当你第一次看到轻木时,一定会有种“这是真的吗”的感觉。
这种树看上去又高又大,却轻得仿佛可以单手举起。
我国科学院的工作人员曾做过一个实验,他们取了一块1.3米长、16厘米宽的轻木板,一个6岁的小孩就能轻松抬起。
更让人震惊的是,1立方厘米的轻木块重量,竟然只有0.1克,比同体积的牙签还轻。
那么,这种树到底是什么植物?为什么会有这么夸张的轻质特性?
其实,轻木并不是“木”字面意义上的木头,它是一种名为巴沙木或巴尔萨木的植物,学名Ochroma pyramidale,隶属于锦葵科。
这种奇特的树生长在南美洲的热带雨林中,被当地土著人称为“神的木头”,英文中也被亲切地叫做“balsa”。
从外观上看,巴尔萨树是一种中等大小的落叶乔木,通常高15-30米,树干直径可达1米。
树皮平滑,灰白色或略带红色,叶子椭圆形,两面被绒毛;它的树冠层次分明,呈金字塔结构,非常优美。
巴尔萨木之所以轻盈,那是与它特殊的生长策略与生理结构分不开的。
这种植物像是一个森林界的“街头小霸王”,它敢于舍弃一切非核心功能,只为在与众不同的生存竞争中挣得一线生机。
事实上,在巴尔萨木的故乡——亚马逊热带雨林中,植被生存压力可以说是地球上最为惨烈的。
那里终年不见天日,25米高的森林蛮荒都被茂密植被完全遮蔽,地表仅有2%的阳光可以穿透而下。
你可以想象,在这“丛林之底”获得哪怕一点光合作用所需的光照,都困难至极。
面对如此艰苦的生存环境,巴尔萨木作出了与众不同的选择。
它放弃开展任何与其他植物争抢土壤养分的意图,而是孤注一掷,全力以赴争夺来之不易的阳光。
具体来说,巴尔萨木舍弃了木本植物通常都会具备的某些基本功能。
比如木质部加厚、维管束发达等,这些对其生长迅速向上而言都是累赘。
取而代之,巴尔萨木形成了独特的快速生长机制,使自身组织达到异乎寻常的轻盈程度。
在组织结构上,巴尔萨木的木质部细胞几乎没有木质化加厚的迹象,保存了基本的原生质状态,这使细胞壁保持着异常柔软与润湿性。
同时,巴尔萨木形成了像海绵一般,遍布极大空腔的海绵状木质组织,这无疑极大地降低了植株的密度与重量。
正是基于这一特性,它得以在争夺阳光的竞争中如虎添翼,以迅雷不及掩耳之势生长。
当然,巴尔萨木的战略选择也是一种生存博弈。
它或许能最终率先逃离丛林黑暗的枷锁,挣得阳光的垂青;但失去了木本植物的基本骨干,它的寿命与抗打击能力则难免大打折扣。
或许正如那句谚语所说:“得居高位,必先舍去万事”。
那么,轻木的生长速度究竟能有多快呢?这点我们不妨和其他树种作个对比就知道了。
以我国常见的杨树为例,一年的生长量大约在20-30厘米。
而巴尔萨木在同样时间里,可以增高约10米,甚至个别树个可以达到20米,几乎是杨树的数十倍!
这种极速生长给人一种“长命泉”的感觉,仿佛可以找出抗衰老的秘密,但实际上,巴尔萨木的寿命却很短,一般只有15-30年。
它犹如昙花一现,生命的绚烂与璀璨都聚焦在极短的时间内,这恰恰印证了那句古语:“不求苞生,但求燃烈”。
巴尔萨木的原产地在中美洲与南美洲北部的热带雨林中,那里温暖潮湿,雨量充沛,阳光也较为充足,这些条件刚好满足了它的生长需要。
但随着欧洲人对美洲的殖民和商业化砍伐,巴尔萨木的原生地面临了一定威胁,现在全球95%的轻木产地集中在厄瓜多尔境内。
不过,人们也意识到这一资源的可贵,并采取了积极的保护与引种措施。
20世纪60-70年代,中国科学院在云南西双版纳地区建立了热带植物园,引进了巴尔萨木,成功在北回归线以北栽培了这种植物,创造了世界纪录。
巴尔萨木还被引入了印度尼西亚、斯里兰卡和非洲一些地区,但生长速度与原产地还是有一定差距。
之所以大家都积极引种轻木,那是因为这种植物的应用价值实在太高了,尤其是在轻质化方面。
举几个例子:
巴尔萨木轻质化应用的鼻祖,要数15世纪初期的欧洲探险家们。
在当时木质帆船时代,他们远洋探索需要制作各类木质器具与配件,而巴尔萨木正好以其轻质优势,成为不二之选。
比如,克里斯托弗·哥伦布在1492年横跨大西洋来到美洲大陆时,他的旗舰“圣玛利亚号”载运了大量巴尔萨木制成的备件、器具与家具。这为避免过重,保证航行速度发挥了关键作用。
但真正使巴尔萨木轻质化应用大放异彩的,还是16世纪中叶波利尼西亚土著族群远洋迁徙时使用的大型独木舟。
这种名为“卡瑙”的大木筏,全部采用巴尔萨木建造,船身纤长,载重可达20吨,却仅没入水下1米,非常轻盈。
土著航海家们就靠这种大木筏,实现了人类有史以来最惊人的远洋漂流之旅。
1947年,挪威探险家托尔·海尔达尔组织了一次重现古人漂流的实验航行。
他们建造了一只名为“康提基号”的巴尔萨木大木筏,从南美秘鲁起航,仅依靠海流与贸易风的推动,历时101天,成功横跨了太平洋,抵达了波利尼西亚。
这成为人类航海史上的一座丰碑,将巴尔萨木的轻质优势发挥到了极致。
不过上述只是冰山一角,实际上在进入20世纪后,巴尔萨木在航空工业的轻量化应用迎来黄金时代。
这源于航空设计对轻量化与高效动力的终极追求。
而作为超轻木材的巴尔萨木,携手新兴的合成材料,开创了空前绚丽的“仙木造飞机”梦境。
当时,许多著名飞机设计师如英国的德哈维兰,都在设计中大量采用了巴尔萨木。
他们用其制作机翼框架,再覆以桦木薄板,成功大幅减轻了重量,这种设计极大提高了飞机的功率负荷比,成为20世纪初期民用飞机设计的主流。
进入30年代后,人造合成材料的出现如轻质铝合金,使飞机轻量化进入全新阶段。
设计师开始大量采用三明治结构的夹层复合板材,即两层高强薄皮间夹一层巴尔萨木芯材。
这结合了各材料的优势,强度、刚度和耐久性都大幅提升,成为典型的1+1>2的效应。
这种设计思路在二战期间的军用飞机与运输机上得到极大发展。
美国的C-47运输机就是典型代表,它混合使用了巴尔萨木、铝合金与帆布材料,获得了更优异的轻量化性能,全机空重仅9358千克。
这不仅提高了运载能力,也是成功横跨欧亚大陆的关键因素。
进入喷气机时代后,复合材料的应用被推向更高峰。
1957年首飞的波音707客机就是典例,它采用铝蜂窝巴尔萨木夹层结构,使翼载荷提升到空前的100千克/平方米,创下多项远程飞行记录。
可以说,这种轻木与高新材料的“混血”,开启了客机设计的崭新纪元。
进入太空时代后,巴尔萨木又携手新材料,服务于更前沿的轻质化领域。
以我国神舟系列载人飞船为例,许多高新复合材料外层均采用巴尔萨木夹层作为芯材。
这保证了部件的质轻与隔热性,也提高了载荷与安全系数,是完成高难度太空探索的重要基石。
除此之外,在日常生活与工业生产中,巴尔萨木轻质化应用更是无所不在。
目前市场上最为人熟知的就是巴尔萨木制成的咖啡瓶塞、围棋棋子、乒乓球板等物品。
这些产品在保证轻盈的同时,也兼顾了性能优良。
还有许多不为人知的轻质应用点,比如乐器共鸣箱、假人模型、消防梯、舞台道具、桥梁设计竞赛材料等。
工程师甚至用巴尔萨木轻材与玻璃钢制成轻巧的高强度桥梁,这种“空心桥”跨度大、承载高,比传统混凝土桥减重70%,极具推广前景。
可见,在各行各业,巴尔萨木都因其超轻特性,获得了极为广泛的应用。
从15世纪的帆船时代,到21世纪的航天探索,这种神奇植物为人类文明减重与轻质化建树立了不朽功勋。
它为人类文明作出了独特贡献,也许正是上天眷顾,使一种植物拥有了如此神奇的魔力。
不过,我们在使用这一资源的同时,也要明白它的可再生性并不高。
巴尔萨木可持续利用的关键在于平衡资源供给与市场需求,可目前,这种平衡正面临艰巨挑战。
数据显示,如果按现行趋势推移,到本世纪30年代,全球轻木的自然储量就会枯竭。
这主要是近年新兴行业对巴尔萨木需求暴涨的结果。
比如风力发电行业,光是一个3.5兆瓦级的涡轮叶片就需要2000立方米的轻木,相当于砍伐40英亩的巴尔萨树林。
若无有效管控,这会造成资源的迅速枯竭。
业界预计,到2035年轻木的市场供给量将高达5000万立方米,而现有林业可持续产出的量仅为1700万立方米,供需矛盾日益凸显。
面对这一挑战,各国科研机构正在致力于巴尔萨木的可持续产业链建设,涉及政策、技术、教育等多个方面。
目前,尚无国际通行的强制标准要求风电等新兴行业必须使用可再生材料,各国联合起草巴尔萨木的可持续产业标准确实不失为一种方案,这有利于形成产业共识,也可为进一步立法创造条件。
另外,许多研究机构也正在致力于开发人造轻木等替代材料。
比如芳纶纸蜂窝材料的力学性能是轻木的两倍,且可回收再生利用。
这类材料已经开始在轻型飞机、无人机等领域得到应用。
通过科技进步来分担市场压力,是实现可持续的关键举措。
当然,对于普通公众来说,最切身的环保举措其实很简单,就是在使用各种轻木制品时,爱惜与延长它们的使用寿命,做到合理消费。
巴尔萨木这个神奇的生命,虽然在地球上生长时间很短,但它赋予人类文明的恩赐却将流传很久。
或许,这就是大自然的又一番安排吧。
参考资料
程必强,许又凯,马信祥.热带植物引种驯化实践.湖北科学技术出版社.2018.09.108
CCTV2财经,《是真的吗》节目
中国管科院红豆杉中心,世界上生长最快的树——轻木2019-06-10