VIVOS VOCO: Е.А. Ваганов и др., "Свидетели средневекового потепления климата"

Свидетели средневекового потепления климата

Е.А. Ваганов
Институт леса им.В.Н.Сукачева СО РАН, Красноярск

М.М. Наурзбаев
Таймырский государственный биосферный заповедник, Хатанга

М.К. Хьюс
Аризонский университет, Тусон (США)

Древесные растения — самые долгоживущие организмы. Срок жизни большинства из них не превышает 700 лет, но есть и такие виды, возраст которых исчисляется тысячелетиями. В Северной Америке обнаружены деревья сосны остистой (Pinus longaeva) и секвойи гигантской (Sequoia gigantea) в возрасте более 4 тыс. и 2.5 тыс. лет соответственно [1], в Южной Америке к долгожителям (около 2 тыс. лет) относится фицройя [2] (Fizroya cupressoides), а в горах Тянь-Шаня найдены 1300-летние деревья арчи туркестанской [3] (Juniperus turkestanica).

Ни для кого не секрет, что число прожитых деревом лет легко посчитать по годичным кольцам — концентрическим слоям прироста древесины, но это не совсем так. Резкие перепады температуры, содержания воды в почве и другие изменения условий роста могут привести к образованию нескольких таких колец в течение одного года. Потому в дендрохронологии используется метод перекрестного датирования, основанный на анализе структуры и размеров годичных колец у большого числа деревьев, выросших в одном регионе. У живых деревьев для анализа высверливают керны древесины, а у отмерших исследуют спилы. Этот метод позволяет соотнести каждое годичное кольцо с календарным годом его формирования. Он полезен не только для определения возраста деревьев-долгожителей, но и для реконструкции событий, которые происходили в окружающей среде много веков назад и отразились в структуре их древесины [4]. Так, в бореальных лесах Северного полушария (в канадской части Скалистых гор) найдены старые (более 700 лет) деревья лиственницы альпийской, или Лайэля (Larix lyalli), изучение годичных колец которых было использовано для построения длительной хронологии и реконструкции летней температуры и динамики ледников [5].

Что касается Евразии, то довольно обширный материал был собран участниками совместной российско-швейцарской экспедиции (1991—1994) при обследовании лесов северных районов (от Уральских гор до Чукотки) [6]. Выяснилось, что больше всего старожилов среди лиственниц (сибирской, даурской, Каяндера), причем у самых старых из них ширина годичных колец тем меньше, чем восточнее они растут. Это отражает “ужесточение” условий роста деревьев. В этом же направлении увеличивается абсолютный возраст деревьев и соответственно длительность древесно-кольцевых хронологий. В районе Полярного Урала была обнаружена лиственница в возрасте 486 лет, в Средней Сибири — 609 лет, на северо-востоке Сибири — 670 лет.

Можно было предположить, что наиболее старые из ныне живущих деревьев должны произрастать на севере Якутии (Республика Саха), где деревья в силу суровых условий меньше подвергаются поражению грибными гнилями. В 1998—1999 гг. во время российско-американской экспедиции, организованной Институтом леса им.В.Н.Сукачева СО РАН и Аризонским университетом, был обнаружен массив лиственничного редколесья в окрестностях горы Ат-Хая (69°24ўс.ш. и 148°25ўв.д.), на современной верхней границе леса в долине ручья Кусаган-Мастах (нижнее течение р. Индигирки, Аллаиховский улус Республики Саха).

Старые лиственницы (Larix cajanderi) с диаметром ствола до 28 см (на высоте 1.3 м, стандартной для измерения диаметра в лесной таксации) и около 8.5—9 м в высоту составляют не более 15% от общего числа деревьев. У большинства из них сухие вершины и почти у всех кора испещрена глубокими трещинами. Возраст двух самых старых лиственниц составляет 878 и 885 лет (других 780—850 лет).

Одно из старейших деревьев Якутии — 885-летняя лиственница

Сухие, отмершие стволы лиственниц разной степени сохранности либо лежат на поверхности земли, либо опираются на чудом уцелевшие корневые “лапы”, несмотря на то, что многие деревья погибли более полутора тысяч лет назад. Наибольший возраст отмершего дерева, которое жило в период с 81 по 1184 г., определен в 1104 года — абсолютный рекорд долгожительства не только для деревьев рода Larix, но и для древесных растений бореальной зоны Северного полушария.

Хорошо сохранившийся ствол лиственницы, погибшей более тысячи лет назад. Фото М.М.Наурзбаева

Средняя ширина годичных колец наиболее старых деревьев не превышает 0.22 мм, что соответствует приросту пяти—шести рядов клеток в год [7]. Максимальная скорость роста (до 1 мм в год) отмечена только в первые 50—100 лет жизни, в тысячелетнем же возрасте и старше ежегодный прирост не превышал 0.06—0.08 мм. Эта особенность обнаружена как в кернах живых, так и в спилах отмерших деревьев. Построенные по годичным кольцам тех и других деревьев древесно-кольцевые хронологии выявляют чувствительность к колебаниям внешних условий, причем наибольшую (коэффициент чувствительности 0.58—0.67) к изменениям основного лимитирующего фактора — летней температуре [8]. Отметим, что наши данные в сравнении с имеющимися в научной литературе обнаруживают наибольшие величины корреляции летней температуры и ширины годичных колец (коэффициент корреляции 0.84).

Результаты дендрохронологического анализа трех лиственниц – деревьев-долгожителей. Определение календарных сроков жизни и построение длительной древесно-кольцевой хронологии проводились методом перекрестного датирования. Вверху представлены кривые изменчивости ширины годичных колец одного, появившегося в 1114 г. и дожившего до наших дней дерева (IND294) и двух отмерших (310—1228 гг. — IND270 и 59—897 гг. — IND288). Внизу приведены фрагменты наложения кривых, показывающие необычайно высокую синхронность изменений ширины годичных колец у исследуемых деревьев в соответствующие интервалы времени.

Таким образом, долгоживущие деревья — лучшие из известных “природных термографов”: по изменениям ширины их годичных колец, так же как по ледовым кернам, можно судить о длительных (в 200—400 лет) изменениях климата былых эпох, что, конечно, невозможно сделать, изучая годичные кольца у более молодых деревьев [9]. А потому деревья-“ветераны” заслуживают особого к себе отношения, ведь самые старые из доживших до наших дней лиственниц начали расти на последнем этапе так называемого средневекового потепления [10] (900—1200-е годы) и оказались живыми свидетелями уникального периода в истории Земли. Находка деревьев рекордного для бореальной зоны возраста имеет большое значение не только для дендроклиматологии — науки, занимающейся анализом влияния климата на рост древесных растений и реконструкцией климатических условий прошлого по годичным кольцам деревьев, но и для экологии леса и охраны природы. В связи с этим всяческих похвал заслуживает принятое в 1999 г. Министерством экологии Республики Саха и администрацией Аллаиховского улуса решение о подготовке проекта об изменении статуса этого уникального лесного массива и объявлении его заповедной территорией.

Работа выполнена при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (проект №99-05-64182) и Американского фонда гражданских исследований и развития (RC1-279).

Литература

1 Schweingruber F.H. Trees and Wood in Dendrochronology. Berlin, 1993; Brown P.M. Oldlist: a database of maximum tree ages // Tree Rings, Environment and Humanity / Eds J.S.Dean, D.M.Meko, T.W.Swetnam. 1996. P.727—731.

2 Lara A., Villalba R. // Science. 1993. №260. P.1104—1106.

3 Мухамедшин К. Старейшие деревья в Средней Азии как объект дендрохронологических исследований // Мат. Всесоюз. совещ. по дендрохронологии и дендроклиматологии. Вильнюс, 1968. P.104—111.

4 Fritts H.C. Tree Rings and Cimate. N.Y., 1976; Schweingruber F.H. Tree Rings and Environment. Dendroecology. Berlin, 1996.

5 Colenutt M.E., Luckman B.H. // Can. J. For. Res. 1995. № 25. Р.777—789.

6 Ваганов Е.А., Шиятов С.Г., Мазепа B.C. Дендроклиматические исследования в Урало-Сибирской Субарктике. Новосибирск, 1996.

7 Ваганов Е.А., Шашкин А.В., Свидерская И.В., Высоцкая Л.Г. Гистометрический анализ роста древесных растений. Новосибирск, 1985.

8 Hughes M.K., Vaganov Е.А., Shyiatov S.G., Touehan R., Funkhouser G. // Holocene. 1999. №9. Р.5.

9 Briffa K.R., Jones P.D., Schweingruber F.H. et al. Tree-ring variables as proxy-climate indicators: problems with low-frequency signals // Climatic Variations and Forcing Mechanisms of the Last 2000 Years / Eds P.Jones, R.Bradley, J.Jouzel. Berlin, 1996. P.9—41.

10 Lamb H.H. Climate: Present, Past and Future. V.2: Climate history and the future. London, 1977; Монин А.С., Шишков Ю.А. История климата Земли. Л., 1979.