ISBN13: 9787201190952
标题: 木材与文明
副标题: 一部树木塑造的人类史
作者: 罗兰·恩诺斯
译者: 王楚媛
出版年: 2023
那么早期人类究竟是怎样开始永久性的地面生活的呢？唯一说得通的答案便是他们学会了用火，能够在夜间保护自己不被地面捕食者攻击。这得感谢木材的第二大特性——易燃性，尤其是在干燥的时候。燃烧的木材会释放大量的光和热。可燃性对树木本身来说没有任何用处，它能燃烧只是对人类而言的另一个幸运。大多数树木，特别是生长在雨林中的树，被点燃的概率很小。前面曾提到过，树木的细胞壁中含有大量水，约占其干重的30%。此外，树干和树枝外侧边材中的细胞腔充满了水。因此，一棵树的树干可以包含3倍于其干重的自由水。在木材燃烧之前，所有这些水必须被加热蒸发掉，而蒸发掉这些水所需的能量占木材最终燃烧时释放能量的1/3。如果你把一根新鲜树枝丢进火里，它需要一些时间加热，从两端释放出水和热气，然后才会噼啪作响地燃烧。当树木被雷电击中时，细胞内水分的蒸发是摧毁树木的原因。雷击产生的电能将水加热，水蒸气爆炸性膨胀，来不及从枝端逸出的水蒸气导致树干开裂。雷击极少直接导致起火，森林起火一般都是因为闪电点燃了树木周围干燥的草和树枝。
干木材的燃烧过程相当复杂，其原理决定了我们如何生火和控制火，所以值得细细道来。细胞壁的化学性质即使在100摄氏度以上也很稳定，木质素使纤维素纤维紧密地结合在一起，这就解释了为什么我们不能把木材煮熟当成食物来吃。当温度升至燃点以上，结合水从木材细胞中蒸发，但在温度达到148摄氏度之前不会发生其他变化。随后，纤维素纤维之间的半纤维素分子结晶，纤维素纤维变得更加坚硬。这一过程也使木材本身变硬，但由于纤维素纤维不能从细胞壁中拉出，木材除了变硬之外还会变得更脆。在第4章中，我们会介绍人类对这一“火硬化”效应的应用。
当温度达到204摄氏度时，树木在高温作用下断裂。纤维素、半纤维素和木质素等聚合物开始分裂并形成各种较小的液体分子。这个过程被科学家们称为“热解”，该过程会释放能量，首次开始产生热量来驱动燃烧。当温度从204摄氏度进一步上升到315摄氏度时，这些小分子就会蒸发，其中一些会与空气中的氧气发生反应，产生火焰，进一步产生热量。还有一些气体会与碳粒子一同逸出，以烟雾的形式释放出来。最后，细胞壁的分解完成，只有碳留了下来，木材变成木炭。与热解产生的挥发性化学物质不同，碳不会蒸发，而且它只有在温度达到482摄氏度时才会燃烧；它与表面的氧气发生反应，产生二氧化碳和能量。由于木炭燃烧时没有任何物质会从中蒸发出来，所以既不会产生火焰，也不会有烟雾，这也是为什么木炭燃烧时只是发红光。现在我们已经了解了什么是燃烧，我们会发现，木材燃烧的关键是将温度提高到足够发生热解，同时让氧气到达表面来维持火势；此外，我们还需要在周围放上足够的木材，这样火势才会蔓延。所以，生火堆的第一步是将很快就能被点着的引火物松散地堆在一起。下一步就可以添更大的木块，这些木块会升温并发生热解，然后开始燃烧，当火焰温度高到足以使木块发出红光的时候，就暂时不需要再添柴了。
使用蒸汽弯曲技术制造出的最重要的物品是木桶。在古典时代，酒、油和其他液体都是装在双耳陶罐中运输的，这种罐子很高，底部呈圆形，颈部有两个把手；它非常重，难以移动，无法集中堆放在一起，而且非常容易破碎。在考古出土的古典时代文物中，双耳瓶碎片占了绝大多数。公元前350年左右，凯尔特人发明了由弯曲木条拼接而成的木桶。这种木桶很结实，可以放在地上滚动，堆放起来也很方便，非常实用。凯尔特人成功的关键在于，板条的曲率允许其中心向外弯曲，使木材在纵向刚度上能够承载桶内液体产生的压力。要制作一个木桶，桶匠首先必须对每根木条的形状有精确的把控。他们需要使用特制拉刀拉削出所需的弧形截面，然后按一定角度切割木条两侧，这样当木条并排拼接在一起时就可以形成一个圆形。接着，他们把木条连接在一起，将它们插入临时铁箍中加热，直到所有木条紧密地结合在一起。最后，桶匠会给木桶的两端封底，套上铁环加固结构。事实证明，木桶是前工业化时代的商业命脉，其重要性相当于今天的锡罐、塑料瓶和船运集装箱的总和。
轮匠使用了木工、车削和蒸汽弯曲3种技术来改进车轮的设计。正如我们在上一章中提到的，青铜时代早期的车轮是由3块木板连接而成的，非常重又容易坏。古代战车的设计者为了生产出更轻、更快、更坚固的车，一直致力于改进这种设计。到了青铜时代晚期，他们发明出了辐条式车轮。这种车轮的轮毂由榆木等抗裂木材加工而成，细长的辐条是用拉刀或车床塑造出来的，而轮辋则是由用蒸汽弯曲成曲线的细树枝制成的。轮毂与辐条连接在一起，辐条被钉在轮辋上。最早的辐条式车轮是在公元前1500年左右由古埃及人和他们在中东的对手制造出来的。到了荷马时代，车轮的设计水平到达了顶峰，其代表便是古希腊人的战车。这种战车的车轮只有4根辐条，轮辋在转动时可以略微弯曲起到减震效果，由此一来，战车在特洛伊颠簸的战场上行进时就能够行驶得更加平稳。但这种轮子也有缺点，那就是用完后得把轮子卸下来，或者把战车整个翻转过来，即使是阿喀琉斯这样的英雄也得这么做。这样做是为了防止车轮在战车的重量下逐渐压弯变形。后来，古罗马和中世纪的轮匠造出了更加坚固的轮子，并以铁箍加固。他们做的车轮都是圆盘状的，辐条排列略呈圆锥状，可以从侧面加强车轮的牢固度，防止马车在车辙坑洼不平的路上行驶时接合处松动。农民们经常把车停在浅水中，让车身处于一种湿润且微微膨胀的状态，使接合处保持紧绷，这就是为什么在约翰·康斯特勃的名画里，干草车停在了斯托尔河的浅水中。
到目前为止，本书都倾向于把木材当作一种统一的材料来讨论。但现在我们要开始研究不同种类的木材在密度、刚度和颜色等特性上的差异以及产生这些差异的原因。木材的特性与树的大小、生态环境、土壤条件和气候相关。在温带地区，橡树、白蜡树、山毛榉和椴树等大树冠阔叶树需要在树干内部快速输送水分，给叶子提供养分，还要能抵御大风。为此，这些树的导管都长得比较粗，纤维细胞的中空程度较高，这样才能以尽可能经济的方式长出厚实的树干。这类木材的比密度约为0.5，处于中等水平。而冬青、山茱萸和黄杨等下层植被长得比较矮，需要的水分更少，它们的生长速度较慢，寿命也较长。因此，它们的导管偏细，纤维细胞壁偏厚，木质密度大、硬度高。最后，我们要介绍的是生长较快的先锋树种，比如率先在开阔土地定居的桦树、河边的杨树和柳树。这些树的导管宽大，纤维细胞壁薄，生长速度快，树干也长得非常粗壮。它们的木质相对柔软，比密度低于0.35。北方森林主林木的特征与上面这些树很类似，如松树、云杉和冷杉等针叶树，以及桦树、枫树和杨树等先锋树种。在热带雨林中，木材的密度相对极端。巴尔沙木等生长速度快的先锋树种的比密度不到0.1，而乌木和铁木等生长速度缓慢的下层植被的比密度超过了1，这些树长期泡在水中。
木材的颜色多种多样，这主要是由于不同树种中单宁酸、酚类等彩色防御化学物质的含量不同，这些物质位于树的心材之中，可以杀死真菌病害并防止树木腐烂。生长环境的气候越温暖，树的寿命越长，需要的防御化学物质就越多，木材的颜色也就越深。在温带树木中，橡树和雪松等长寿树种的木材颜色最深、最耐用，而生长速度较快的杨树和柳树的木材颜色最浅、最脆弱。一般来说，热带树木的木材颜色比温带树木要深；因此，柚木等木材被广泛用于制造庭院家具。乌木和黑木等下层植被树种的木材颜色特别深，与巴尔沙木的白色木材形成鲜明对比。
纵观各艺术门类，只有在音乐这一领域，木材的优越学性才使其成为不可替代的选择。大多数乐器都有一个共鸣箱，在这个共鸣箱中，空气的振动在特定频率下会被放大，几乎所有共鸣箱的设计都是为了使箱壁或单独的木板能够振动，从而进一步提高声音的音量和质量。为了实现这一目标，人们一直都用木材做乐器，因为木材无论是重量还是刚度都很适合告诉传导声音，而且能够在高频率下产生共振。最早的乐器是自然形成的木片，比如说热带雨林树木的板状根。黑猩猩通过敲击这些木片，在竞争中发出威胁性的声音。直到现在，加里曼丹岛上的部落居民还在用这种木进行远距离的交流。为了提高振动传递效率，获得更好的音质，人们总是用纹理均匀细腻的木材制作乐器。不同于家具和工具，乐器的制作从不使用橡木或白蜡等环孔树种，因为这些树的年轮上有许多大导管，容易吸收声音。制作乐器一般使用枫木、黄杨木、乌木等散孔木材或云杉之类的软木。
在17世纪和18世纪的巴洛克时期，木制乐器的制造逐渐成熟完善，器乐开始向处于主导地位的声乐发起挑战。法国的霍泰特尔家族和英国的托马斯·斯坦尼斯比等吹奏乐器制造商生产了木笛、长笛、双簧管和古单簧管，这些乐器都是用精选的木料在复杂的车床上加工而成的。文艺复兴时期被广泛使用的古双簧管变号和肖姆管用的是枫木和西卡摩木，而文艺复兴时期的竖笛则改用了黄杨木、樱桃木和黑木等更硬、颜色更深的木材。这些密度较大的木材传声速度快，可以放大较高频率的声音，有助于扩展乐器的音域，使其具有更明亮的音色。例如，巴洛克竖笛的音域跨两个8度，比文艺复兴时期的乐器要逊色很多。但是，作为一个会吹竖笛的人，比起用更硬的黑木或乌木制成的乐器，我更喜欢黄杨木乐器，因为它们的音色更温和，更有“木”的味道。
17世纪初，将黄铜吹嘴与木制器身结合起来的乐器也达到了鼎盛时期。角号和它那体积更小的“亲戚”小角号是用弯曲的黄杨树或角树的木材制成的，工匠们把这些木材从中间劈开、挖空、黏合，最后再用皮革裹起来。这类乐器上钻有指孔，演奏指法与长笛类似，但声音是通过吹橡子状的吹口发出的。角号因其音色而闻名，据说模仿起人声来非常逼真。威尼斯圣马可大教堂创作的圣歌中就用到了角号，不同声部的人声和乐器声在巨大的教堂中交相呼应。加布里埃利家族的圣乐、蒙特威尔地在1610年创作的《圣母的晚祷》以及早期的歌剧之所以能这么成功，角号起了至关重要的作用。
但真正体现木工技艺巅峰水平的还是弦乐器。羽管键琴和钢琴等键盘乐器的木质共鸣板在琴弦的下方，立式钢琴的木质共鸣板则在琴弦的后面。制作共鸣板用的是软木云杉，工匠先将原木四分切，然后再用胶粘起来。这类木板相当于沿径向锯开的木板，切割方向垂直于年轮，木射线宽度与木板的宽度平行一致，这样可以防止木板变形，也可以加快整个木板的振动，让声音更加明亮。
在所有弦乐器中，声学构造最复杂的一定是弹拨乐器和弓弦乐器，如小提琴、大提琴、六弦提琴、鲁特琴和吉他。这些乐器的共鸣箱都由四分切的云杉制成，共鸣箱面板上有琴码，琴弦通过支撑着它的琴码将振动传导至共鸣箱面板。为了优化音色，共鸣箱内还会加上音柱，比如小提琴共鸣箱里就有一个连接面板和背板的音柱，可以进一步放大声音。声音从共鸣箱上的音孔发出，传听众耳中。尽管进行了泛的研究，但还是没人知道为什么斯特拉迪瓦小提琴（“斯琴”）的音色格外优美。不过对“斯琴”所用木材的调查显示，“斯琴”的共鸣箱是用阿尔卑斯山上生长特别缓慢的细纹云杉制成的。木材的细腻纹路和乐器的明亮或许可以归因于16世纪至18世纪的间冰期，那段时期气候寒冷，自然环境较恶劣，云杉长速度缓慢。随着全球气候变暖，树木生长速度加快，纹路不再那么细腻，也就不可能造出如此完美的乐器了。
后来，音乐界的潮流发生了变化。随着海顿和莫扎特等古典时代的作曲家试图通过音调的快速变化来表达更丰富的情感，以及以贝多芬为代表的浪漫主义作曲家努力增加音乐的动态范围，乐器制造商不得不改造之前的轻型巴洛克乐器。包括“斯琴”在内的提琴都被改造，琴码被抬高、琴颈被降低、肠弦被金属弦代替来发出更大的声音。早期钢琴的木制框架换成了铁制框架，这样可以承受更大的琴弦张力，安装更重的金属琴弦，演奏时声音也更大。木管乐器装上了大量的琴键，演奏起来更容易，在音阶的所有12个半上提供更均匀的音调。由于按键太多，人们甚至重新设计了长笛等木管乐器，改用金属制作。在这场变革中，木管乐器逐渐消亡，取而代之的是没有指孔但配备了金属阀门的铜管乐器。
胶合板现今仍是一种重要的材料，人类每年生产的胶合板超过1.45亿立方米。但在过去的70年中，许多种新的人造板材开始进大众视野。这些人造板多数性能较差，主要是为了把剩余的边角料利用起来。人造板中生产过程最简单的是刨花板，只需将木屑和锯末用树脂胶粘在一起，然后压实成片状即可。刨花板虽然脆弱，但经常用作廉价家具的夹层，宜家标志性的毕利系列书柜用的就是刨花板。刨花板表面盖上一层饰面薄板，既可以增加强度，又可以美化外观。美国和斯堪的纳维亚半岛的森林产品实验室开发了各种纤维板，生产纤维板的木材事先用机器操作浸泡柔软，这一过程是为了分离木材细胞；完成这一步操作后，再将其压制成板材，并用树脂胶水做防水处理。纤维板的用途十分广泛，从高密度硬板到中密度板（室内改造节目中设计师的最爱），再到最轻的硬纸板，纤维板充分证明了平价包装材料的价值。如今，人们每年生产的纤维板约有2.5亿立方米。
第二个影响是原始“自然林”或“老龄林”的面积急剧下降。如今，欧洲只有少数几处林地未被人类染指，而那剩下的几个地方，如波兰和俄罗斯边境上著名的比亚沃维耶扎原始森林，也不断受到伐木的威胁。虽然原始森林的减少并不定会严重破坏物种多样性或影响森林的态系统功能，而且似乎没有什么树种因伐木而灭绝。但是，人工管理的林地里长不出那些曾经主宰欧洲森林的真正巨树。早期欧洲殖民者来到美洲时，新大陆上的巨树曾令他们叹为观止。伐木后重新长出来的树没有原来的那么高，树也没以前那么笔直粗壮，木材品质也更差。由于砍伐，森林生态系统的复杂性和储碳量都降低了，这在定期砍伐的矮林中尤为明显。数千年的林地管理也极地改变了剩余林地的树种组成。花粉分析表明，在新石器时代以前，英格兰南部的森林以椴树为主，北部森林则以橡树和榛树为主，爱尔兰地区的森林以榛树和榆树为主，苏格兰高地则以桦树和松树为主。由于椴木苍白又柔软，不适合矮林培育，早期农民觉得这种树不是特别实用，便开始培育其他树种，所以椴树数量很快就下降了。几个世纪以来，人们一直选择培育那些利用价值或适合做木柴的树种，因此，橡树和榛树逐渐遍植南方地区，枝干常被用来做成工具手柄的白蜡树也更加普遍。与此同时，古罗马将山毛榉和栗树引入东南部。现代英国森林的树种构成与原始森林差别极大；18世纪，为了建设英国皇家海军，广袤的原始橡树林被砍伐殆尽。