Ученые Института экспериментальной ботаники имени В. Ф. Купревича Национальной академии наук Беларуси совместно с российскими коллегами из Института проблем экологии и эволюции РАН впервые построили сверхвековые дендрохронологические шкалы, отражающие динамику климатических факторов и хозяйственной деятельности в нашем регионе более чем за 2 тысячи лет.
О том, какие задачи решают дендрохронологические исследования, насколько ценную информацию можно с их помощью получить и в каких сферах ее использовать, «Звязде» рассказали заведующий лабораторией проблем экологии леса и дендрохронологии Института экспериментальной ботаники, кандидат биологических наук Александр Пугачевский и научный сотрудник той же лаборатории Наталья Кныш.
— Дендрохронология — раздел биологической науки, посвященный исследованию закономерностей динамики годового прироста деревьев, в том числе и в связи с изменением факторов среды. Дендрохронология решает много задач, они зависят от отрасли применения ее методов, — объясняет Александр Пугачевский. — Но в основе всего лежит формирование уникальных серий годичных колец деревьев (временных шкал), индивидуальных для отдельных растений, древостоев или регионов. Эти ряды анализируются и сами по себе, и используются в качестве эталонов для датирования зданий и изделий из древесины, климатических и антропогенных катастроф в прошлом, а также любых событий, которые могли повлиять на величину прироста деревьев. Существует особое направление в дендрохронологии — дендроклиматология, занимающаяся изучением закономерностей формирования годовых пластов древесных пород для установления климата в прошлые геологические эпохи.
Если говорить простым языком, деревянное кольцо – это слой клеток, образующийся по внешней стороне ствола, как правило, в течение одного года. Из множества характеристик и показателей годового кольца чаще всего используются результаты измерений их ширины. Основные факторы, влияющие на изменения различных характеристик годичных колец, делятся на внутренние (биологические) и внешние (климатические и экологические). Климатические и экологические факторы выделяются разнообразием, однако доминируют среди них метеорологические условия: осадки и температура, а также локальные условия места прорастания. Все эти факторы воздействуют на деревья комплексно и раздельно. Именно они часто определяют благоприятные и неблагоприятные условия роста. При благоприятных условиях образуются, как правило, широкие годичные кольца, а при неблагоприятных — узкие.
На основании исследования образцов древесины составляется так называемая дендрохронологическая шкала — последовательность толщин годичных колец деревьев определенной породы в определенной местности: от текущего момента и как можно дальше в прошлое. Для близких к современности периодов используются измерения годичных колец живых деревьев, так сказать «старожилов» (существуют методики выполнения таких измерений, которые не требуют спила дерева).
Ценность дендрохронологической информации определяется, конечно же, целью, для достижения которой она используется. Но во всех случаях такая информация уникальна и часто не может быть заменена другими источниками. Хотя в природе существуют и другие природные явления, способные сохранять многолетние данные: например, годичные слои на зубах животных, чешуи рыб, слои наносов в речных и озерных отложениях, ледники (интересную информацию можно получить из ледяных кернов горных и арктических ледников) и некоторые другие источники.
Сферы применения дендрохронологической информации — климатология, археология, история искусства, криминалистика, охрана природы, лесоведение и лесоводство, древесиноведение, зеленое строительство, экология.
По словам Александра Пугачевского, методы дендрохронологии используются специалистами Института экспериментальной ботаники начиная с 1960-х годов ХХ века, прежде всего для оценки воздействия различных экологических факторов на леса: «Нужно обязательно упомянуть в этой связи имена известных ученых Аркадия Русаленко, Евгения Петрова, Александра Самцова и Игоря Моисеенко. Ряд исследований с использованием методов дендрохронологии были реализованы в белорусском технологическом институте (ныне — Белорусском государственном технологическом университете), Институте леса НАН Беларуси и Полоцком государственном университете. Однако системные исследования на основе массового дендрохронологического материала были организованы в Институте экспериментальной ботаники только в начале 2000-х годов, когда стала очевидной острая актуальность проблемы изменения климата в нашей стране, — рассказывает заведующий лабораторией. — Была создана база данных дендрохронологических шкал «BelarusTreeRіngDataBase», зарегистрированная в Государственном регистре информационных ресурсов в 2012 году. На сегодня в ней насчитывается около 600 хронологий 13 древесных пород, полученных в результате обмера примерно 15 тысячи деревьев».
Интересуемся у наших собеседников, а какие данные были получены во время совместного проекта с российскими коллегами?
— Объектами нашего исследования были остатки древесины дуба Черницы, которые хранились в отложениях на дне рек Лучеса и Черница — притоков Западной Двины на территории Лиозненского района Витебской области, который граничит с Российской Федерацией, — рассказывает Наталья Кныш. — Почему именно дуб? Он является наиболее долгоживущей породой, и его древесина способна храниться в экстремальных условиях водной среды, не теряя своих прочностных характеристик. Для составления дендрохронологических шкал исследовались также образцы древесины из археологических раскопок и исторических зданий, а также образцы живых деревьев.
Все датированные образцы древесины дуба были распределены в периоде от XVII века до 4000 лет до нашей эры. Наибольшее количество датированных образцов дуба относится к 880-1300 годам. А наиболее старые образцы, датированные при помощи радиоуглеродного метода, были получены из стволов деревьев, которые росли в 4200 годах до нашей эры.
Большинство образцов были датированы дендрохронологическим методом, часть — дендрохронологическим методом в сочетании с радиоуглеродным методом.
В рамках проекта были построены три абсолютные сверхвековые дендрохронологические шкалы, охватывающие разные периоды: 586-1351 гг., 1410-1647 гг., 1830-2018 гг. и одна плавательная — ориентировочно 1930-1615 гг. до нашей эры. Шкалы отражают динамику климатических факторов и хозяйственной деятельности в регионе более чем за две тысячи лет.
Результаты наших исследований позволят расширить сеть тысячелетних дендрохронологических шкал Европы, используемых для реконструкции и прогнозирования климатических изменений и выявления закономерностей в изменениях лесного покрова, связанных с климатическими факторами. Исключительно важны результаты проекта и для датирования археологических объектов. Впервые в Беларуси появилась возможность датировать дендрохронологическими методами с точностью до одного года не только средневековые памятники археологии и истории, но и некоторые постройки бронзового века.
Мы вообще часто работаем с археологами, неоднократно помогали им в датировании сооружений из археологических раскопок в Гродно, Полоцке, Витебске, Новогрудке, Пинске, Мстиславле. Датировали целый ряд исторических зданий, среди которых нужно упомянуть Спасо-Преображенскую церковь в Полоцке — старейшее здание на территории Беларуси.
— А какие закономерности в изменении климата удалось установить по образцам дуба, поднятого со дна рек?
— Выявлено, что основными климатическими факторами, лимитирующими (ограничивающими) прирост дуба на северо-востоке Беларуси, являются температуры августа и сентября предыдущего года. Во всех дендрохронологических шкалах четко прослеживается 11-12 и 22-24-летняя цикличность прироста дуба. Было установлено, что положительные аномалии прироста дуба связываются с периодами достаточного увлажнения в вегетационный сезон, в то время как отрицательные — с периодами более низких температур воздуха января и наименьшей влагообеспеченностью в июне-июле. Потепление климата затрагивает все сезоны года и в значительной степени зиму, — отвечает Наталья Кныш. — Это создает более благоприятные погодно-климатические условия для роста дуба по сравнению с бореальными видами в северных и центральных районах Беларуси (бореальные — виды растений, распространенные в хвойных лесах умеренной зоны Северного полушария. — Авт.), что в свою очередь может способствовать более широкому распространению широколиственных лесов. Цикличность прироста деревьев всех пород, не только дуба, обусловлена цикличностью активности Солнца, определяющей соответствующую периодичность изменения погодно-климатических условий: режимов температуры, осадков, продолжительности инсоляции (облучения солнечным светом. — Авт.).
Исследования, проводившиеся нами ранее, показали, что, пожалуй, наиболее благоприятные условия для развития лесной растительности наблюдались на территории Беларуси в период с 3400 до 1800 гг. до нашей эры.
XIX век был влажным, но холодным, что создавало не очень благоприятные условия для роста дуба. А потепление, начавшееся в конце XX века (и это не миф, а факт, зафиксированный инструментальными методами), наоборот, создало благоприятные условия для роста широколиственных пород, но привело к ухудшению состояния бореальных (северных) видов, в Беларуси это сосна и ель.
— Вопрос, который интересует многих: существует ли угроза лесному покрову в связи с изменениями климата?
— В ближайшей перспективе ему ничего не угрожает, кроме хозяйственной деятельности человека, которая приобретает все более глобальный характер, тем самым оказывая весьма ощутимое влияние на лесные массивы в целом, — уверяет Александр Пугачевский. — По вине человека происходят лесные пожары, вырубка лесов, браконьерство в лесопромышленном комплексе, радиоактивное загрязнение лесов.
А потепление климата ведет только к изменению в составе лесов, но сами леса не исчезают — просто место сосны и ели занимают более теплолюбивые и засухоустойчивые породы (дуб, граб, клен). В этой связи правильнее говорить о том, что существует угроза для экономики лесного хозяйства, поскольку основные лесообразующие породы (сосна, ель) не достигают возраста вырубки и погибают от массового размножения стволовых вредителей, к которому приводит потепление климата и ослабление деревьев. Вот это на самом деле проблема...
Надежда НИКОЛАЕВА
Почти тысяча двести человек соберутся, чтобы решать важнейшие вопросы развития страны.
Как вакцины спасают жизни и чего может стоить их игнорирование?
Рассказал первый заместитель председателя Государственного комитета по науке и технологиям Республики Беларусь Денис Коржицкий.
Идентичность через наследство.
