Ученые изучают годичные кольца деревьев в поисках ключей к разгадке изменений климата
Этим летом четыре команды исследователей под руководством экологов из Гарвардского Леса (Harvard Forest) искали в лесах западной Пенсильвании участок древних деревьев. Это часть проекта по изучению влияния изменений климата на деревья на протяжении столетий. После долгих поисков ученым помог местный житель, указавший на группу восточных тсуг (eastern hemlocks).
Поиски — часть масштабного проекта Tree Ring Lab по обнаружению и взятию кернов (образцов) самых старых деревьев на северо-востоке США. Изучение цвета и ширины годичных колец позволяет заглянуть в прошлое и понять, как деревья и леса реагировали на экстремальные климатические события: засухи или поздние весенние заморозки. Эти данные используются для моделирования долгосрочного развития лесов и будущего воздействия на них суровых погодных явлений, усиливающихся из-за потепления планеты.
«Крупномасштабные нарушения в лесах могут представлять собой те виды экстремальных климатических событий, которые, как мы ожидаем, участятся с изменением климата. Поэтому понимание их частоты в прошлом может помочь оценить, насколько ситуация отклоняется от базовой линии», — говорит Лаура Гейл Смит, научный сотрудник Tree Ring Lab.
Около десяти лет назад Нил Педерсон и Дэвид Орвиг, старшие лесные экологи и соруководители лаборатории, показали, что это не всегда так. Они представили доказательства того, что засухи и суровые весенние заморозки 250-летней давности повлияли на разные леса на сотни миль на юго-востоке США. Эти нарушения резко убили одни деревья, но ускорили рост других.
«Это исследование, надеюсь, даст нам больше информации об этой взаимосвязи между климатическими событиями и нарушениями в лесах, чтобы мы могли лучше прогнозировать реакцию леса при различных климатических сценариях», — говорит Гейл Смит.
Дендрохронология (наука о годичных кольцах) позволяет извлечь «память дерева». Кольца, похожие на концентрические круги на мишени для дартса, указывают возраст и условия, в которых росло дерево:
- Чем больше колец — тем старше дерево.
- Светлые кольца указывают на годы экстремального холода.
- Очень тонкие кольца свидетельствуют о засушливых условиях и замедленном росте.
«Когда приходит засуха, ураган, пожар, ледяной шторм или насекомые, деревья не могут убежать и спрятаться, как мы или другие животные. Они принимают эти события, эти "злоупотребления временем", и они записываются в их кольцах», — объясняет Нил Педерсон.
Для взятия образцов ученые используют инкрементные буры — инструменты, похожие на нечто среднее между дрелью и штопором. Их вручную вкручивают в ствол, чтобы извлечь образец керна размером с карандаш. Этот процесс занимает 2–3 часа и оставляет в дереве рану, но не убивает его.
Исследователи планируют взять керны у 2500–3500 деревьев в 35 лесах. Полевые работы — часть четырехлетнего проекта, финансируемого Национальным научным фондом (NSF), который стартовал этим летом с посещения 15 лесов. Уже собраны данные в Пенсильвании, Нью-Йорке, Мэне и Нью-Джерси. В итоге группа соберет данные о росте деревьев за 600 лет.
Образцы обрабатывают в лаборатории: шлифуют ленточной шлифовальной машиной и вручную, чтобы увидеть клеточную структуру колец, а затем изучают под мощным микроскопом, который оцифровывает данные.
Например, найденные древние тсуги показали, что два самых старых дерева начали расти около 1490 года. Они пережили XVI и XVII века — периоды сильной продолжительной засухи, включая так называемую "мегазасуху XVI века", которая затронула территорию от Мексики до большей части США, включая Бостон. Деревья также несут следы "Года без лета" (1816), наступившего после мощного извержения вулкана в Индонезии.
«Я чувствую себя очень счастливым, участвуя в этом проекте, где мы можем посещать, брать образцы и учиться у деревьев, которым сотни лет. Эти леса — по-настоящему волшебные места. … Я испытываю благоговение, зная, что леса, которые мы исследуем, существуют здесь сотни лет и теперь раскрывают ключи к прошлому климату, нарушениям и окружающей среде», — говорит Дэвид Орвиг.
Ученые также отмечают, что даже эти древние леса, наименее затронутые прямым воздействием человека за последние столетия, сильно страдают от интродуцированных болезней и насекомых-вредителей.