Ствол дерева утолщается благодаря росту камбия, который каждый год добавляет новые слои древесины и внутренней коры вокруг ствола, а верхушка удлиняется за счёт роста молодых побегов. Поэтому гвоздь, вбитый в ствол на некоторой высоте, обычно остаётся примерно на той же высоте над землёй, хотя постепенно оказывается глубже внутри расширяющегося ствола. Вверх растут новые участки побега и ветви, а не весь уже сформированный ствол целиком.
У дерева есть разные направления роста
Молодой побег удлиняется у верхушки, где находятся зоны деления клеток. Такой первичный рост прибавляет стеблю длину и перемещает новые листья и почки вверх. У древесных растений параллельно происходит вторичный рост в толщину. Его обеспечивает камбий – тонкий слой живых делящихся клеток между древесиной и внутренней частью коры.
Камбий формирует древесину внутрь и флоэму, участвующую в переносе сахаров, наружу. Новые клетки не толкают старый ствол целиком вверх, а наращивают его по окружности и постепенно добавляют слои. Древесина снаружи предыдущего года образует новое кольцо, а часть более старой древесины остаётся ближе к центру. Именно поэтому поперечный срез показывает годичные слои, хотя их ширина зависит от вида и условий роста.
Это можно представить как рост цилиндра в толщину: его наружный радиус увеличивается, но отметка, нарисованная на боковой поверхности, не обязана перемещаться вверх. В живом дереве процессы сложнее, потому что есть кора, вода, ветви и сезонное образование клеток, но принцип помогает объяснить наблюдение с гвоздём.
Что происходит с гвоздём
Если гвоздь вбит в ствол на высоте, где кора и древесина уже сформировались, последующий рост в толщину добавляет материал снаружи и вокруг него. Гвоздь может постепенно оказаться частично погружённым в нарастающий ствол, но дерево не поднимает его вместе с верхушкой. Дистанция от земли до исходной точки ствола меняется мало, пока само основание не деформируется или не оказывается под слоем почвы и растительных остатков.
Важно, что высоту задаёт не «центр дерева», который будто бы едет вверх, а место, где ствол вышел из корневой системы. С годами меняются диаметр и форма, появляются наплывы, повреждения и новая кора. Если дерево растёт на склоне, насыпает корни или почва размывается, измеренная высота точки относительно конкретной поверхности может немного измениться. В классическом наблюдении имеют в виду стабильный уровень земли и точку на стволе без таких изменений.
Верхушка всё же перемещается выше. Это происходит потому, что на концах побегов ежегодно возникают новые участки, а старые остаются ниже. Так формируются длина ствола, ветви и крона. Утолщение у основания не является тем же самым процессом, что удлинение побега, хотя оба вида роста происходят одновременно.
Почему в стволе образуются кольца
Во многих умеренных климатах работа камбия меняется по сезонам. В благоприятный период клетки древесины могут образовываться быстрее и иметь иные размеры, чем позднее в сезоне. Затем рост замедляется или приостанавливается. В результате внутри ствола появляются границы слоёв, которые часто видны как годичные кольца.
Ширина кольца зависит от многих факторов: влажности, температуры, освещения, конкуренции с соседними растениями, повреждений и особенностей вида. Поэтому годичное кольцо не является ровной шкалой с одинаковым делением для всех деревьев. Дендрохронологи сопоставляют рисунок колец нескольких деревьев, чтобы датировать древесину и изучать климатические условия прошлого.
Кольца показывают, что новый древесный материал формируется слой за слоем, а не возникает как сплошная масса, поднимающая предыдущие слои. Наружная часть ствола ближе к камбию обычно содержит живые проводящие ткани, тогда как центральная древесина у многих взрослых деревьев перестаёт проводить воду и выполняет опорную роль. Гвоздь, однако, не становится «частью годичного кольца» в точном смысле: его положение зависит от того, насколько глубоко он был вбит, и от последующего роста вокруг места повреждения.
Почему нельзя проверять это гвоздём
Пример с гвоздём часто приводят в объяснениях, но специально забивать металл в живое дерево не следует. Прокол повреждает кору и древесину, может открыть путь вредителям и возбудителям, а металл способен травмировать человека, который позже будет пилить или обрезать дерево. Для проверки лучше использовать старую фотографию, природный объект или безопасную наружную метку без повреждения коры.
Растение не «затягивает» дырку так, как кожа животного. Оно может нарастить ткани вокруг раны и изолировать повреждённый участок, но это не означает, что металл исчез или что исходная древесина восстановилась. Рядом с раной могут возникать утолщения и наплывы, поэтому специально созданный эксперимент способен запутать наблюдение. Суть явления лучше понимать из направлений роста, а не из необходимости причинять вред.
Ствол дерева может становиться толще и одновременно оставаться на прежней высоте у основания. Как ствол взаимодействует с окружающей средой и почему у него весной раньше тает снег, рассказывает статья о том, почему вокруг ствола появляется проталина.
Что меняется у высоких деревьев
У деревьев разных видов рост верхушки устроен по-разному. Одни виды имеют выраженный главный ствол и боковые ветви, другие меняют форму кроны после повреждения лидирующего побега. Молодое дерево может быстро увеличивать высоту, а взрослое направлять больше ресурсов на толщину, листья, корни и поддержание уже существующих тканей.
Даже если дерево растёт вертикально, весь старый ствол не переносится вверх, как телескопическая мачта. Удлинение создают новые участки побегов, а вторичный рост добавляет материал по окружности. Поэтому старая отметка, сучок или точка прикрепления ветви обычно остаётся в нижнем относительно новых приростов положении. Позже она может закрыться корой, обрасти или измениться из-за особенностей развития.
Осенняя окраска листьев тоже связана с сезонными изменениями в растении, но это другой процесс, не утолщение древесины. Подробнее о нём рассказано в статье о том, почему листья осенью меняют цвет.
Таким образом, гвоздь не едет за верхушкой, потому что камбий увеличивает толщину уже существующего ствола, а высоту прибавляют растущие концы побегов. Новый древесный слой охватывает старые ткани снаружи, поэтому гвоздь постепенно оказывается внутри расширяющегося ствола. Это наглядное следствие разницы между ростом в длину и ростом в толщину.
