Древесина относится к материалам органического происхождения, структурной единицей которых является растительная клетка.
Клетки в древесине скреплены межклеточным веществом, подобно тому, как кирпичи в стене соединяются раствором. Каждая клетка ограничивается оболочкой, окружающей клеточную полость, в которой находится или, по крайней мере, находился в начальных стадиях развития клетки носитель жизни — протопласт. Протоопласт состоит из различных органических соединений, рассматривать которые в работе, посвященной защите древесины, совершенно излишне, так как в лесоматериалах протопласт клеток отсутствует.
Древесные клетки, подобно всяким иным, возникают путем деления или слияния живых клеток. Древесина образуется в основном при делении живых клеток камбиального слоя, лежащего между лубом и собственно древесиной, за исключением сердцевины и смежных с ней клеток, образованных прокамбием. Прокамбий как бы обеспечивает рост дерева в высоту (первичная древесина), а камбий — по диаметру (вторичная древесина). Таким образом, ствол дерева, кроме сердцевины, состоит из клеток, образованных камбием.
Оболочки вновь образовавшихся клеток утолщаются и преобразуются деятельностью находящегося внутри протопласта. Следовательно, клеточная оболочка есть результат деятельности протопласта. Вторичный слой клеточной оболочки утолщается или, точнее, образуется не по всей внутренней поверхности, а с некоторыми пропусками. Такие неутолщенные участки называются порами; они состоят как бы из канала, прикрытого снаружи первичным слоем оболочки. Обычно поры соседних клеток расположены друг против друга, образуя так называемую «пару пор». У подавляющего большинства древесных клеток протопласт отмирает и исчезает еще при жизни дерева. Поэтому можно считать, что древесина состоит из остовов (скелетов) клеток и подобна коралловым рифам, которые образуются в результате деятельности колоний микроскопических организмов, давно переставших существовать.
Для объяснения ряда физических процессов, происходящих в древесине, необходимо более подробно остановиться на строении клеточной оболочки. В оболочке зрелой клетки различают очень тонкий первичный слой, состоящий из целлюлозы и лигнина, и мощный вторичный слой преимущественно из целлюлозы и лишь некоторой доли лигнина.
Ультрамикроскопическая структура оболочки определяется главным образом строением основного вещества древесной клетки — целлюлозы.
Если из оболочки удалить лигнин, то оставшаяся целлюлоза соответствующей механической или химической обработкой может быть разделена на тонкие нитеобразные структуры, известные под названием фибрилл. Их можно наблюдать в мощный микроскоп или при набухании в щелочи — через обычный микроскоп. Диаметр фибрилл примерно равен 0,1—0,5 микрона. В свою очередь фибриллы состоят из более мелких структур, которые можно обнаружить только при помощи катодных лучей или электронного микроскопа.
В настоящее время общепризнано, что фибриллы, а, следовательно. и целлюлоза в клеточных оболочках древесины состоят из цепочек молекул (макромолекул). Макромолекулы расположены в фибрилле неодинаково. Большинство их направлено параллельно друг другу и образует кристаллические участки, которые прерываются неупорядоченными «аморфными зонами».
Зоны с параллельным строением известны теперь под названием кристаллитов. Предполагают, что макромолекулы, образующие кристаллиты, связаны между собой водородными связями, силами притяжения между молекулами и валентностными связями. В аморфных зонах между цепочками молекул существуют лишь валентностные связи. Длина кристаллитов or 400 до 600 Å, а ширина около 50 Å. Расстояния или промежутки между кристаллитами могут колебаться от 10 до 100 Å. Как мы увидим дальше, наибольшее расстояние между кристаллитами соответствует максимальному насыщению клеточной оболочки водой и ее наибольшему объему.
Как уже было сказано, фибриллы целлюлозы не имеют непрерывного кристаллического строения, а чередуются с аморфными зонами. Если рассматривать фибриллы как более крупные структурные единицы в строении растительной клетки, то можно заметить, что во вторичном слое клеточной оболочки они образуют прослойки, располагающиеся несколькими концентрическими кольцами.
Строение оболочек клеток, из которых состоит древесина, очень сложно. Грубо говоря, клеточные оболочки, имея ультра микропористое строение, в свою очередь образуют пористый материал — древесину. Пористость древесины определяется объемом внутренних: пустот (полостей клеток), выраженным в процентах от ее объема. Пористость ели, кедра, пихты, липы, осины примерно равна 75—70%, сосны — 65, лиственницы и березы — 60, дуба и ясеня — 55%. Следовательно, в объеме древесных пород, применяемых в строительстве, больше пустот, заполненных водой или: воздухом, чем собственно древесного вещества — клеточных оболочек.
По форме клетки в древесине подразделяются на два основных типа: а) паренхимные — округлые или многогранные, с тонкими стенками и примерно одинаковых размеров по трем взаимно-перпендикулярным направлениям; б) прозенхимные — волокнистые, толстостенные клетки, длина которых в десятки раз превышает диаметр.
Паренхимные клетки в растущем дереве многие годы остаются живыми и выполняют запасающие или выделительные функции. Прозенхимные клетки, как правило, в первом же вегетационном сезоне теряют протопласт, становятся пустотелыми и выполняют проводящие или механические функции. Совокупность клеток, выполняющих одни и те же функции, принято называть тканями.
В древесине различают ткани: проводящие, механические, запасающие, а у некоторых пород и выделительные. Те ткани, у которых клетки длинной стороной направлены вдоль, оси ствола, называют продольными и, наоборот, клетки, направленные по радиусу ствола, образуют поперечные ткани.
Строение древесины рассматривается в трех взаимно-перпендикулярных разрезах: 1) поперечном или торцовом, когда плоскость разреза перпендикулярна оси ствола; 2) радиальном — плоскость проходит по радиусу вдоль ствола; 3) тангентальном — плоскость разреза направлена по касательной к годичным кольцам.