Číslo: SK_000008
Autor: Reinprecht, Ladislav ; Kúdela, Jozef ; Čunderlík, Igor
Názov: Vlastnosti subfosílneho dubového dreva z oblasti zelená voda
Názov publikácie: Drevársky Výskum, Ročník 1988, Zväzok 117, str.79 – 92, Štátny drevársky výskumný ústav (ŠDVU), ALFA, Bratislava 1988.
Pozrite si celý článok:
http://library.envifor.eu:8282/greenstone/collect/PDF/SK_000008.pdf
Kľúčové slová: rádiouhliková metóda, subfosílne drevo, hydroxylové skupiny, hydrolýza hemicelulóz, amorfné usadeniny
Abstract:
Na Slovensku sa začiatkom 80. rokov vyskytli nálezy zvyškov starých stromov vo väčšom rozsahu v dvoch lokalitách. V lokalite Gabčíkovo (výstavba vodného diela na Dunaji) boli nájdené viaceré kmene dubov a borovíc, ktorých historický vek bol určený rádiouhlíkovou metódou na vyše 8000 rokov. Podrobná analýza chemických, fyzikálnych a mechanických vlastností uvedeného dreva aj z hľadiska mechanizmu jeho anaeróbnej degradácie a možností konzervateľnosti sa podáva v prácach HORSKÉHO a REINPRECHTA (1985), REINPRECHTA a KÚDELU (1985/1986), HORSKÉ- HO a REINPRECHTA (1986), SOLÁRA a kol. (1987). V lokalite Zelená Voda (výstavba rekreačného strediska pri Novom Meste nad Váhom) sa našlo viac druhov drevín s historickým vekom 1219 ± 150 rokov. Cieľom práce bolo zistiť vybrané chemické, fyzikálne a mechanické vlastnosti subfosílneho dubového dreva z vykopávky Zelená Voda, ako aj prípadné zmeny v štruktúre a porovnať ich s vlastnosťami duba súčasného.
V lokalite Zelená Voda sa pri ťažbe štrkov a pri rozširovaní plochy jazera našli kmene rôznych druhov drevín v hĺbke 4 až 6 m pod povrchom vo vzdialenosti približne 700 až 1000 m od dnešného koryta rieky Váh. Z troch vizuálne dobre zachovaných dubových kmeňov so stredným priemerom A = 65 cm, B = 52 cm a C = 45 cm sme vymanipulovali z ich stredu výrezy dlhé 1 m. Za mokra sme z nich vyrobili hranoly s rozmermi 30 x 30 x 300 mm. Časť hranolov sme uložili do vody druhú časť hranolov sme klimatizovali na rovnovážnu vlhkosť 10 %. Tretiu časť sme miernym režimom vysušili na nulovú vlhkosť. Uvedené vlhkostné hladiny sme stanovili preto, aby sme mohli sledovať vplyv vlhkosti na pevnostné charakteristiky. Pretože v subfosílnom a fosílnom dubovom dreve dochádza vplyvom zmien vlhkosti k vysokej rozmerovej a tvarovej deformácii vyhotovili sme skúšobné telesá až následne z klimatizovaných hranolov. Pri subfosílnom dube a pri súčasnom dube Quercus robur sme sa zamerali na nasledovné experimenty:
a) štúdium štruktúry optickým a elektrónovým rastrovacím mikroskopom;
b) chemické rozbory z frakcie pilín 0,5 až 1 mm: popol (550°C; 4h) benzén-etanolový extrakt (2:1; 6 h), vodný extrakt (100°C; 3 h), holocelulóza podľa Wisea, a — celulóza podľa Tappi, lignín podľa T — 13 m — 54;
c) termogravimetriu a diferenciálnu termoanalýzu ;
d) fyzikálne a mechanické vlastnosti podľa ČSN: hustota , objemové zosychanie, pevnosť v tlaku rovnobežne s vláknami, pevnosť v statickom ohybe, pevnosť v šmyku rovnobežne s vláknami v radiálnej a tangenciálnej rovine. Rozbory subfosílneho dubového dreva z oblasti Zelená Voda ukázali že jeho vyše tisícročné uloženie v anaeróbnom vlhkom prostredí malo za následok zmeny v jeho chemickej stavbe i morfologickej štruktúre, ktoré sa odrazili aj v zmenách fyzikálnych a mechanických vlastností. Pri morfologických štúdiách sme nezistili výraznejšie narušenie vlastnej stavby bunkových stien, k akému dochádza napríklad v dôsledku ich enzymatického narušenia drevokaznými hubami ale len pomerne veľké narušenie zloženej strednej lamely. K výraznejším zmenám došlo v priestoroch lúmenov ciev a parenchýmu dreňových lúčov do ktorých v priebehu dlhodobej expozície procesom difúzie vnikli minerálne látky. Kvalitatívnu analýzu minerálnych látok prítomných v lúmenoch vo forme usadenín , kryštálov sme nevykonali, ale na ich objektívnu prítomnosť poukazuje zistenie viac ako dvojnásobne vyššieho podielu popola v porovnaní s rozborom duba súčasného. Chemickými analýzami i termoanalýzou sme zistili, že bunkové steny subfosílnych dubov obsahujú nižší podiel polysacharidov typu hemicelulóz a vyšší podiel lignínu. Tento výsledok je v zhode s prácami aj iných autorov, ktorí skúmali subfosílne duby rôzneho veku. Na odbúranie sprievodných látok polárnej i nepolárnej povahy poukázali výsledky extraktov. Kým pokles benzénetanolového extraktu zreteľne dokumentuje uvedené odbúranie, z hľadiska vodného horúceho extraktu, ktorý sa výraznejšie nezmenil, vyslovujeme predpoklad, že pri subfosílnych duboch nezahŕňa v prevažnej miere len triesloviny ľahko vylúhovateľné v priebehu expozície dubov, ale aj vyšší podiel minerálnych látok, resp. i cukrov vzniknutých depolymerizáciou hemicelulóz. Vyslovený predpoklad je v zhode aj s výsledkami o zvýšenej biologickej degradabilite subfosílneho dreva. Pri dreve z kmeňa chemické analýzy potvrdili výsledky morfologických štúdií o zrejmom degradačnom pôsobení aj drevokazných húb, a to pravdepodobne celulózovorných, keďže sa v ňom znížil i podiel celulózy a súčasne sa zistil najvýraznejší relatívny nárast lignínu. Morfologické a chemické zmeny bunkových stien subfosílnych dubov sa prejavili aj v zmenách fyzikálnych a mechanických vlastností tohto dreva. Vysvetlenie nárastu objemového zosychania a poklesu pevnostných charakteristík a to predovšetkým v stave zvýšeného obsahu vody v bunkových stenách, treba vidieť v procese hydrolytického narušenia a odbúrania hemicelulóz. Narušením väzieb medzi celulózou a hemicelulózami sa mohla zvýšiť aj solvatačná schopnosť amorfnej celulózy v mikrofibrilách i fibrilách a v dôsledku zvýšenej solvatácie makromolekúl celulózy molekulami vody sa narušili tiež vodíkové väzby. Tie v suchom stave pri vlhkostiach 0 % a 10 % zabezpečovali subfosílnemu drevu ešte relatívne značnú pevnosť. Z pevnostných charakteristík považujeme ďalej za zaujímavé, že pri šmyku rovnobežne s vláknami v tangenciálnej rovine sa pri subfosílnych duboch stanovili v suchom stave vyššie hodnoty pevnosti ako pri súčasnom dube. Túto anomáliu vysvetľujeme úlohou dreňových lúčov, v priebehu skúšky namáhaných na strih, ktorých parenchymatické bunky v subfosílnych duboch sú vystužené vrstvou minerálnych usadenín. Rozbory subfosílnych dubov z nálezu Zelená Voda a porovnania ich vlastností s literárnymi údajmi pre dubové drevo exponované tiež v anaeróbnom prostredí niekoľko sto i tisíc rokov ukázali, že zásady priebehu degradácie dreva pri vylúčení prístupu vzduchu sú zhodné, určované hydrolytickým narušením hemicelulóz. Ich dôsledkom je pokles pevnostných charakteristík predovšetkým pri zvýšenej vlhkosti dreva a výraznejšie rozmerové zmeny pri sorpcii a desorpcii vody, ktoré sú sprevádzané i pomerne veľkou tvorbou trhlín.
Výsledky vykonaných analýz, ako aj ich porovnania s literárnymi údajmi, umožňujú vysloviť názor, že najvýraznejším prejavom dlhodobej anaeróbnej expozície dreva je hydrolýza hemicelulóz, v dôsledku ktorej sa subfosílne drevo stáva poddajnejším materiálom predovšetkým v stave zvýšeného obsahu vlhkosti a je tiež schopné viac sorpčné pracovať. Pevnostné charakteristiky v suchom stave naproti tomu nevykazujú výraznejší pokles, pravdepodobne vďaka možnosti vratného vytvárania sa vodíkových väzieb medzi hydroxylovými skupinami makromolekulárnych látok bunečných elementov.