfosszílis faanyag fokozott biológiai lebonthatóság eredményeivel. A fatörzsből vett minta vegyelemzése igazolta a morfológiai tanulmányok eredményeit, miszerint jelentős lebontó hatást fejtenek ki a farontó gombák, éspedig valószinűleg a ligninnel táplálkozók, jóllehet a mintában csökkent a cellulóz hányada is, továbbá ezzel párhuzamosan a lignin relatív növekedése is jelentős volt. A szubfosszílis tölgyek sejtfalának morfológiai és vegyi változásai okozták a fanyag fizikai és mechanikai tulajdonságainak megváltozását. A térfogatcsökkenés (zsugorodás) fokozódásának és a szilárdsági paraméterek csökkenésének az a magyarázata, hogy a hemicellulóz a hidrolízis folyamata következtében károsodik és bomlik le. Ez elsősorban akkor következik be, amikor a sejtfal több vizet tartalmaz. A cellulóz és a hemicellulóz közötti kötések megbontása következtében növekedhetett a mikrofibrillekben és a fibrillekben lévő amorf cellulóz szolvatációs képessége, továbbá a cellulóz makromolekuláinak és a vizmolekulák fokozott szolvatációjának következtében a hidrogénkötések megszűntek. Száraz állapotban 0-10%-os nedvességtartalom mellett ezek a kötések biztosították a szubfosszílis faanyag viszonylag nagy szilárdságát. A szilárdsági paraméterek vonatkozásában érdekesnek találtuk, hogy tangenciális síkban a szálirányú nyírószilárdság a szubfosszílis tölgy faanyag esetében száraz állapotban nagyobb volt mint a friss (jelenlegi) tölgy faanyag esetében. Ezt az anomáliát a bélsugarak szerepével magyarázzuk. A vizsgálat során ezek nyíró igénybevételnek voltak kitéve. A szubfosszílis tölgy faanyag esetében a (bélsugarak) parenchim sejtjeit az ásványi lerakódások rétege merevíti. A Zelená Voda lelőhelyről származó szubfosszílis tölgy faanyagok elemzésének és a vonatkozó irodalmi adatoknak az összevetése azt mutatta, hogy a faanyag lebomlásának folyamata a levegő kizárása mellett alapvetően azonos, a hemicellulóz hidrolitikus lebomlásának az eredménye. A faanyag fokozott nedvességtartalma esetén ez a szilárdsági paraméterek csökkenését, a víz szorpciója és deszorpciója során jelentősebb térfogatváltozásra kerül sor, ami viszonylag nagy repedések keletkezésével jár.
Az elvégzett elemzések eredményei és a szakirodalmi adatok összevetése alapján azt a végkövetkeztetést vonhatjuk le, hogy a faanyag hosszútávú anaerób expozíziójának (levegőtől elzárt környezetben való előfordulás) legjelentősebb megnyilvánulása a hemicellulóz hidrolízise, aminek következtében a szubfosszílis faanyag (elsősorban nagyobb nedvességtartalom mellett) hajlékonyabb anyaggá válik és szorpciós képessége is növekszik. Ezzel szemben száraz állapotban a szilárdsági paraméterei nem csökkennek jelentősen. Ennek oka valószínűleg az, hogy lehetőség van arra, hogy a sejtek makromolekuláris elemeinek hidroxilcsoportjai közötti hidrogén kötések reverzibilis módon alakuljanak ki.
1. ábra
A tracheák károsodása a középső lamellában
2. ábra
Hifák a nyári edényben
3. ábra
Amorf lerakódások a nyári edényben
4. ábra
Kristályok a nyári edényekben
5. ábra
Amorf üledék a bélsugarakban található parenchím sejtek sejtüregében (lumen)
1. táblázat
A jelenlegi (friss) és a szubfosszílis tölgy faanyag vegyelemzésének eredményei
6. ábra
A jelenlegi (napjainkban kitermelt) (S) és a szubfosszílis tölgyek (A, B, C) faanyagának termo gravimetriája (TG) és differenciális termoelemzése (DTA)
2. táblázat
A Jelenlegi (napjainkban kitermelt) és szubfosszílis tölgy faanyag fizikai és mechanikai tulajdonságainak statisztikai jellemzői
3. táblázat
Az európai lelőhelyekről származó szubfosszílis tölgy faanyagok vegyelemzése
4. táblázat
Az európai lelőhelyekről származő szubfosszílis tölgy faanyagok fizikai és mechanikai tulajdonságai