Арктическая погода: как лес реагирует на изменения климата

Сохранить в закладки
15823
8
Сохранить в закладки

Биолог Александр Кирдянов о лесной экосистеме Арктики, климатических изменениях и пользе дендрохронологии

В проекте «Краткий гид по Арктике», подготовленном совместно c Сибирским федеральным университетом, мы рассказываем о ресурсном, биологическом и культурном разнообразии Российской Арктики.

 

До сих пор территория Арктики и Субарктики остается недостаточно изученной. Метеорологические наблюдения для большинства северных регионов ведутся последние 70 лет, и для такого периода достаточно сложно делать выводы о длительных изменениях климата. И здесь нам могут помочь деревья: по годичным кольцам можно оценить, какая была температура в том или ином месте несколько сотен лет назад, как менялся климат и не извергался ли поблизости вулкан, например, в I тысячелетие нашей эры.

 

Что такое дендрохронология

 

Люди давно обратили внимание на древесные кольца и их способность отражать изменения окружающей среды. Еще Аристотель заметил, что разница в ширине годичных колец у деревьев связана с погодными условиями, а в конце XIX века профессор Одесского университета Ф. Н. Шведов сопоставил изменения ширины древесных колец акации с частотой засух. Основы же современной науки о древесных кольцах были заложены в начале XX века в США астрономом Эндрю Дугласом, который заинтересовался вопросом, как солнечная активность влияет на климат Земли и как это сказывается на радиальном приросте деревьев.

 

Дендрохронология — наука об изменчивости древесных колец, методами которой можно не только определить дату того или иного события, но и проследить за изменениями окружающей среды и, в частности, климата.

Основной принцип, на котором построена вся работа с годичными кольцами деревьев, заключается в том, что деревья, произрастающие в пределах одной территории и в схожих условиях, синхронно реагируют на изменения внешней среды. Другими словами, если в определенный период условия для роста деревьев стали хуже, то древесные растения будут реагировать одинаково — кольцо станет уже. В благоприятный же год, наоборот, кольцо станет шире. Сопоставляя измерения ширины древесных колец разных деревьев, мы можем точно датировать кольца, то есть при наличии календарно-датированной шкалы определить год формирования каждого кольца. И зачастую по изменениям ширины колец (или при помощи других их параметров) можно определить условия, при которых кольцо было сформировано.

 

 

Пример датировки хронологий по ширине древесных колец для двух деревьев (серые кривые) в сравнении с календарно-датированной шкалой (зеленая кривая)
Пример датировки хронологий по ширине древесных колец для двух деревьев (серые кривые) в сравнении с календарно-датированной шкалой (зеленая кривая)

Помимо этого, с помощью методики перекрестной датировки можно установить с точностью до года, когда были созданы те или иные строения, точно определить даты создания картин и датировать захоронения. Так, например, на Алтае совместно с археологами работает группа дендрохронологов. Вместе они находят остатки древесных растений, а также артефакты, поделки, которые могут быть использованы для определения периода, когда те или иные племена населяли алтайские территории.

 

 

Что влияет на рост дерева

 

В зависимости от региона северная граница леса может быть сформирована различными видами: елью, сосной, березой. В субарктической зоне Сибири широко распространены деревья рода лиственница, и именно ими формируется северная граница. Интересно, что в Сибири, на востоке полуострова Таймыр, располагается самый северный остров леса Ары-Мас (72° северной широты).

 

Температура — основной фактор, определяющий рост деревьев в данных условиях. Очевидно, что наиболее чувствительными к влиянию внешних факторов являются деревья, произрастающие на границах распространения вида. Так, например, лиственница в благоприятных условиях может достигать высоты 40 метров и более, в то время как на северной границе деревья этого же вида могут быть высотой лишь в 2–3 метра. Важно, что для подобных регионов, где рост растений в основном определяется одним фактором, можно понять, как менялись условия произрастания деревьев за время их жизни, и попытаться восстановить их. Этим занимается одно из основных направлений дендрохронологии — дендроклиматология.

Еще одним важным параметром при работе с кольцами является плотность. Максимальная плотность древесины наряду с шириной древесных колец часто используется при реконструкции температуры. С ее помощью можно понять, например, какова была средняя температура летом 1601 года, а также как менялся климат в том числе Арктики в тот или иной период. Помимо этих двух параметров колец, в дендроэкологии и дендроклиматологии исследователи все чаще работают с данными по элементному и изотопному составу древесных колец, а также данными по их клеточному строению.

 

На рост деревьев влияют разные факторы. Наиболее важные из них — освещенность, температура, доступность влаги и элементов минерального питания. Но при изучении роста деревьев в природных условиях необходимо также принимать во внимание и другие факторы: пожары, техногенное загрязнение и другие. Влияние деятельности человека на экосистемы Арктики и Субарктики, которые сами по себе крайне чувствительны к изменениям окружающей среды, очевидно и не ограничивается десятками метров. Заводы, индустриальные комплексы и города воздействуют на природу на расстоянии в десятки, сотни и даже тысячи километров — разница лишь в характере влияния и степени воздействия.

 

Вулканическая активность и климатические изменения

 

Существует целое направление дендрохронологических исследований, в рамках которого изучается влияние вулканической деятельности на климат и рост деревьев. В отдельных случаях изучается прямое воздействие, поскольку наличие серы в химическом составе древесных колец является индикатором того, что поблизости от места произрастания дерева произошло крупное вулканическое извержение. Здесь дендрохронология пересекается с палеогляциологией — наукой, которая изучает льды, сформировавшиеся в прошлом, — а именно с тем ее направлением, где изучается химический состав ледовых колонок. Таким образом проводится датировка извержений вулканов. Но использование древесных колец в таком ключе достаточно редкое явление. Гораздо чаще ученые занимаются изучением того, как крупные вулканические извержения повлияли на климат отдельных регионов или, например, Северного полушария в целом.

 

Так, серия вулканических извержений в 30–40-е годы VI века нашей эры привела к тому, что существенно изменился климат на огромной территории Евразии, о чем свидетельствуют древесные кольца от северной части Якутии до Алтая и Альпийских гор. По всей видимости, в сочетании с другими факторами, такими как солнечная активность, атмосферно-океаническая циркуляция, расширение ледового покрытия, это привело к существенному похолоданию на протяжении нескольких десятков лет. Кроме того, вследствие выбросов огромного количества диоксида серы в атмосферу на несколько лет изменился режим осадков в большом количестве регионов. Сильно сократилась урожайность, что привело к голоду. Хотя сложно говорить о прямом влиянии этих изменений климата на социум, но как раз в это время разгорелись масштабные войны, началось массовое переселение народов, которое привело к изменению геополитической карты густонаселенных регионов Евразии. Свидетельства об этих событиях мы находим в китайских, европейских и арабских летописях.

 

Песнь льда и пламени: пожары в лесотундре

 

Лесной пожар — это достаточно редкое явление на севере, но там, где появляется человек, частота возгораний увеличивается в разы. Влияние пожаров на лесные экосистемы для неспециалиста может показаться очевидным и не требующим никаких усилий для их изучения и понимания, но это не так. Огонь убивает определенное количество животных и растений. Через некоторое время лес восстанавливается, а затем происходит снова пожар. Такие циклы в лесотундре повторяются примерно раз в 300 лет, а в подзоне северной тайги периодичность пожаров составляет 80–100 лет. Именно дендрохронология позволяет оценить продолжительность этих циклов с помощью датировки пожарных подсушин у деревьев.

Интересно, что часто деревья, которые смогли пережить огонь, получают преимущество. Пожар полностью или частично уничтожает живой напочвенный покров, убирая барьер между атмосферой и почвой, из-за чего поток тепла из атмосферы практически без препятствий нагревает верхний слой почвы, в том числе при помощи осадков. Благодаря этому глубина сезонно-талого слоя почвы может увеличиться с 5–60 сантиметров до 1,5–2 метров. Растительность, которая произрастала на почвах с низкой температурой и ограниченным слоем оттаивающей почвы, то есть в условиях недостатка тепла, вдруг получает доступ к огромному пласту хорошо прогреваемой почвы. В большинстве случаев это приводит к тому, что деревья начинают расти быстрее, но лишь до тех пор, пока не сформируется новый живой напочвенный покров. Такой цикл, по нашим оценкам, на севере Сибири имеет продолжительность порядка 60–80 лет, и за это время формируется полноценный древостой.

 

Большинство территорий субарктической зоны, где произрастают деревья, не подвержены прямому влиянию деятельности человека. На сотни, а то и тысячи километров вокруг нет ни промышленных предприятий, ни дорог, ни крупных населенных пунктов. Это дает возможность проследить за тем, как экосистемы развиваются без прямого воздействия человека, и такие знания интересны и значимы с точки зрения понимания природной циклики.

 

Наука о деревьях помогает нам сделать то, что не способны современные технологии: вернуться в прошлое. Благодаря древесным кольцам мы можем узнать, как менялся климат, провести точную датировку археологических находок и понять, в каком состоянии находятся лесные экосистемы сегодня.

Над материалом работали

Читайте также

Внеси свой вклад в дело просвещения!
visa
master-card
illustration