本文發表於《大眾科學》的前部落格網路，反映了作者的觀點，不一定代表《大眾科學》的觀點
對於一些人來說，颶風桑迪作為本世紀的特大風暴襲擊東海岸的不受歡迎的提醒，是一棵連根拔起的大樹，橫臥在院子裡——如果幸運的話，沒有砸到房子。從北卡羅來納州到加拿大，樹木倒塌或折斷了粗大的樹枝，導致人員和動物傷亡，撞到房屋和汽車，阻礙道路並扯斷了電線。這場強烈的風暴僅在紐約市就颳倒了8497棵樹。但是，不需要颶風或特大風暴就能連根拔起木材。週三和週四襲擊美國東海岸的東北風暴又颳倒了更多的樹木。當然，風暴襲擊美國各地和世界大部分地區，造成樹木倒塌，這是損害的一部分。然而，大多數樹木仍然“腳”牢牢地紮根在地下。
我們美國人喜歡樹木，經常用它們來命名街道——橡樹街、榆樹街、櫻桃巷、柳樹巷、楓樹大道、柏樹大道、梧桐路等等。我一直想住在楓樹大道上。它聽起來是那麼的溫馨、安全和友好。我腦海中浮現出孩子們在綠樹成蔭的街道上騎腳踏車，進行橄欖球和棒球比賽，舉辦鄰里燒烤和溫馨舒適的家園。我從來沒有想象過一棵楓樹砸在房屋上，或一根掉落的樹枝把孩子從腳踏車上打下來的情景。
12年前我買下我的兩層馬里蘭殖民地風格的房子時，它自帶樹木。我的社群曾經是為開發而清理出來的林地的一部分，我確信我角落裡的那些樹木比1937年建造的房子要老得多。這些大樹中有些離我的書房和樓上的臥室只有幾碼遠，我可以伸手觸控到我家辦公室窗外的其中一棵樹。
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到目前為止，只有前院的一棵樹掉下了一根相當大的樹枝。但是，當暴雨浸透地面時，狂風迫使樹枝來回搖擺，或者冰雪使樹枝下垂時，我會擔心，當我聽到一聲巨響時，我會跑到房子的中心。下一個是誰？我們如何知道當天氣狂暴時，我們的樺樹、榆樹、楓樹、橡樹、松樹、雪松、柳樹、鐵杉和其他點綴我們四季風景的城市樹木，是否會安全地與我們的家人和房屋共存。
為什麼有些樹在風暴中倒下，而大多數卻沒有？為了找出答案，我請了三位專家來解釋樹木倒塌背後的科學原理：哈佛大學哈佛森林主任大衛·R·福斯特（David R. Foster），這是一個由國家科學基金會資助的長期生態研究基地；美國農業部森林管理局植物生理學家凱文·T·史密斯（Kevin T. Smith）；以及註冊諮詢樹藝師、位於佛蒙特州蒙彼利埃的樹木保護公司Treeworks的總裁威廉·E·德沃斯（William E. de Vos）。請事先警告，史密斯承認他“被林務員洗腦了”，當他指樹的“樹幹”時，他說“莖”。
為什麼有些樹在風暴中倒塌而有些樹不會？
史密斯的回答並不令人感到安慰：“首先要知道的是，所有的樹都有可能在風、雪、冰的某種程度的力作用下，單獨或組合失效，”他說。三位專家都同意的一個主要原因是被稱為“風倒”的現象，它會連根拔起一棵樹。“樹幹起著槓桿的作用，因此作用在根部和樹幹上的力隨著高度的增加而增加，”福斯特說。“較高的樹木更容易被風吹倒。”
“樹的根可以延伸到樹枝半徑的1-2.5倍，許多城市地區不允許這種廣泛的發展，”德沃斯回答說。“問題主要在於那些在周圍發展，並且在過程中根被切割、碾壓或撕裂的樹木。可能會隨之而來發生腐爛。”
史密斯進一步解釋說：“木材是一種非常堅固而優良的結構材料。然而，木材並非均勻的，或者在莖（樹幹）的所有地方都具有一致的強度。真菌引起的木材腐爛會削弱木材結構。然而，僅僅存在腐爛的木材甚至空洞並不意味著這棵樹更容易失效。”他接下來所說的話讓人感到安慰。“強度來自存在的木材的質量和數量，而不是可能已經降解的物質。”他說，導致樹木倒塌的另一個重要因素是兩個樹幹之間或樹枝和樹幹之間的樹皮，以及過去受傷造成的傷口，當強風彎曲樹枝甚至導致樹幹搖晃時，這些傷口會使樹木變得脆弱。
德沃斯補充說，“通常，在風災期間，樹木往往更多的是連根拔起，而不是折斷，儘管樹冠中結構不良會導致樹枝斷裂、分裂和撕裂。”
其他風險因素：生長在淺層土壤或岩石區域的大樹，以及習慣於生活在森林中的樹木。 更多相關內容如下。
某些型別的樹木的風險是否比其他樹木更高？
“嗯，當然，受干擾地區的城市樹木，但有些物種容易被風吹倒，”德沃斯說，他在風暴過後經常拜訪陷入困境的房主，並且已經目睹了四十年樹木被破壞的景象。“香脂冷杉，有時是白雲杉、柳樹、白松、雪松，有時是鐵杉。大多數是由於生長在潮溼地區。”
“風險最高的樹木是那些環境最近發生變化的樹木（比如在過去5-10年中），”史密斯說。當生活在森林中的樹木失去了一圈樹木的保護，成為新住宅地塊的獨立樹木或成為森林的邊緣樹木時，它們更容易受到風等強天氣因素的影響。
它們也失去了周圍樹木的物理保護，這些樹木曾阻止它們彎曲太遠而折斷。清理土地可能會傷害樹木的樹幹或樹根，“為木腐真菌的感染提供了機會。腐爛通常進展緩慢，但在基底或根部受傷後5-10年可能會很嚴重。”史密斯警告說，人類對樹木周圍的地面所做的事情——壓實土壤，改變坡度和排水“會殺死根並增加感染”。
福斯特解釋了樹的不同部分如何影響其生存：“樹種在影響其對斷裂和連根拔起的敏感性的特徵上有所不同：它們的木材強度（控制斷裂）、根的深度和強度（控制連根拔起）以及樹冠的形狀（樹枝排列，決定它們攔截多少風）。下面的圖表[顯示了]敏感性隨樹高的變化。……針葉樹（松樹）和闊葉樹（橡樹、楓樹、樺樹）對風的敏感性差異很大。松樹更高；它們將樹葉集中在樹的頂部，向上伸出並高於其他樹木，因此會接住風，並充當更大的槓桿。它們的根系很淺。”
下圖“顯示了按樹種分解的相同關係。隨著樹木年齡的增長和高度的增加，它們變得更加敏感，但這因物種而異。”——福斯特
是否有關於在風、雪和冰暴中哪些樹種倒塌最多和樹枝斷裂最多的記錄？
福斯特說：“哈佛大學的研究生[威利特·羅蘭茲]在1938年颶風后編制了最好的資料庫之一。這項研究是為他在1942年完成但直到1988年才發表的論文而做的。”
史密斯說，美國森林管理局正在嘗試在樹木失效資料庫中收集資訊。
根據他個人對倒塌樹木的訪問資料庫，德沃斯說，“幾乎可以肯定的是，柳樹、白松，以及在較小程度上，挪威楓樹、紫葉楓樹，會在不利事件中失去樹枝，有時會失去更多。”
多少英寸的雨水會使土壤足夠溼潤，以至於樹根鬆動？
“如果樹根腐爛，即使很少下雨或颳風，樹木也可能倒塌，”德沃斯說。“所以我認為答案是任何數量的雨水都可能導致樹木倒塌，前提是地下環境惡劣。請記住，大約90%的樹根位於土壤上層的18"-24"之間。”
無論降雨量多少，史密斯說，溼潤的土壤“更多地與排水有關”。福斯特補充說，“在非常沙質的土壤中，根系的牢固性可能會隨著水分的增加而增加。”當潮溼確實導致失效時，他說“一般來說，在大多數土壤中，連根拔起的樹木多於斷裂的樹木。”
對於最後三個問題，我提供了專家們更完整的答案，因為我認為他們給出的細節值得您花時間閱讀。
某些樹種是否會比其他樹種生長出更廣泛的根系——更寬更深——從而保護它們免於倒塌？土壤型別起什麼作用？
福斯特：“根系的深度和廣度因物種而異。但它也隨著土壤條件而變化。同一種樹[會]在非常潮溼的土壤中產生與在非常乾燥的土壤或岩石土壤與無岩石土壤中非常不同的根系特徵。在潮溼地區，根系往往較淺，樹木容易被連根拔起。”
德沃斯：“落葉樹往往比針葉樹具有更大的橫向根系擴充套件，針葉樹往往具有更纖維化和緊湊的根系。土壤型別及其是否適合所討論的樹種對於成功至關重要。……沙質土壤具有良好的通氣性，但養分保持能力較差，而粘土土壤具有較差的通氣性和優良的養分保持能力。兩全其美的是粘壤土，兼具兩者的優點。土壤和物種之間的關係越好，根系的發育就越好，前提是沒有像牆壁和道路、建築物和管道這樣的城市限制因素。良好的土壤將促進更深的根系，因為它將氧氣輸送到較低的水平，因為水分會浸出。”
我如何知道我家院子裡的一棵樹有倒塌的高風險？
史密斯：“首先，看看樹及其環境。樹是否傾斜？如果是這樣，近年來傾斜是否加劇？樹幹是否有明顯的裂縫？樹冠在生長季節是否健康，葉子茂盛，冬季是否形成良好的芽？根部問題通常反映在樹冠狀況上。在樹幹底部的支撐根之間是否有明顯的裂縫？這些通常表明根或支撐腐爛。你是否注意到樹幹或土壤上，與木質根相關的木腐真菌的蘑菇？生長在樹木附近土壤上的大多數蘑菇對樹木無害，但有些物種可能表明腐爛。請記住，僅僅存在腐爛並不意味著這棵樹很有可能失效！注意在共生莖中和主要樹枝的底部是否存在內含樹皮。”這樣的區域是薄弱的，容易斷裂。
有沒有什麼方法可以測試我的樹木，看看它們是否有傾倒或樹枝掉落的風險？
de Vos: “有一些更復雜的方法可以測試樹木結構，例如阻力儀鑽孔測試和聲波層析成像。這有助於預測因樹幹結構不安全而導致的傾倒可能性。檢查根頸的健康狀況（尋找收縮）...檢查樹冠是否枯死以及整體健康狀況。觀察樹枝離地面的高度，以及是否存在嚴重的傾斜或異常不平衡的樹枝結構。在樹木周圍施工後需要3-5年的時間才能看到哪些樹木能夠存活的跡象。”
這有很多需要檢查的內容，並且考慮到蘑菇可能不一定是樹木故障的指標，而明顯的疾病也可能不影響樹木的穩定性，因此最好請樹木專家到您家檢查您擔心的樹木。在授權進行上述可能提供有關樹木穩定性資訊並可能損害樹木的複雜測試之前，您可能需要獲得不止一個意見。Smith 建議尋找參與國際樹木學會和樹木護理行業協會等組織的持牌樹藝師，這些組織提供持續的樹藝師教育。州立大學的林業或農業推廣教育工作者可能是另一個選擇。
儘管它們可能在惡劣天氣中成為不情願的武器，但我認為我們大多數人都不想沒有樹木而生活。它們為我們的房產增添特色，在夏天提供陰涼，在秋天提供美麗的葉色，併為我們的野生動物提供家園。大多數樹木在我們存在之前就早已存在，並且希望在我們離開後仍然存在。但大自然不可避免地會週期性地興起並摧毀一些樹木。“當我們遇到真正強烈的風暴（2-3級）時，我們將看到美國東部森林遭到難以想象的破壞，”福斯特警告說。“1637年或1938年的颶風將會重來。”
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圖片：這兩張圖表均來自戴維·R·福斯特於1988年3月在《生態學雜誌》上發表的“美國新英格蘭中部地區物種和林分對災難性風的反應”。