Внутри деревьев есть вода: почему мороз не разрывает их зимой

Оставленная на морозе бутылка с водой может лопнуть. Дерево стоит на улице всю зиму, тоже содержит воду — и обычно встречает весну без повреждений. Кора не способна месяцами удерживать внутри летнюю температуру. Значит, дело в другом. Самое неожиданное: вода в деревьях действительно может замерзать. Чтобы пережить холод, растению необязательно сохранять всю её жидкой. Важнее, где образуется лёд и что в этот момент происходит с живыми клетками.

Дерево устроено сложнее, чем бутылка с водой

Внутри дерева нет единого резервуара, заполненного до краёв. Древесина состоит из множества клеток и проводящих элементов. По одним вода движется от корней к кроне, другие обеспечивают прочность или хранят запасы.

Влага тоже находится в разных состояниях. Она заполняет внутренние полости, входит в содержимое живых клеток и удерживается в клеточных стенках. Поэтому представить дерево как герметичную трубу, в которой одновременно замерзает вся вода, нельзя.

Есть ещё одна особенность: многие элементы, по которым проходит вода, к моменту выполнения своей работы уже не содержат живого содержимого. Их прочные стенки сохраняются и образуют проводящую систему. Замерзание воды в такой полости и замерзание внутри живой клетки имеют разные последствия.

Часть воды замерзает снаружи живых клеток

Для живой клетки опасно образование льда внутри неё: оно может повредить мембраны и нарушить внутреннее устройство. У морозостойких растений один из способов защиты связан с замерзанием воды за пределами клеток.

Когда там появляется лёд, часть воды выходит из живых клеток к месту его образования. Клетки теряют влагу и уменьшаются в объёме, а оставшееся содержимое становится более концентрированным.

Получается непривычная картина: в ткани уже есть лёд, но содержимое соседних живых клеток может оставаться незамёрзшим. Именно это позволяет многим растениям переносить отрицательные температуры.

Однако такая защита тоже имеет предел. Слишком сильная потеря воды способна повредить клетку. Поэтому разные виды деревьев выдерживают разный холод: важна способность пережить и замерзание вокруг клеток, и связанное с ним обезвоживание.

Зимой содержимое клеток меняется

К холодному сезону растения накапливают растворимые сахара и другие вещества, которые помогают защищать клетки. Более концентрированный раствор замерзает при более низкой температуре, чем чистая вода. Кроме того, защитные вещества помогают мембранам переносить потерю влаги.

Это иногда называют природным антифризом. Но выражение не означает, что сок дерева становится незамерзающим при любом морозе. Одних сахаров недостаточно: они работают вместе с другими изменениями в тканях.

У некоторых клеток есть и другой способ защиты — переохлаждение. Их содержимое остаётся жидким при температуре ниже обычной точки замерзания, пока в нём не начинается образование льда. Возможности этого механизма зависят от вида растения и конкретной ткани.

Поэтому зимняя ветка снаружи может выглядеть почти так же, как осенняя, хотя её клетки уже подготовлены к совсем другим условиям.

Почему осенняя подготовка так важна

Дерево приобретает зимнюю устойчивость постепенно. Изменение продолжительности дня и снижение температуры запускают сезонную перестройку: рост замедляется, меняются клеточные мембраны, накапливаются защитные вещества.

Листопад помогает сократить потери воды. У большинства хвойных деревьев эту задачу решает сама хвоя: её небольшая поверхность и восковое покрытие уменьшают испарение. Но ни лиственные, ни хвойные деревья не становятся на зиму полностью сухими.

Из-за постепенной подготовки один и тот же мороз может иметь разные последствия. Хорошо закалённое дерево в середине зимы переносит холод лучше, чем его молодые растущие побеги во время неожиданного похолодания.

Продолжительная оттепель тоже способна уменьшить устойчивость к морозу. Возвращение холода после потепления бывает опаснее, чем ровная зимняя погода без резких перепадов.

Почему деревья всё-таки иногда трескаются

Защита живых клеток не устраняет механические нагрузки на древесину. При резком похолодании наружные слои охлаждаются и сжимаются быстрее внутренних. Возникает напряжение, которое иногда приводит к появлению длинной продольной трещины — морозобоины.

Старые повреждения могут создавать слабые места, где трещине легче возникнуть или раскрыться повторно. Поэтому объяснять любую морозобоину только расширением замёрзшей воды было бы упрощением.