Кольца на память

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. О становлении и развитии этой дисциплины рассказывает 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. 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.

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.

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.

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.

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 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, 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.

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.

***

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.