jobbra|bélyegkép|260px|Fából faragott angyalok a kis Jézussal, 15. század jobbra|bélyegkép|260px|Különböző fatípusok bemutatója A fa mint anyag kemény, rostos, lignifikálódott szövet, ami a fás növények – fák, cserjék – szárának farészeiből áll. Szövettani szempontból másodlagos xilém, a növény szállítószövet-rendszerének része, ugyanakkor tartó funkciója is van: ez teszi lehetővé, hogy a fák magasra nőjenek és ott széles koronát fejlesszenek.
A fa heterogén, higroszkópos, sejtes szerkezetű és anizotróp anyag. 40–50%-ban cellulóz, 15–25%-ban hemicellulóz rostokból áll, melyek közé a lignifikáció során 15–30% lignin rakódik. Tartalmazhat még gyantát, zsírokat, olajokat, viaszt, csersavat, színes és ásványi anyagokat. A frissen vágott fában 20–50%, a levegőn szárítottban 10–20% víz van.
A fát mint nyersanyagot az emberiség ősidők óta sok mindenre használja. Elégeti, hogy világítson, hőt termeljen vele, mechanikai tulajdonságait kihasználva eszközöket, műalkotásokat, járműveket, bútorokat, építményeket, épületeket hoz létre belőle, kémiai átalakításokkal faszenet, cellulózt, gyógyszereket, egyéb vegyi anyagokat gyárt belőle. A kitermelt fát sok hagyományos mesterség mellett elsősorban a faipar és a vegyipar hasznosítja.
Az élő fa
A fák évelő, fás szárú növények. Három jól elkülöníthető részük van: a gyökér, a törzs és az ágakat, leveleket magában foglaló korona. Magasságuk néhány métertől akár 50–100 méterig, törzsük átmérője 10 centimétertől több méterig terjedhet. Nincs rá egyértelmű szabály, de az ennél kisebb, vagy a föld fölött rögtön elágazó fás növényeket inkább cserjének nevezik. Faanyagként leginkább a törzsüket hasznosítják. Kívülről befelé haladva a következő részekből épül fel:
right|thumb|250px|Majomkenyérfa (Adansonia digitata) Tanzániában Kéreg. A fa testének külső, a külvilággal érintkező része. Külső, elhalt pararétegből és a belső rostrétegből áll. Megakadályozza a fa kiszáradását, védi a környezeti hatásoktól. Háncs. A kéreg belső részén lévő, rostos, nem fás szövet. Ennek rostacsövei szállítják a levelekben szintetizált szerves anyagokat oda, ahol a fa felhasználja vagy raktározza azokat. Kambium. Osztódó sejtekből álló, szabad szemmel nem látható réteg, amely kifelé a háncs, befelé a fatest sejtjeit hozza létre körkörös rétegekben. A mérsékelt égövi fáknál a kambium évszakonként eltérő ütemben osztódik: tavasszal a legaktívabb, és az első fagyok beálltáig dolgozik, majd télire felfüggeszti működését. Ettől lesz az ilyen fák szerkezete évgyűrűs. Fatest. Statikai, tartó szerepe mellett ebben találhatóak azok az elemek, amelyek a gyökértől a levelekig szállítják, raktározzák a vizet és a benne oldott ásványi anyagokat. Elsősorban ez a fa felhasználható, megmunkálható anyaga. Részei a szíjács és a geszt. Bél. A fa testének legbelső, középponti része. Nagy üregű, vékony falú sejtekből épül fel. Átmérője néhány millimétertől 1-2 centiméterig terjedhet.
A fát kivágása, a fakitermelés változtatja át élőlényből ipari nyersanyaggá. Jelentősége, hasznossága nagyrészt annak köszönhető, hogy – a lágy szárú növényekkel ellentétben – elhalása, nedvességtartalmának elvesztése után is hosszú ideig megőrzi állagát, kedvező mechanikai tulajdonságait.
A fatest szerkezete Sejtek A kitermelt, felhasználásra kész fa anyagának túlnyomó része a növény elhalt sejtjeinek sejtfalaiból és az ezek közötti üregekből tevődik össze. E sejtfalak tartósságukat, merevségüket a sejtfalvastagodás során beépülő cellulózrostoknak, keménységüket az ezek közé rakódó ligninnek köszönhetik.
A fonál alakú, hosszú, párhuzamosan futó cellulóz makromolekulák kristályrácsba rendeződve úgynevezett micellumokat alkotnak. A micellumok a nem kristályos részekkel együtt elemi rostokat, micelláris kötegeket, ezek pedig mikrofibrilláris kötegeket képeznek, melyek szövedékei a sejtfalrostok, fibrillumok. Ez utóbbiak alkotják a sejtfal egyes rétegeit, lamelláit, melyekből a végleges sejtfal áll össze. A sejtfal belsejében illetve a felszínén különböző kémiai anyagok halmozódhatnak föl, az előbbi jelenséget inkrusztációnak, az utóbbit adkrusztációnak nevezzük. Inkrusztálódó anyag például a lignin, a festékanyagok, a kova, a kalcium-oxalát, a kalcium-karbonát, a nyálka és a mézga. A para és a viasz viszont többnyire adkrusztálódik.
A fa nem homogén anyag. Különböző formájú, funkciójú, de általában a fa hossztengelye irányában megnyúlt sejtekből épül fel, és e sejtek falai is rostos szerkezetűek. Ez eredményezi a fa anizotróp természetét, vagyis azt, hogy a fizikai hatásokra való reagálása azok irányától is függ.
left|thumb|200px|Fekete dió keresztmetszete a mikroszkóp alatt. Jól láthatók az évgyűrűhatárok (sötétebb vonalak), az edények (pöttyök), a bélsugarak (fehér vonalak).
Faelemek A fa sejtjei – eredeti rendeltetésüktől függően – különböző méretűek, alakúak, felépítésűek, a faelemek ezekből és ezek egymásba kapcsolódásaiból keletkeznek. Ezek közül a legfontosabbak:
Tracheida, vagyis vízszállító sejt. A végein kihegyesedő, hosszúkás, vízszállítást végző, egyetlen sejtből álló elem. Kialakulása után sejtplazmája felszívódik, élettelen. Trachea, azaz edény. Egymás után elhelyezkedő megnyúlt, tág üregű sejtekből alakul ki úgy, hogy azok elválasztó falai felszívódnak vagy perforálódnak, a sejtek elhalnak. Az így létrejövő csövecske az élő fában a vizet és a benne oldott ásványi anyagokat szállítja a gyökerektől a levelekhez. Faparenchima, eredetileg a fa szövetrendszerének élő, sejtplazmát tartalmazó, kész tápanyagokat továbbító és raktározó eleme. Vékony falú, nagy üregű sejt: ebben állítja elő a fa a színezőanyagokat, alkaloidákat, illóanyagokat, olajokat, kristályos ásványi anyagokat. Viszonylag sok fehérjét tartalmaz, ezért ez a farontó gombák támadásának fő célpontja. Farost, erősen vastagodott falú, szűk üregű, hosszúkás, a végein kihegyesedő faelem. Kialakulása után a sejtplazmája felszívódik, élettelen. Szilárdító feladata van.
A fentieken kívül léteznek még átmeneti elemek, mint az edényszerű tracheida, a rostszerű tracheida, a tracheidaszerű edény, a pótlórost, a rekeszes rost.
A bélsugarak vékony falú parenchimatikus sejtjei az élő fában sugárirányban szállítják, raktározzák a tápanyagokat. Minden fatestben megtalálhatók.
Makroszkópos szerkezet A fa makroszkópos, vagyis szabad szemmel látható sajátosságai nemcsak az anyag szépsége, felhasználhatósága szempontjából lényegesek, de a fafaj azonosításában is segítségünkre lehetnek. Ezek a jellegzetességek a fatest különböző irányú metszésfelületein különböző módokon mutatkoznak.
Kereszt- vagy bütümetszet a rostirányra, tehát a fa hossztengelyére merőleges metszésfelület. A fa középvonalán, belén áthaladó, a rostokkal párhuzamos metszet a sugármetszet. Húrmetszet minden olyan metszet, ami párhuzamos a rostokkal, de nem halad át a fa belén.
A fa anyagának makroszkópos jellegzetességei: right|thumb|300px|Négyéves fából kimetszett hasáb 0 bél; 1 évgyűrűhatár; 2 gyantajáratok; 3, 4 bélsugarak; 5 kambium; 6 kéregsugarak; 7 parakambium; 8 háncs; 9 parakéreg
Évgyűrűk. A mérsékelt övi fák mindhárom metszetén felismerhetők, kialakulásukat az évszakok váltakozása okozza. Leginkább a bütümetszeten szembetűnők, mint a bél körüli koncentrikus körök vagy ellipszisek. Az évgyűrűben két pászta különíthető el: a tavaszi vagy korai pászta a tavasszal, az intenzívebb tápanyagfelvétel idején képződött, lazább szövetekből áll, a nyáron létrejött „őszi” vagy kései pászta ennél tömörebb. A sugármetszeten az évgyűrűk párhuzamos vonalakként, a húrmetszeten parabolikus vagy szabálytalan görbékként látszanak. A trópusi fafajoknak nincsenek évgyűrűik, de a csapadékosabb és szárazabb időszakok váltakozása gyakran azokhoz hasonló növekedési zónákat hoz létre. Edények, tracheák vagy pórusok. Ha szemmel látható méretűek, akkor a bütümetszeten apró likacsokként, a sugár- és húrmetszeten finom hosszirányú karcok, árkok formájában jelentkeznek. Az edényeket gyakran tilliszek vagy színes mézgaanyagok töltik ki. Állhatnak egyesével, ikerpórust vagy likacssugarat alkotva. Ha a korai pászta edényei feltűnően nagyobb átmérőjűek, mint a kései pásztáé, akkor likacsgyűrűt alkotnak. Ilyenkor gyűrűs likacsú, ellenkező esetben szórt likacsú fáról beszélünk. Az edények gyakran túl kicsik ahhoz, hogy szabad szemmel láthassuk őket. Gyantajáratok. A gyanta vízben oldhatatlan, amorf váladékanyag, és általában a sejteken kívüli gyantajáratokban található. A bütümetszeten ezek apró pontok, többnyire a kései pásztában. A gyantatáska több gyantajárat összeolvadásával, a szövetek feloldódásával alakul ki az évgyűrűvel párhuzamosan – szélessége néhány milliméter, hossza több centiméter lehet. Bélsugarak. Ha szemmel látható méretűek, akkor a keresztmetszeten a középpontból sugárszerűen szétágazó finom vonalaknak látjuk őket, a sugármetszeten fényes, vonalas, a rostirányra merőleges csíkos rajzolatokként, kisebb vagy nagyobb bélsugártükrökként, a húrmetszeten orsó alakú rövid vonalkákként. Színük a fa alapszínénél világosabb, vele azonos, vagy sötétebb is lehet. Állhatnak egyedül vagy halmozottan, az évgyűrűk határán megvastagodhatnak. Parenchimák. A környező szöveteknél világosabb színükkel különülhetnek el a bütümetszeten. Különböző helyeken, sokféle elrendezésben csoportosulhatnak. left|thumb|200px|Tiszafa gesztje és szíjácsa Geszt és szíjács. Az élő fa növekedése során a belül elhelyezkedő évgyűrűk szöveteit fokozatosan kikapcsolja az életműködésből. Ezekbe a szövetekbe tartósító anyagok, lignin, fagumi, csersav, festékanyag, ásványi sók épülnek be, és kizárólag mechanikai, tartó funkciójuk marad meg. A fatestnek ez a része a geszt. Az ezt körülvevő, a kéregig tartó, a fa életfolyamataiban még részt vevő szövetek összessége a szíjács. A geszt legtöbbször sötétebb, mint a szíjács; határvonaluk általában egy évgyűrű, a két rész átmenete lehet éles vagy fokozatos. A geszt kiterjedése az egyes fafajokra jellemző tulajdonság. A kitermelt faanyagban a geszthez hasonlóan nyilván a szíjács is elhal, de mivel ebbe nem épülnek be a gesztet tartóssá tevő anyagok, faanyagként a szíjács illetve a széles szíjácsú fák gyakran gyengébb minőségűek, mint a geszt, a széles gesztű fák.
right|thumb|200px|Lombos és tűlevelű fa mikroszkópos képe, jól látható középen az évgyűrűhatár, az edények, a tracheidák
Lombos és tűlevelű fák A faanyagokat felépítésük, tulajdonságaik éles eltérései alapján a lombos illetve tűlevelű kategóriákba soroljuk aszerint, hogy a zárvatermők törzsébe vagy a fenyőalakúak rendjébe tartozó növényből származnak-e.
A lombos fák felépítése a tűlevelűekénél jóval összetettebb. Az élő fában a vizet változatos formájú edények, tracheák szállítják, a tracheidák szerepe másodlagos, egyes fajoknál ezek hiányozhatnak is. Az edények az évgyűrűben szórtan vagy gyűrűszerűen helyezkednek el, gyakran nagyok. A fatestet külön elemek, a farostok, rosttracheidák szilárdítják. Több a faparenchima. A tűlevelű fák felépítése egyszerűbb. A fatest túlnyomórészt tracheidákból áll, ezek jóval hosszabbak, mint a lombos fákban. Edényei nincsenek. A tracheidák nemcsak a folyadékot továbbítják, hanem ezek dolga a fa szilárdítása is: a korai pásztákban létrejövő elemek inkább a vizet szállítják, a kései pászta vastagabb falú, szűkebb üregű elemeinél a szilárdító szerep kerül előtérbe. Parenchima kevés van, vagy nincs is. Több fafaj testét gyantajáratok hálózzák be.
Trópusi fák A trópusi fafajok szövete nem tér el lényegesen a mérsékelt égövi fákétól, de néhány különbség azért megfigyelhető: A trópusi fák felépítése egyenletesebb, mivel a trópusi éghajlaton a fa viszonylag folyamatosan, megszakítás nélkül fejlődik, így nem alakulnak ki benne évgyűrűk, eltérő mechanikai tulajdonságú zónák. A mérsékelt égövi szórt likacsú fák pórusainak átmérője általában kicsi, míg a trópusi szórt likacsú fák pórusai gyakran nagyok.