текст
Кольца на память
Дендрохронологи – это люди, сумевшие разгадать язык деревьев: они извлекают из памяти годичных колец события прошлого и восстанавливают по ним историю. О том, как и зачем они определяют возраст многолетних растений, мне рассказал основатель научной школы дендроиндикации природных процессов и антропогенных воздействий, доктор биологических наук Николай Ловелиус.
– Николай Владимирович, как люди начали изучать годичные кольца?
– С годичными слоями раньше всех начали работать лесники. Для них было важно знать, насколько древостой спелый. Когда они просверливали три десятка слоев и видели снижение прироста уже великовозрастных деревьев, они считали, что нецелесообразно их держать на корню, и тогда их пилили. Как ресурс деревья используются с незапамятных времен: леса выжигали, а на их месте начинали земледелие. А что касается прикладной задачи по годичным слоям, это состоялось гораздо позже. Термин «дендрохронология» ввел на стыке XIX и ХХ веков Эндрю Дуглас, директор обсерватории Аризонского Университета, физик, который изучал изменения солнечной активности. Он одним из первых обратил внимание на повторяемость изменений в приросте деревьев, подобную повторяемости в активности солнца.
Николай Ловелиус. Фото из личного архива
– А как эта наука развивалась в нашей стране?
– По существу, то же самое независимо от Дугласа сделал профессор физики Одесского университета Федор Никифорович Шведов, когда увидел повторяемость годичных слоев на спиленных акациях под его окном. Он начал сопоставлять ширину годичных колец и количество осадков в 1881 году, а через десять лет опубликовал свои наблюдения и расчеты в журнале «Метеорологический вестник». Все эти сведения были посвящены метеорологии, и Шведову удалось предсказать очередную засуху, опираясь на основанную им «дендрометоду». Это была первая работа, в которой обращалось внимание на то, что дерево может быть индикатором увлажнения для тех периодов, в которых нет метеорологических наблюдений.
Для районов, где их не было, – горных и северных – наблюдения начались в 1930-е годы, когда организовывался Северный морской путь. Тогда и начались работы гидрометеорологических станций. Метеорологические и климатические наблюдения были нужны при освоении новых территорий, от условий которых строилась вся сеть представлений о будущей среде обитания для людей. В тех случаях, когда не было таких станций, использовали деревья, потому что они были естественными индикаторами изменений условий среды.
Для районов, где их не было, – горных и северных – наблюдения начались в 1930-е годы, когда организовывался Северный морской путь. Тогда и начались работы гидрометеорологических станций. Метеорологические и климатические наблюдения были нужны при освоении новых территорий, от условий которых строилась вся сеть представлений о будущей среде обитания для людей. В тех случаях, когда не было таких станций, использовали деревья, потому что они были естественными индикаторами изменений условий среды.
Дендрохронология – наука о методах датирования событий, природных явлений, археологических находок и древних предметов, основанная на исследовании годичных колец древесины. Используется для датирования деревянных предметов и изучения биологических изменений за последние тысячелетия
Эндрю Дуглас (слева) одним из первых обратил внимание на повторяемость изменений в приростре деревьев. Фото: Arizona State Museum, www.ltrr.arizona.edu
– В 1970 году вы предложили метод и термин дендроиндикации природных условий, ставший впоследствии международным. Как вы пришли к этой идее, и к каким результатам она вас привела?
– Я начал заниматься этой проблемой в 1963 году, в моей первой экспедиции в горно-ледниковые районы Восточных Саян. Представление о дендрохронологии тогда было небольшое: серьезные наблюдения велись только Институтом археологии, и профессор Борис Александрович Колчин стал единственным из наших коллег, кто на материале годичного изучения новгородских мостовых получил интересные ряды и первым серьезно зазвучал за пределами СССР. Позже прорыв состоялся после совещания по дендрохронологии и климатологии 1958 года в Вильнюсе.
Я тогда прослушал весь цикл сообщений и увидел, что диапазон дендроисследований гораздо более широкий, чем только дендрохрология. Один из эффектов – годичные слои способны абсорбировать не только метеорологические факторы, но и радиоуглерод, С14 – заинтересовал физиков. Радиоуглерод в годичных слоях – показатель изменения естественной радиоактивности, которая лежит в основе большинства процессов неземного происхождения. Физики стали финансировать эти исследования. Дендрохроиндикация находится на стыке многих направлений: здесь причастны и ботаника, и геофизика, и астрофизика.
Извлечение керна. www.mgul.ac.ru
Попытка использовать деревья в разных аспектах привела меня к мысли, что целесообразно выделить более общее название, и я ввел понятие дендроиндикации. Оно впервые прозвучало в 1970 году во время моей защиты кандидатской диссертации и было частью моей работы, посвященной верхней границе леса на территории СССР от Карпат до Камчатки. Эти районы показали, что у них есть черты единства в изменении прироста для больших территорий, и тогда появилась возможность выделить циклы 11–22 года.
А позже, когда стал раскладывать по полочкам, где и как это используется, я ввел аспекты дендроиндикации: лесохозяйственный, лесомелиоративный, археологический, гелиогеофизический, дендрохронологический. Тогда появилась возможность не делать людям полный обзор через все века от Леонардо да Винчи, который заметил повторяемость в приросте деревьев, а остановиться на том предмете, которому посвящается исследование.
А это сам керна. Фото: Mukhrino Field Station, www.flickr.com
– Каким образом дендрохронологи датируют возраст деревьев?
– На спилах мы видим всю историю роста дерева и можем оценивать прирост годичных колец и их сезонных частей ранней и поздней древесины. Весенняя часть колец формируется за счет накоплений предыдущего года. А в конце теплого сезона, так называемого периода вегетации, заканчивается и прирост у деревьев. Зимой прекращается деятельность камбия (образовательной ткани. – Ред.), и годичное кольцо дает представление о том, каким был теплый сезон. На спилах под микроскопом измеряют ширину годичного слоя в единицах шкалы и переводят в миллиметры. У лесников есть еще лупа, очень нехитрое устройство, через которое пропускается керн (образец древесины. – Ред.), и есть возможность сказать, какая была последовательность прироста годичных слоев за тот отрезок времени, который есть на керне. Со спилами работать проще – на них отражена вся жизнь дерева, с кернами намного сложнее.
Американские, немецкие и скандинавские специалисты одни из первых начали работать с полуавтоматической аппаратурой, в которой керн или спил продвигается на столике перед окуляром микроскопа. Попытки делать это в автоматическом режиме не всегда оправдывали себя, потому что годичный слой иногда не имеет абсолютной последовательности и имеет смещения. Невозможно предсказать, что дерево будет расти как часовой, поэтому приходится за тем же столиком ориентироваться так, чтобы ширина годичного слоя определялась перпендикулярно этому слою.
Бур, или бурав, используется и в геологии, чтобы определить слоистую структуру и профиль залегания пород. Этот прибор позволяет не уничтожать дерево, когда мы берем его образец, и место, откуда мы его взяли, мы забиваем пробкой или садовым варом, чтобы не оставить повреждений. Большинство работ выполняется на хвойных деревьях: годичные слои на них легко читаются, они большие долгожители и функционируют все время в отличие от листопадных, для которых плохо отслеживаются условия перезимовки. Работать можно не только на деревьях, но и на полыни. Один из видов полыни откладывает годичные слои, и по ним тоже есть данные, хотя серьезной работы пока не было. После кандидатской я взялся за исследования на северной границе леса и сделал очередное обобщение от Туломы на Кольском полуострове до Анадыря и Майны на Чукотке по бассейнам рек. Лес продвигается по рекам намного дальше, чем по равнинным территориям, что тоже является своеобразным индикатором. У нас не было аппаратуры, не было кернов, и исследования мы проводили с ножовкой на спилах. Лесники, как правило, работают с кернами и спилами деревьев на уровне 1,3 метра. Я работаю на уровне корневой шейки, там, где корневые системы переходят к вертикальному образованию ствола. В обычных древостоях умеренной зоны деревья достигают 20, 30, 40 метров, а на севере и на болотах – всего 1,5–2 метра. Возможность взять ближе к земле спил или позволяет точнее определить возрастную структуру дерева и те ряды, которые могут быть индикаторами изменения условий среды для места произрастания.
Сегодня в России уже нет такого единого центра координации исследований по годичным слоям древесных растений, какой был в советское время (он располагался в Каунасе). Частично компенсируется то, что было утрачено с распадом СССР, в Московском государственном университете леса, где под руководством Сергея Пальчикова ведется большая работа по созданию банков данных, хотя основное направление этой научной группы – определение мест незаконных рубок, которые причиняют огромный ущерб народному хозяйству. Дендроиндикацию широко используют в географических исследованиях. Ольга Соломина, директор Института географии РАН, возглавляет исследования лаборатории, возможно, одной из самых продвинутых на сегодняшний день. На географическом факультете МГУ начиная с 1970-х годов ведут работы Кирилл Дьяконов и Алексей Ретеюм. В Иркутске исследования проводит Виктор Воронин, на Урале – Степан Шиятов. Наиболее серьезные исследования в Красноярске возглавляет академик Евгений Ваганов, ректор Сибирского федерального университета. Эти люди собрали наиболее обширные сведения о росте деревьев в пределах лесной зоны Российской Федерации.
– О каком временном промежутке может рассказать память деревьев?
– Раньше считалось, что самые старые деревья – секвойи, которые растут в основном в США. А потом обнаружили, что самое долгоживущее растение – сосна остистая, которая растет в Белых горах и достигает возраста 4600 лет. Используя перекрестное датирование этой породы, американский специалист Чарльз Фергюсон получил 7104-летний ряд. Радиоуглеродная датировка определяет абсолютный возраст с точностью до нескольких десятилетий, а перекрестное датирование дает точность до одного года наложением данных по живым деревьям на даты уже отмерших. Таким образом получают наиболее продолжительные ряды. В 2010 году в журнале «Ритм» (Rhythm Journal) мы с соавторами (Кашкаров Е. П., Поморцев О. А.) предприняли попытку использовать данные сосны остистой для восстановления температурного режима за 7 тысяч лет. На этом же материале были определены ритмы повторяемости аномально плохих и аномально хороших условий большой продолжительности. Используя данные специалистов из Скандинавии, мы нашли черты единства в изменении темпов роста деревьев на разных континентах. Такой возраст деревьев дает более точное определение срока хороших и плохих периодов, которое нельзя выполнить ни на одном из других биологических объектов. Таким образом, годичный слой является интегральным показателем изменения комплекса факторов природной среды.
– Для чего используются полученные данные, помимо реконструкции истории и климатических прогнозов?
– Важную роль играет природоохранный аспект: мы смотрим, какие повреждения могли быть причинены тем древостоям, которые нужно сохранять, определяем степень антропогенного воздействия на лесные культуры и насаждения. По химическому составу годичных слоев определяют, кто виноват, и эти люди должны восстанавливать лес или отрабатывать нанесенный ущерб в штрафном режиме. Деревья страдают от затоплений после строительства плотин или прокладывания шахт. Одна из работ, которую мы выполняли с Лесотехнической академией, – оценка вредоносного воздействия на лес выбросов Братского алюминиевого завода. В районе Норильска на десятки километров от комбината прослеживается гибель деревьев, такие же проблемы в районе Воркуты.
Наука
Виктория Бутакова
Машины и Механизмы
Всего 0 комментариев
Быть как медуза
Неотения: закон неторопливых
История одного завещания
Аспириновая панацея
