Как кольца деревьев могут рассказать об истории Земли? — Популярная наука — 7 канал Красноярск

Как кольца деревьев могут рассказать об истории Земли?


18 ноября 2020
Что такое дендрохронология?

    Фактически дендрохронология — это изучение летописи жизни планеты по годичным кольцам деревьев. Существуют исторические летописи, и целая группа учёных, которые на основании исторических записей пытается восстановить события, происходящие в социуме. Годичные кольца записывают информацию о явлениях, которые происходили в прошлом на территории планеты, этот период достаточно большой. Самые длительные записи по годичным кольцам, которые на сегодняшний день существуют — составляют около восьми с половиной тысяч лет. Оказывается, что в годичных кольцах записывается информация о климате планеты. Все деревья в наших сибирских бореальных лесах, в субарктических лесах, в лесотундре и в северной тайге чувствительны к температурным условиям. Это означает, что чем выше температура, тем лучше прирост, или чем ниже температура, тем хуже прирост. Это позволяет увязать некоторые параметры годичного кольца с изменениями температуры. И эта связь достаточно тесная, на основании определенных подходов мы можем реконструировать климат на 1000 лет назад, или, например, температуры. Возникает вопрос: для чего эти реконструкции нужны? Многие говорят о том, что сейчас существует глобальное потепление, оно действительно фиксируется, и этому яркий пример — таяние арктических льдов. И, например, северный морской путь по прогнозам может быть уже очень скоро открыт даже в зимний период. Но для того чтобы сделать такие прогнозы тем глобальным циркуляционным моделям, которые существуют — необходимо опираться на что-то, на историю климата земли. И вот как раз дендрохронология занимается восстановлением истории климата земли. Оказывается, в этих годичных кольцах, которые мы изучаем, скрыто очень много информации. О климате земли, о состоянии самих лесных экосистем планеты, о воздействиях, которые оказывает окружающая среда на рост деревьев и т.д. Существует целый спектр вопросов, который можно решать при помощи годичных колец. Основой нашей науки являются древесные образцы, мы называем их керном. Берется этот керн при помощи нехитрого устройства, похожего на коловорот (только с полостью). Мы вкручиваем этот коловорот в дерево и достаем образец, обрабатываем его определенным образом. В зависимости от процедур, какие измерения с годичных колец мы хотим получить, мы используем ту или иную технику. Если мы хотим получить ширину годичных колец, то мы используем измерительные установки. Если хотим получить плотность годичных колец, то используем плотностные установки. Если хотим узнать о структуре годичных колец (они состоят из клеточек), мы используем микротомы, которые позволяют делать на образцах срезы микронной толщины. Затем достаточно сложная процедура - получение изображений и вывод этих изображений на компьютер. Мы можем видеть, как формировалось годичное кольцо в течение того или иного сезона роста. С каждого участка, куда мы приезжаем, мы берём от 20 до 100 образцов в зависимости от задачи, которая перед нами стоит. Такими участками покрыта существенная часть территории Российской Федерации. В середине 90-х годов была создана система дендрохронологического мониторинга. Мы не единственные в мире: очень много таких измерений, таких данных по европейской части, по территории Северной Америки: в США и Канаде, по территории Южной Америки в различных странах: Аргентине, Чили и так далее, и по территории юго-восточной Азии: в Китае очень мощно это направление развивается, в Индии, Южной Корее.
    Есть ещё один яркий пример, что такое дендрохронология. Вы приходите к кардиологу, показываете ему кардиограмму, и кардиолог, глядя на неё, может поставить вам диагноз или выявить те отклонения, которые существуют в вашем здоровье. Так вот те ряды, которые мы получаем по годичным кольцам, - это своего рода такая кардиограмма. И дендрохронологи, анализируя колебания в годичных кольцах, могут также поставить диагноз той экосистеме, которая нас интересует. Или поставить диагноз тому климату, который был на планете тысячи лет назад.
   
Как еще используют знания полученные дендрохронологами?
 Есть задачи, которые связаны с ведением лесного хозяйства. Существует такое понятие - эффективное управление лесами.  В Российской Федерации эта работа ведётся, и это направление существенно развивается. Нам есть на кого равняться, например, на Финляндию, нашего северного соседа, где это управление эффективно. Небольшая страна полностью снабжает себя древесиной и 70% древесины экспортирует, в основном в страны Западной Европы. На основании определенного рода информации по каждому участку прогнозируется объём древесины, который можно получить с того или иного участка. Они точно знают, когда на эту территорию приехать и в каком объеме лес там вырубить, чем этот лес подкармливать, чтобы вернуться через 20-30 лет и вырубить тот же объём древесины высокого качества. Такая же работа налаживается в Российской Федерации.
    Ещё один прикладной аспект. Много сейчас говорят о незаконных вырубках леса, и оказывается, что методы дендрохронологии позволяют определить законность той или иной вырубки. То есть если взять древесные образцы с того леса, который был вырублен, и сопоставить с тем, который растет в том месте откуда якобы он был вырублен, можно точно понять, когда был вырублен лес, в каком объеме и было ли разрешение на вырубку данного леса. Правоохранительным органам очень понравилась эта метода, и мы тесно с ними сотрудничали. Такая работа, как я знаю, очень серьезно ведется в одной из наркологических групп в Иркутской области. Они разработали техническое обеспечение и методические пособия, которые позволяют применять на практике, в частности для определения законов о незаконных вырубках леса. Что касается прикладного аспекта в дендрологии, существует красивый пример. В середине 20 века один коллекционер занимался скрепками Страдивари, он их коллекционировал и собирал по всему миру, и у него возник вопрос. Ему понравился один экземпляр, все эксперты, с которыми он связывался, говорили, что тот экземпляр, который его интересует, является скрипкой Страдивари. Форма скрипки, материал и лаки, которые использовались для изготовления и тому подобное, соответствовали оригиналу. Таким образом, этот человек обратился к дендрохонологам и попросил по возможности датировать эту скрипку, то есть попросил определить, когда эта скрипка была произведена. Получилось так, что Страдивари умер в середине 18 века, когда дендрохонологи стали датировать эту скрипку, то выяснилось, что она была сделана из древесины в 1825 году. Мы понимаем, что тот экземпляр, который представлялся на многих аукционах, не является скрипкой Страдивари. Даже дерево, из которого была сделана эта скрипка, оно еще тогда не росло. 

Что влияет на рост деревьев? 
    Множество факторов, безусловно, влияет на рост деревьев. Это температурный режим, режим увлажненности, микроклиматические условия, растет ли дерево на склоне или в низине, также почвенные условия и насекомые. Существуют такие вспышки массового размножения, которые приводят к тому, что леса на огромных территориях, могут гибнуть. К тому же к этим факторам относятся внутренние особенности строения дерева. Все эти факторы могут оказывать и оказывают существенное влияние на рост деревьев, но задача, которая стоит перед нашей группой, состоит в том, чтобы оценить, каков вклад внешней среды в данном случае климата, на рост тех или иных деревьев. Получается так, что вклад температуры и осадков для многих лесных экосистем в Сибири, объясняет 50-60% изменчивости того прироста деревьев, который существует на нашей территории.
 В чем особенность красноярского моделирования роста деревьев?
Красноярской группой в середине 80-х годов была предложена "Имитационная модель роста деревьев Ваганова-Шашкина". Евгений Александрович Ваганов и Александр Владимирович Шашкин в 80-х годах предложили очень простую идею - как моделировать рост деревьев на основании температуры и осадков. Сейчас это одна из самых простых моделей, которая используется мировым научным сообществом. Существует порядка 10 таких моделей. Безусловно, есть более точные, учитывающие большее количество факторов, которые оказывают влияние на рост деревьев, но, к сожалению, они не везде применимы из-за своей сложности.  А наша модель, которую мы продвигаем в мировое научное сообщество, является очень простой и потому универсальной. Ее успешно применили во многих странах Западной Европы, Скандинавии, Северной Америке, США, Канаде. Большой интерес наша модель вызывает в Китае, мы достаточно тесно с ними сотрудничаем. Оказывается, эта простая модель, которая основана на влиянии освещенности, температуры и режима увлажнённости позволяет нам с высокой точностью прогнозировать возможный прирост древесных растений на той или иной территории. Это одна из самых цитируемых моделей сейчас в мире в научном сообществе.
    
Какой возраст у самых старых деревьев на планете? 

   Самые старые живые деревья, которые живут на планете - это сосна остистая, произрастает на юго-западе США, ее можно найти, например, в штате Аризона. Возраст живых деревьев составляет 4,5 тысячи лет. Это самые старые деревья, которые существуют на планете. Люди иногда говорят: "Тысячелетние дубы". И в Западной Европе, и в России существуют мифы, что дубы растут достаточно долго. Да, они растут долго, могут обладать огромными диаметрами. У нас как-то проходило рабочее совещание в Калининграде, в этом месте рос огромный дуб. Работники заведения были уверены, что это тысячелетний дуб. Мы его просверлили, посчитали годичные кольца и оказалось, что дубу всего-навсего 120 лет. Толщина дерева и возраст очень часто не связаны друг с другом. Что касается живых деревьев на территории России, рекордными среди хвойных являются лиственницы, которые растут в субарктических районах нашей Сибири, в частности на территории Якутии. Лиственница, которую мы там находили, имеет возраст порядка 1200 лет. Это живые деревья, это эндемичный лес и это рекордный возраст для рода лиственницы, среди всех лиственниц, которые существуют на земном шаре, в северном полушарии в частности.