raziskave in razvoj UDK: 630*852.18 strokovni ~lanek (Professional Paper) Nastanek mraznih razpok pri drevju Formation of frost cracks in trees avtor prof. dr. dr.h.c. Niko TORELLI, Gozdarski in{titut Slovenije, Ve~na pot 2, 1000 LJUBLJANA izvleček/Abstract Opisan je mehanizem nastanka mraznih razpok kot ga je predlagal H. Müller-Thurgau in dokazal H. Kübler. A description is given of mechanism of frost ceack formation in tree as proposed by H. Müller-Thurgau and substantiated by H. Kübler. Klju~ne besede: mrazno kr~enje, mrazne razpoke, mrazna rebra, nastanek Keywords: frost-shrinkage, frost cracks, frost ribs, formation Nastanek mrazne razpoke spremlja mo~an pok, podoben topovskemu. Pri tem nastane do ve~ metrov dolga, v smeri debelne osi potekajo~a mraz-na razpoka (angl. frost crack, nem. Frostriß m) in kasneje mrazno rebro (angl. frost rib, frost scar, nem. Frostleiste f). ^eprav se mrazna razpoka proti koncu zime zapre (slika) in jo preraste kalus, se lahko naslednjo zimo spet odpre in tako ve~krat zapored. Mrazno rebro je rezultat ve~kratnega kalusnega prekrivanja mrazne razpoke. Radialne mrazne razpoke povzro~ijo natezne napetosti v tangencialni smeri. Razumevanje procesa nastanka mraz-nih razpok nekoliko ote‘uje obstoj v nasprotni smeri delu-jo~ih rastnih tla~nih napetosti. Vendar te delujejo pri normalni temperaturi. Müller-Thurgau je ‘e 1886 (cit. iz Mayer-Wegelin et al. 1962) obrazlo‘il nastanek mraznih razpok z “mraznim kr~enjem” lesa zaradi “notranjega su{e-nja”. Po njegovi hipotezi naj bi bilo kr~enje lesa posledica izhajanja “imbibicijske” (vezane) vode iz celi~nih sten v celi~ne lumne, potem ko je v njih zmrznila prosta (kapilar- na) voda. Pri “mraznem” su{enju voda ne izhaja iz lesa! V tem kontekstu res lahko govorimo o “notranjem” in “zunanjem” su{e-nju. Slednjega lesarji prav dobro poznamo in ga izvajamo “na prostem” ali pa ga v su{ilnicah programirano pospe{imo s tehni~nimi sredstvi (tehni~no ali “umetno” su{enje). U~inek je v obeh primerih identi~en: izlo~anje vezane vode iz celi~nih sten in z njim povezano kr~enje lesa z izrazito pre~no kr~itveno anizotro-pijo. Rezultat: zna~ilne radialne ijaLeS 54(2002) 3 raziskave in razvoj razpoke. ^eprav Müller-Thurgau “iz-zmrznjenja” vode iz celi~ne stene v celi~ni lumen ni mogel prepri~ljivo dokazati, oziroma ga napraviti vidnega, njegove hipoteze desetletja niso mogli niti potrditi niti ovre~i. [ele Kübler (1962) je dokazal, da parni tlak ledu z ni`ajo~o se temperaturo pada hitreje kot parni tlak podhla-jene vezane vode v celi~ni steni. Vi{ji parni tlak vode v celi~nih stenah dejansko povzro~i, da vlaga difundira proti ledu v celi~nih lumnih. Z drugimi besedami, parni tlak `ene vodo iz celi~ne stene. Manj je vode v celi~ni steni, mo~neje jo ve`e nase Slika 2. Nastanek radialne in tangencialne razpoke na mestu prerasle povr{inske mehanske po{kodbe Tangencialna razpoka je nad temnim za{~itnim lesom. [ibko mesto je tudi parenhimska “barierna cona” v podalj{ku. Radialna razpoka poteka pravokotno na tangencialno razpoko oziroma za{~itni les in poteka med nesklenjenimi kalusnimi plastmi. Slika 3. Mrazna razpoka, kalusno prekrivanje in nastanek mraznega rebra (risba po Küblerju 1988 iz Thomasa 2000) stenska substanca in ni`ji je njen parni tlak. Ko migracija vlage in mrazno kr~enje prenehata, se pri dolo~eni temperaturi izena~ita parna tlaka vode v celi~ni steni in ledu. Hitrost notranjega su{enja lesa se s padajo~o temperature zmanj{uje. Proces je reverzibilen (slika 1). Ko za~ne temperatura zmrznjenega lesa nara{~ati, led v celi~nih lumnih sublimira in difundira nazaj v celi~no steno. Celi~ne stene in z njimi les “mrazno” nabrekne (Kübler 1983). Zdaj nastanka radialnih mraznih razpok ni te‘ko pojasniti. Ohlajeni periferni del drevesa se “notranje” su{i in “mrazno” kr~i, ~emur se vla‘na sredica upira. Na periferiji debla nastanejo natezne napetosti v tangencialni smeri. Kontrakcija perifernega lesa zaradi mraza napetosti {e pove~a. [ibko mesto, kjer deblo po~i, so trakovi in (zarasle) po{kodbe, ki so zapustile tangencialne in radialne razpoke (slika 2). K pokanju so zlasti nagnjeni hrasti, platana, jesen, brest in jelka. Nastale razpoke so lahko sredi zime {iroke ve~ centimetrov. Ob koncu zime se mrazne razpoke zaradi “mraznega” nabrekanja zapro. Pri tem pomagajo tudi rastne tla~ne tangencialne napetosti. Zaprto razpoko kalus la`je preraste. V~asih je treba ve~ milih zim, da jo kalus dokon~no preraste. V notranj{~ini razpoka seveda ostane. Menjavajo~e odpiranje in kalusno prekrivanje razpoke povzro~i nastanek mraznega rebra (slika 3). Mrazno su{enje in kr~enje je vezano na mrtve celice. Kako pa pre‘ivijo hud mraz ‘ive celice kambijeve cone, parenhimske celice beljave, celice v skorji in popkih? Skorja zadostuje le pri majhnem in kratkotrajnem zni‘a-nju temperature. Hudemu mrazu kljubujejo žive celice na tri načine. Prvi je znižanje zmrzišča s kopičenjem sladkorjev, organskih kislin ali aminokislin v celici. Mehanizem varuje žive celice do temperature -1 ali -2 DC. Nižjim temperaturam žive celice lesnih rastline kljubuje s sposobnostjo, da se celična vsebina podhladi, ne da bi zmrznila. Tako lahko drevje prenese temperature do - 40 DC. To sposobnost pa si rastlina pridobi šele po nekajdnevnem obdobju s temperaturo pod 5 DC Tedaj se zgodijo v celici bistvene fiziološke spremembe. To pojasnjuje, zakaj lahko nenaden mraz na začetku zime brez prehodnega ohlajevanja povzroči smrt rastline, enak ali hujši mraz sredi zime pa ne. Še hujšemu mrazu pa drevje kljubuje z izločanjem vode iz celic v medcelične prostore, kjer zmrzne. Celice se izsušijo. Prvi pogoj je predhodno počasno ohlajevanje. V takšnem stanju pa rastline prenesejo temperature tudi do -196 DC D literatura 1. Kübler, H. 1962. Schwinden und Quellen des Holzes durch Kälte. Holz als Roh- und Werkstoff 20:364-368 2. Kübler, H. 1983. Mechanism of frost crack formation in trees - a review and synthesis.Forest Sci 29:559-568. 3. Mayer-Wegelin, H., Kübler, H., Traber, H. 1962 Dber die Ursache der Frostrisse. Forstwissenschaftliches Centralblatt 61:129-137 4. Müller-Thurgau, H. 1886. über das Gefrieren und Erfrieren der Pflanzen. Landwirtschaftliches Jahrbuch 15:453-610 5. Thomas, P. 2000. Trees: their natural history. Uni- versity press, Cambridge. Les 54(2002) 3