Кольца дерева: Годичные кольца деревьев – как образуются и что можно определить

Годичные кольца деревьев – как образуются и что можно определить

Ученик начальной школы знает, что определить возраст древесных растений можно по их срезу, определив количество годичных колец. Впервые этот способ предложил Леонардо да Винчи. Он же предположил причину, от которой зависит ширина колец, указывая на метеорологические условия. Русские ученые А. Н. Бекетов и Ф. Н. Шведов подтвердили его предположения своими научными исследованиями. Но случилось это уже в 19 веке. А американские исследователи связали особенности рисунка на срезе и аномальные природные явления, сопоставив возраст растений и метеорологическую хронику на западе Северной Америки. Выяснилось, что деревца, начинающие свою жизнь в весенний период имеют узор из годичных колец, заметно отличающийся от тех, что зарождались осенью. Принято считать, что каждому кольцу соответствует один год жизни. Но в процессе исследований ученые выяснили, что некоторые деревья имеют ложные годичные кольца, а у иных их нет вообще.

Память у дерева

Многие деревья живут гораздо дольше, чем люди, сохраняя в себе тайны пережитого целых поколений. Но самое главное, что они хранят в себе «карту памяти» природы, которую можно увидеть, сделав разрез ствола дерева. Ведь проще всего узнать о возрасте – это подсчитать годичные кольца деревьев.
На сегодняшний день стараниями и трудами ученых самым популярным методом исследования возраста и условий роста является взятие у ствола дерева небольшого образца, называемого керном. Древесное растение при этом не страдает, а продолжает развиваться.
Между древесиной и корой содержится клеточная ткань, называемая камбием. Годичные кольца и состоят из клеток камбия. Они неравномерно делятся, в зависимости от климата и погодных условий, обволакивая древесину в очень тонкое кольцо, размером не менее одного миллиметра. При делении эти клетки образуют проводящую ткань. По ней движутся соки и питательные вещества. Это происходит весной, когда отступают морозы, почва оттаивает и растение нуждается в питании для дальнейшего роста и развития. Ближе к холодам, когда процесс роста замедляется, стенки проводящих сосудов утолщаются и начинают образовывать более плотные и крепкие годичные кольца деревьев, представляющие собой впоследствии кору дерева. Кора служит механической защитой и придает крепость стволу.

Что определяют по годичным кольцам

По годичным кольцам деревьев определяют возраст дерева. Они находятся в древесине. Самое старшее кольцо расположено в середине среза, потому что каждое новое нарастает на предыдущем.
Кроме этого, по разрезу ствола дерева можно вычислить погодные катаклизмы прошлого и делать прогнозы. Ученые всегда задавались вопросом, почему годичные кольца имеют разную ширину. Наука дендроклиматология объясняет это взаимосвязью между переменой сезонной погоды и ежегодным приростом древесины. Если условия климата были плохими, то и годичные кольца деревьев будут узкими. Широкие кольца появляются, когда природные условия наиболее подходят для роста и развития.

Определение возраста дерева по годичным кольцам, изучение закономерности их роста позволило ученым сделать еще несколько открытий в этой области. Например, выяснилось, что после отмирания листвы, почек или цветов из-за поздних заморозков могут образовываться вторичные кольца, называемые ложными. А также, ширина колец может зависеть не только от погоды, но и условий, в которых растение произрастает. Чем больше света и пространства, тем ствол шире и крепче. Круговые узоры на срезе могут выглядеть ассиметрично, что тоже вполне объяснимо. С солнечной стороны они более широкие, чем с теневой. Излишняя влажность тоже имеет свое влияние на благоприятный рост дерева или, наоборот, его гибель.
Существуют деревья, которые не имеют годовых колец. Например, оливковое дерево. Из-за постоянных благоприятных условий оно находится в непрерывном росте, поэтому годичные кольца не образуются.

Самые старые деревья-гиганты

Ученые всегда были уверены, что долгожителями являются самые высокие деревья с широкими, необъятными стволами. Ведь годичные кольца древесины с течением времени все больше увеличивают толщину ствола. Поэтому секвойи и секвойядендроны, великие деревья-исполины, произрастающие в Северной Америке, довольно долго считались самыми древними.
Гигантский ствол секвойи может достигать ста метров, а диаметр около 8,5 метров. На пне этого дерева можно вполне построить небольшой уютный дом. Также известен случай, когда в месте огромного дупла гигантского древесного великана проложили тоннель длиной 8,7 м., высотой 3 м. и шириной 2,5 м.
Среди этих исполинов и обнаружили секвойю, которой на тот момент было более 2125 лет. Очень долго это дерево считалось самым древним на планете.

 

 

Но в середине 20 века с целью научных исследований, спилили древнюю остистую сосну межгорную, которой оказалось более 4900 лет! Специалисты не могли и предположить, что сосне около 5 тысяч лет, ведь его высота была не более 10 метров. Конечно, они пожалели о содеянном, но именно благодаря этому случаю стало понятно, что размеры дерева не всегда соответствуют его возрасту. К изучению остальных сосен-долгожителей относятся теперь более внимательно и бережно, используя для исследования самые современные методики и технологии. Таких сосен–долгожителей наcчитали немало и каждой из них дали собственное имя.
Годичная карта этого уникального древнего древесного растения отличаются своей необыкновенной плотностью, поэтому не видны невооруженным глазом. Оно растет очень медленно и увеличивается в диаметре за 100 лет всего лишь на 2,5см. На сегодняшний день эти сосны считаются самыми древними на нашей планете. Но кто знает о том, что случится еще лет через 50 или 100. Возможно, другие ученые смогут найти деревья еще старше этих.

Что такое годичные кольца?

☰

Годичные кольца формируются у деревьев, произрастающих в местах, в которых существует выраженная смена климата. Каждый год в стволе дерева появляется новое кольцо, поэтому эти кольца и называют годичными, или годовыми. Следовательно, увидев поперечный спил дерева (или пенек), можно узнать, сколько дереву было лет.

Почему же появляются эти годичные кольца и почему только в местах со сменой климата? Дело в том, что зимой растение малоактивно (как бы спит) и поэтому почти не растет, а вот весной и летом процессы роста весьма активны. При этом клетки стебля, которые образуются весной, отличаются от клеток, которые образуются летом. Это выражается в том, что мы видим на спиле ствола чередование темных (обычно тонких) и светлых (широких) полос. Такая пара и есть годичное кольцо.

За рост стебля в ширину отвечает

камбий. Весной камбий формирует раннюю древесину, состоящую из крупных сосудов и небольшого числа волокон (один цвет). С середины лета камбий образует преимущественно волокна – и это поздняя древесина (другой цвет).

Если весенне-летний период был благоприятным (достаточно тепла и влаги), и поэтому растение хорошо росло, то годичные кольца будут широкими (толстыми). В неблагоприятные годы годичные кольца узкие. Также ширина годичных колец зависит от условий произрастания дерева: с южной стороны кольца толще, а с северной уже, если дерево растет в тени, то кольца также будут уже. Поэтому специалисты по годичным кольцам дерева могут рассказать о том, в каких условиях оно росло.

В природных зонах, где смена климата выражена слабо, деревья растут круглый год и поэтому годичные кольца не заметны.

Следует знать, что годичные кольца бывают и у животных (например, чешуя рыб), и их образование также связано со сменой периодов активного роста и покоя.

Сосна обыкновенная. Поперечный спил ствола (видны годичные кольца)

Годовые кольца предсказывают гибель деревьев

Состояние хвойного леса можно узнать по древесным годовым кольцам, которые можно изучить без особого вреда для самих деревьев.

Годовые кольца могут дать нам массу информации о том, что происходит с деревом. Не так давно мы рассказывали, как по структуре древесины можно оценить, когда дерево особенно страдало от насекомых-вредителей – в результате можно понять, когда случались вспышки вредителей и какие возможные причины были тому виной.

В другой статье, опубликованной в Frontiers in Plant Science, большая группа исследователей из 19 стран, в которую входил Вячеслав Харук из Института леса им. В. Н. Сукачева Сибирского отделения РАН, описывает надежный и доступный способ прогнозирования смертности хвойных деревьев на основе измерения параметров годичных колец. Новый метод позволяет определять вероятность гибели древостоев, сделав анализ всего лишь нескольких десятков образцов древесины.

Авторы работы собрали данные по 7454 погибшим и живым деревьям нескольких десятков видов хвойных и лиственных. Выяснилось, что в ослабленных древостоях задолго, в среднем за два десятилетия до гибели, годичный прирост древесины начинает варьировать от дерева к дереву, древесина прирастает несинхронно. По словам Вячеслава Харука, заведующего лабораторией Института леса им. В. Н. Сукачева СО РАН, «…у погибших деревьев задолго до их смерти появляются различия в параметрах годичного прироста по сравнению с теми растениями, что выжили».

Чтобы исследовать годичные кольца, не обязательно спиливать дерево. С помощью специального устройства можно без вреда для растения извлечь из ствола небольшой образец – керн, которого достаточно для исследований. Метод работает только для хвойных деревьев, но именно хвойные в последние годы требуют к себе особого внимания. Состояние хвойных лесов ухудшается как в Евразии, так и в Северной Америке. Это связано и с засухами, и с атаками насекомых-вредителей, которые размножаются тем активнее, чем выше температура воздуха.

К примеру, в Средней Сибири в результате недавнего массового размножения сибирского шелкопряда усыхание охватило 800 тысяч гектаров темнохвойных лесов. Пихтарники Красноярского края под воздействием засухи и жука-короеда уссурийского полиграфа, ранее не наблюдавшегося в здешних лесах, погибли на территории около 400 тысяч гектаров. Для защиты лесов нужно уметь вовремя оценить их состояние, но обычно используемые здесь методы основаны на экспертной оценке и на лабораторных биохимических анализах, которые, хотя достаточно точны, всё же требуют значительного времени, затрат и дорогостоящего оборудования.

Метод годовых колец может стать эффективной и удобной альтернативой в деле защиты хвойных лесов по всему миру.

 

По материалам пресс-службы Федерального исследовательского центра «Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской Академии наук».

Годичные кольца деревьев. Как образуются годичные слои древесины

Годичные кольца Каждый год при росте дерева в нем появляется наружный слой древесины в виде кольца. Такое образование называют годичным кольцом. Если сосчитать их число, то можно точно узнать возраст дерева. Однако, стоит отметить, что не у всех деревьев бывают годичные кольца, и не всегда они появляются в течении года. Каждое годичное кольцо образуют две части: внутренняя часть кольца (светлая и рыхлая) и наружная часть (более темная и плотная). Эти две части одного и того же кольца различаются временем их образования: светлая и более рыхлая – весной и летом; темная—осенью. Подобный вид годичных слоев дерева характерен лишь для средней полосы. Зимой в нашем климате деревья не растут, поэтому они имеет неоднородную структуру. У какого дерева не образуются годичные кольца? 1. Дуб; 2. Клен; 3. Олива; 4. Ольха.  Правильный ответ: Олива. В тропическом климате, где нет зимы, рост дерева происходит все время. По этой причине у большинства тропических деревьев нет заметных годичных слоев. У ольхи, например, образуются ложные годичные кольца. Эффект кольца образует древесина разной плотности. А разница получается за счет изменеия условий внешней среды: тепло-холодно (в северных широтах), сухо-влажно (в экваториальных). Камбий Ткань, расположенная в дереве между древесиной и корой является особой. Она состоит из живых клеток, способных к делению и росту. Такая ткань имеет название “камбий”. Эта ткань образует вокруг внешней окружности древесины очень тонкое кольцо размером менее миллиметра, которое можно увидеть лишь с помощью увеличительных приборов. Клетки камбия имеют двойное назначение. При их делении вырабатываются как древесинные клетки, так и клетки коры. Свойства клеток, которые образует камбий, различны. Для древесной части создаются клетки, по которым движутся различные соки дерева и питательные вещества. Из них состоит проводящая ткань. При образовании коры создаются ткани механические, придающие крепость стволу. Важно запомнить, что годичные кольца образуются из-за неравномерного деления клеток камбия! Как образуется годичный слой древесины Рассмотрим процесс возникновения клеток проводящей и механической ткани, из которого следует, что это происходит совсем не случайно. Весной с наступлением тепла, когда прекращаются морозы и оттаивает земля, в дереве возобновляются жизненные процессы: начинается движение соков, рост цветочных почек, распускаются листья, появляются новые побеги, проходит цветение. Во время бурного весеннего развития дерево нуждается в ускоренной передаче воды и питательных веществ к ветвям из корней, которые, в свою очередь, впитывают необходимые элементы из почвы. На помощь приходит камбий. Он вырабатывает много клеток для построения проводящей ткани, которая состоит из широкопросветных сосудов. Через них необходимо будет пропустить большое количество необходимых соков. Нарождающаяся древесина создает внутреннюю, весеннюю часть годичного кольца. К осени начинается процесс замедления роста и образуются узкопросветные сосуды с утолщенными стенками, которые придают прочность стволу. Полости клеток механической ткани значительно меньше, зато они имеют утолщенные стенки. Эти клетки создают наружную , осеннюю часть годичного кольца дерева, располагающуюся снаружи и уплотненную. На следующий год процесс возобновляется. Сперва образуются клетки проводящей ткани, а к концу года – механической. Таким образом легко определить границу между древесиной двух смежных лет. Границей является линия соприкосновения клеток, отложенных осенью предыдущего года, с клетками, образовавшимися весной следующего года. Обратите внимание на иллюстрацию. На срезе дерева разделение слоев видно невооруженным глазом. Специалисты границу между соседними годичными слоями древесины изучают под микроскопом. У таких лиственных пород, как дуб и ясень, годичные образовния хорошо заметны, потому что в весенней части древесины у этих растений сосредоточено большое количество крупных сосудов. У других лиственных пород (березы, ивы, липы, осины) сосуды мелкие и годичный слой различим слабо. Для лабораторных исследованиях, чтобы граница между кольцами выступала резче, такую древесину нужно окрасить. Самый простой способ – использование химического карандаша. У хвойных древесных пород, например, ель, кедр, лиственница, сосна или пихта, годичные кольца всегда хорошо видны. У них поздняя осенняя древесина имеет окраску более темных тонов, чем весенняя. Понравился материал?! Поделитесь с друзьями. ЖМИТЕ на кнопки!

Годичные кольца деревьев, а что мы узнаем

Годы жизни деревьев умеренных и холодных широт можно определить по поперечному спилу их стволов, посчитав годичные кольца (годовые слои). Такой слой, как правило, соответствует приросту древесины за один вегетационный период. Древесина, рождающаяся весной и в начале лета, заметно отличается от более поздней,  появляющейся в конце лета и осенью.

Когда дерево только начинает вегетировать, то в древесине образуется много широкопросветных сосудов. Осенью сосуды формируются узкие, а сама она становится более плотной и темной. Обычно переход от ранней древесины к поздней постепенный, зато переход от поздней к ранней прослеживается  довольно четко, и границы между ними хороша видны невооруженным глазом. Каждому кольцу, как правило, соответствует один год. Хотя иногда возникают так называемые  ложные кольца. Это происходит в том случае, если из-за неблагоприятного лета (засуха или холод), оно начинает вегетировать осенью.

Вот какой случай произошел в Тюри (Эстония) 25 августа 1818 г. Во время грозы молния ударила в 25-метровый дуб; пораженное дерево распилили на части. И тут выяснилось, что концентрические слои  древесины дуба под воздействием молнии отслоились друг от друга и свободно выдвигались наподобие телескопической антенны.

Самые старые деревья-гиганты

Поскольку каждый год толщина ствола увеличивается, то казалось бы, долгожителей надо искать среди толстых деревьев. И, действительно, долгое время самыми старыми считали деревьев-исполинов, произрастающих в Северной Америке,— секвойи и секвойядендроны.

Секвойи — деревья-гиганты: высота — около ста метров, диаметр ствола достигает 8,5 м. Одну такую секвойю пилили семиметровой пилой почти две недели, а чтобы перевезти древесину этого дерева, потребовалось 30 железнодорожных  платформ. Еще два любопытных факта. В  Национальном парке секвойи (США), на пне исполинской секвойи, спиленной в середине XIX века, предприимчивые американцы устроили летнюю танцплощадку, где  одновременно помещались 16 пар танцующих, 20 зрителей и 4 музыканта.

В Йосемитском национальном парке (20 км от Сан-Франциско) произрастает знаменитая секвойя «вахвонах» — великое хвойное дерево. В 1881 г. на месте огромного дупла в ее стволе пробили тоннель длиной 8,7 м, шириной 2,5 м и высотой 3 м.

Еще более внушительные размеры у секвойядендрона(веллингтония, мамонтово дерево), диаметр его ствола достигает 10 м, произрастает в Калифорнии на западных склонах Сьерра-Невады.

Среди этих деревьев-гигантов растительного мира и обнаружили секвойю, чей возраст был 2125 лет. Долгое время ее считали самым старым деревом.

Сравнительно недавно пальму первенства среди деревьев-долгожителей секвойя уступила остистой сосне межгорной, произрастающей на каменистых склонах гор Уайт-Маунтина (запад Северной Америки). Никто и не предполагал, что, в общем-то небольшие деревья (высотой до 10 м) имеют столь почтенный возраст. В 1955 г. одну из таких сосен спилили для научных исследований. Когда же по годичным кольцам подсчитали ее возраст, то ученые были крайне удивлены: остистой сосне 4900 лет! Исследователям ничего не оставалось, как пенять на себя за неосмотрительность и пожалеть о содеянном.

Зато остальные сосны-старожилы были изучены с особой осторожностью и с 1958 г. взяты под охрану государства. Среди сосен-долгожителей насчитали немало деревьев, чей возраст перевалил за 4 тысячи лет. Все деревья-четырехтысячники получили  собственные имена: «Альфа» — самое первое обнаруженное дерево в возрасте свыше 4 тысяч, «Патриарх» — самое толстое дерево из остистых сосен (диаметр ствола 3,5 м), «Мафусаил» — самое старое живое дерево, ему 4600 лет (по библейским сказаниям Мафусаил прожил дольше всех среди  людей — 969 лет).

Годичные кольца остистой сосны настолько плотны, что неразличимы невооруженным глазом. Это неудивительно: ведь за сто лет диаметр ствола увеличивается не более чем на 2,5 см. А на одном из участков среза,— длиной всего 12 см,— насчитали 1100 годичных колец. Так что самые древние из остистых сосен появились на Земле тогда, когда в Египте фараоны начали сооружать первые пирамиды.

По годичным кольцам определяют не только возраст дерева

Сегодня, чтобы определить возраст дерева, нет нужды его спиливать. Дендрохронологи — специалисты по «чтению» годичных колец — высверливают буравчиком столбики древесины толщиной с грифель, а затем исследуют их под микроскопом.

А японские изобретатели сконструировали портативный рентгеновский аппарат, с помощью которого можно делать снимки поперечника ствола, не причиняя дереву даже малейшего вреда; по этим снимкам специалисты определяют не только возраст дерева, но и его самочувствие (насколько это слово можно применить к дереву).

Ширина годичных колец дерева меняется год от года, поэтому совокупность всех колец — летопись, в которой знаток может прочитать все: температурные колебания воздуха, количество осадков, лесные пожары, нашествие насекомых-вредителей, гибель соседних деревьев. Ширина каждого отдельного кольца тоже не везде одинакова, она зависит от положения дерева относительно солнца, затенения его  соседними деревьями, от направления ветров и тому подобного.

Да нужно ли расшифровывать древесную летопись? Конечно нужно, ведь она помогает раскрыть некоторые тайны прошлого. Долгое время американских историков волновала загадка скального города, построенного в XIII в. в Меса-Верде (США, Калифорния). Почему жители его покинули? Как поведали годичные кольца бревен, без которых, конечно же, не обходились сооружения древнего города, это случилось из-за многолетней засухи.

Определять возраст деревьев по годичным кольцам впервые предложил Леонардо да Винчи; он же предположил, что их ширина зависит от климата. На связь между приростом годичных колец и  метеорологическими факторами — температурой воздуха и осадками — впервые указали русские ученые А. Н. Бекетов и Ф. Н. Шведов во второй половине XIX века. Американские исследователи из дендрохронологической лаборатории университета штата Аризона установили по годовым слоям остистой сосны, что на западе Северной Америки в 1453, 1601, 1884, 1902, 1941 и 1965 гг. лето было аномально холодным. Данные по 1941 и 1965 гг. совпадают с наблюдениями  метеорологов. Дело в том, что в годы с холодным летом деятельность камбия (соединительной ткани, порождающей древесину) слабая. Повреждение клеток древесины, образовавшихся летом, свидетельствует о вторжении холодных воздушных масс.

Так, исследуя годичные кольца остистых сосен и сохранившихся обломков мертвой древесины этих деревьев, американские ученые составили сводный климатический календарь запада Северной Америки, где вплоть до 6200 г. до н. э. охарактеризован каждый год.

Похожие исследования проводили и в бывшем Советском Союзе. При Ботаническом институте АН Литвы раньше была дендроклиматохронологическая лаборатория. В ней-то и создали дендрошкалу, охватывающую 900 лет. По кольцам старого кедра, обнаруженного на Алтае, ученые установили, какой климат был в этих местах с 1020 по 1979 г. По дендрошкале кедра хорошо видно, как влияют на климат 11 -летние циклы солнечной активности. А еще подметили 80—90-летние  ритмы, причину которых пока окончательно не выяснили.

А в журнале «Nature» за 1976 появилось сообщение о новом методе определения климата прошлых веков по годичным кольцам. Установлено, что соотношение изотопов углерода, кислорода и водорода в земной атмосфере находится в зависимости от ее температуры. Так что, подсчитав изотопный состав каждого кольца древесины, можно рассчитать среднегодовые температуры давно прошедших лет. Только для этого надо установить количественную зависимость между изотопным составом годичных слоев и известной среднегодовой температурой.

Над созданием древесного термометра трудились ученые Англии, ФРГ, США. Свои исследования они проводили в Англии, где раньше всех стали регистрировать температуру  окружающей среды — около 300 лет назад.  Недалеко от мест регистрации температур исследовали древние дубы и пихты и проанализировали содержание изотопов в кольцах. Так проградуировали шкалу древесного термометра. Изучение деревьев-старожилов помогло узнать, какая погода была несколько столетий назад, когда даже понятия не имели о том, что тепло и холод можно измерять.

Но не только о климате прошлых столетий могут поведать годовые кольца хвойных растений. Американские ученые установили, что в них записаны и крупные извержения вулканов. Ведь при извержении в верхние слои атмосферы выбрасывается большая масса вулканического пепла и пыли, которая может оставаться в атмосфере два-три года. Мельчайшие твердые частички задерживают солнечные лучи, поэтому на земле холодает.

Исследуя остистые сосны, ученые подтвердили извержение вулкана Этна в 44 г. до н. э. Только это извержение было зафиксировано в годичных кольцах деревьев в 42 г. до н. э.: два года потребовалось, чтобы пригнать облако вулканической пыли и пепла от Сицилии к Америке.

Дата извержения Этны хорошо известна ученым, а вот насчет еще одного крупного извержения вулкана Санторин, уничтожившего минойскую культуру на о. Крит, у историков был спор. Одни считали, что  извержение вулкана Санторин было между 1700 и 1450 гг. н. э., другие — между 1500 и 1300 гг. до н. э. По годичным кольцам остистых сосен дендрохронологи установили, что извержение вулкана Санторин произошло между 1628 и 1626 гг. до н. э.

Лет десять назад американский ученый-ботаник А. Г. Джайкоби предположил, что по годичным кольцам деревьев, произрастающих в районах с сейсмической активностью, можно определить, когда произошло землетрясение и даже какой силы оно было.

В своих рассуждениях он основывается на том, что землетрясение обычно изменяет условия, в которых рос лес: повреждается корневая система, изменяется снабжение деревьев грунтовой водой и так далее. Естественно, эти факторы сказываются на росте дерева и должны быть записаны в годичных кольцах. Действительно, землетрясения отмечаются темными кольцами, расширенными с одной стороны.

Советский ученый Н. В. Ловелиус предположил, что в кольцах деревьев-старожилов должна быть информация о взрывах сверхновых звезд в Галактике. Он изучал спилы двух таких деревьев: арчи (древовидного можжевельника) и амурской лиственницы. Когда подсчитали годовые слои у арчи, обнаруженной высоко в горах Средней Азии, то стало ясно, это растение появилось на свет в 1163 г. и прожило 807 лет. За это время произошло три взрыва сверхновых звезд — в 1572, 1604, 1700 гг. и эти взрывы оказали влияние на биосферу Земли. Взрыв сверхновых замедлил рост деревьев: причем угнетение достигало максимума на 15—16 год после взрыва, 30 лет спустя у деревьев рост нормализовался. Какие физиологические процессы нарушаются под воздействием взрыва сверхновых, пока не установили.

Читая летопись колец, можно извлечь и другую информацию. Например, деревья могут рассказать о степени загрязнения атмосферы в различные годы. Американские физики по годичным кольцам определяют последствия ядерных испытаний. Химики, анализируя химический состав годичных колец, изучают распределение рассеянных элементов в разные периоды.

Каждый раз, перечитав в очередной раз любимую книгу, мы находим в ней что-то для себя новое, чего раньше не замечали. Так и с летописью годичных слоев: пройдут годы и, может быть, кто-то прочитает ее по-новому и откроет для нас совершенно иное содержание этой деревянной летописи, написанной Природой.

В. Петришин

О чем рассказывают годичные кольца деревьев?

Дендрохронология – относительно молодая наука, хотя о том, что ширина годичных колец у деревьев может меняться в зависимости от погоды, писали еще древние греки. В XIX веке этот показатель имел чисто практическое значение: работникам лесного хозяйства было важно понимать, насколько при различных условиях прирастает древесина, чтобы решить, на каком этапе ее выгоднее всего заготавливать. Ответ на этот вопрос давно получен, и сегодня перед дендрохронологией стоят совсем другие задачи.

Одной из самых важных, если не основной, является изучение влияния климата на рост деревьев. Ширина годичных колец, форма клеток, химический состав древесины способны рассказать исследователю многое о том, какими были погодные условия в тот момент, когда они формировались. Каждое годичное кольцо представляет собой слой древесины, который успел появиться за время одного вегетационного сезона (от весны до осени). Все они имеют четкие границы, что дает беспрецедентную возможность очень точной датировки.

Торф или льды Гренландии хранят сходную информацию. Однако в этом случае изучаемые временные отрезки измеряются не годами, а десятилетиями или столетиями. Фактически каждое дерево представляет собой своеобразный дневник, в котором записываются все изменения климата, происходившие в определенном регионе, включая засухи, сильные морозы и т. п.

Однако отследить их бывает тем проще, чем тяжелее условия, в которых растет дерево. Именно поэтому исследователи предпочитают работать с материалом, полученным высоко в горах или на Крайнем Севере – там, где проходит граница распространения древесной растительности. На первый взгляд может показаться, что в Беларуси отсутствуют столь же экстремальные условия, а потому и особых перспектив у дендрохронологии нет. Однако ведущий научный сотрудник Института экспериментальной ботаники НАН РБ Максим Ермохин знает, что это не так. На верховых болотах, которыми столь богата Беларусь, выжить деревьям бывает ненамного легче, чем в лесотундре.

Именно в таком месте, расположенном на территории заказника «Прилепский», удалось обнаружить самое старое дерево в Беларуси среди тех, чей возраст точно установлен. Речь идет о 400-летней сосне. При этом было бы ошибкой представлять себе зеленого великана с раскидистой кроной. На самом деле диаметр ее ствола составляет всего 30 сантиметров. Это объясняется тем, что дереву пришлось выживать в очень тяжелых условиях, где одним из главных факторов, сдерживавших его рост, был недостаток кислорода в почве, вызванный избыточным увлажнением.

Ученые смогли получить так называемый керн (этим термином обозначают фрагмент ствола цилиндрической формы диаметром 5–8 мм, который извлекают с помощью специального инструмента, что позволяет изучить годовые кольца, не срубая дерево). Благодаря этому появилась возможность узнать, как год за годом менялся климат начиная с 30-х годов XVII века.

По словам Максима Ермохина, изучение заболоченных сосновых лесов позволило получить неожиданные результаты. Так, на территории Беловежской пущи вплоть до 1940-х годов прирост был очень незначительным, что свидетельствует об избыточном увлажнении территории. Он увеличился с резким уменьшением количества осадков в южных регионах Беларуси. Началось естественное разболачивание территории. На фоне этого проведение осушительной мелиорации в 1960–1970-х годах привело не к увеличению прироста, а, наоборот, к его резкому падению в 1980-х годах в результате переосушения.  В это же время наблюдалась и массовая гибель деревьев. Прирост у деревьев восстановился только к середине 1990-х годов.

В результате таких колебаний фактически изменились типы леса, и деревья, которые раньше росли на болотах, стали реагировать на климат так же, как растущие на суходоле.

Те, кто занимается дендрохронологией, также любят изучать деревья, которые произрастают на границе своего ареала. В Беларуси это прежде всего ель, граб, ольха серая, пихта белая. Для пихты и граба главным лимитирующим фактором являются зимние температуры, для ели и ольхи серой – летние, а также количество осадков.

Но что делать, если достаточно старые деревья не сохранились? Отчасти компенсировать имеющиеся пробелы позволяют образцы, которые предоставляют археологи и реставраторы. Однако в данном случае главная проблема заключается в том, что далеко не всегда можно с уверенностью сказать, откуда именно прибыла древесина, использованная при строительстве (синхронность роста колец сохраняется лишь в радиусе 200 км).

На данный момент в Беларуси непрерывная дендрохронологическая шкала сосны, позволяющая достоверно датировать различные объекты, составляет 700 лет. Шкала дуба достигает XI века. Продлить ее удалось во многом благодаря образцам, которые литовские исследователи в 1970–1980-е гг. взяли в Сморгонском гравийном карьере и впоследствии смогли датировать. 

Однако и это далеко не предел. Группа ученых под руководством Максима Ермохина продолжает поиск древесных остатков на территории верхового болота, расположенного в Крупском районе. С их помощью они надеются установить, как изменялся климат на территории Беларуси за последние 4500 лет. Верховое болото ценно еще и тем, что оно прекрасно консервирует все древесные остатки. Если извлечь их и затем соотнести с уже имеющейся шкалой, то появляется возможность продлить ее в далекое прошлое.

Фото из архива Максима ЕРМОХИНА

Поделиться в соц. сетях: Предыдущая Следующая

Годичные кольца – деревьев, древесины, анализ, образование

Годичные кольца являются участками цикличного наращивания тканей у некоторых видов растений и грибов. Их появление обусловлено неравномерностью развития организма во время воздействия определенных факторов окружающей среды, в частности, перепадов температур при смене сезонов года. Существует специальная наука дендрохронология, занимающаяся изучением и анализом годичных колец деревьев. Одной из задач дендрохронологии является установление возраста археологических находок. С учетом закономерностей расположения годичных колец, что свидетельствует об изменениях климатических условий в разные годы, можно воссоздать климат прошлых лет и прогнозировать его в будущем. Этим занимается наука дендроклиматология. Рассматривая поперечный спил древесины, можно увидеть, что она состоит из поочередных светлых и темных концентрических колец. Каждая пара колец (светлое и темное) образуется в течение года, благодаря деятельности камбия, и называется годичное кольцо. Хорошо выражены годичные кольца у древесных растений, произрастающих в умеренном и холодном климате. У них каждое кольцо появляется в соответствии с приростом за один вегетационный период. Быстрый весенне-летний рост камбия сменяется периодом зимнего покоя. Структура, блеск, прочность, цвет и другие механические свойства древесины, образованной из камбия весной и летом, отличаются от таковых древесины, сформированной во второй половине вегетационного периода. Внутренняя полоса годичного кольца светлее по цвету и более рыхлая, а внешняя – темнее и плотнее. Это связано с тем, что клетки весенней и летней древесины более широкие и окружены более тонкими оболочками, а клетки древесины, образованной в более поздний период, имеют узкие небольшие полости и толстые стенки. Обычно четко выражен переход именно от поздней древесины к той, которая формируется в следующем вегетационном периоде. По количеству годичных колец на спиле дерева в нижней части ствола можно приблизительно судить о возрасте дерева. Точный возраст определить сложно, так как иногда образуются ложные годичные кольца, что связано с приостановлением деления клеток камбия в случае отмирания листьев в весенние заморозки либо при объедании листьев вредителями. Также по количеству годичных колец можно сделать вывод о темпах роста дерева и условиях его жизни в зависимости от того, на каком уровне спил был сделан. Ширина годичных колец неравномерна на разных участках дерева. У деревьев, растущих по отдельности, на вершине годичные кольца уже, чем у основания. А у деревьев в лесу наоборот – годичные кольца на вершине более широкие, чем у основания ствола. Если дерево молодое и интенсивно растет, то годичные кольца широкие. В период зрелости дерева поисходит стабилизация размеров колец. А у старых деревьев годичные кольца узкие, так как у них активность камбия снижена, и прирост древесины за вегетационный период незначительный. Деревья, произрастающие в странах с теплым и жарким климатом, где сезонность не выражена, не образуют годичных колец в связи с тем, что равномерно растут в течение всего года. К таким растениям относятся драконово дерево, которое встречается в тропиках, гевея, произрастающая в лесах тропической Америки, баобаб (типичное дерево африканской саванны). Гевея бразильская используется для получения натурального каучука. Для ее древесины, не имеющей годичных колец, характерно выраженное волокнистое строение, повышающее ее механические свойства и обусловливающее высокую прочность. Под толстой корой баобаба находятся не имеющие годичных колец пористые мягкие ткани древесины. Древесина этого дерева используется во многих сферах, поэтому из-за массовой вырубки баобабы в государствах Южной Африки взяты под охрану.

Жизненно важные признаки планеты

Светлые и темные кольца дерева. Предоставлено: пользователь Flickr Creative Commons Аманда Тромли.

Если вы посмотрите в окно, вы можете сказать, дождливо ли сейчас или солнечно. прямо сейчас , но это мало что говорит о климате вашего региона – средних погодных условиях в этом районе за длительный период времени (30 лет и более ). Однако это большое дерево на заднем дворе ведет подробные климатические записи на протяжении десятилетий.

Деревья могут жить сотни, а иногда и тысячи лет.В течение этой долгой жизни дерево может испытывать различные условия окружающей среды: влажные годы, засушливые, холодные, жаркие, ранние заморозки, лесные пожары и многое другое.

Но как деревья отслеживают эту информацию?

Цвет и ширина годичных колец могут дать снимки климатических условий в прошлом.

Если вы когда-нибудь видели пень, то наверняка замечали, что на его вершине есть серия концентрических колец. Эти кольца могут сказать нам, сколько лет дереву и какая погода была в течение каждого года жизни дерева. Светлые кольца представляют древесину, которая росла весной и в начале лета, а темные кольца – древесину, которая росла в конце лета и осенью. Одно светлое кольцо плюс одно темное кольцо равняется одному году жизни дерева.

Поскольку деревья чувствительны к местным климатическим условиям, таким как дождь и температура, они дают ученым некоторую информацию о местном климате той области в прошлом. Например, годичные кольца деревьев обычно становятся шире в теплые влажные годы и тоньше в годы, когда холодно и сухо.Если дерево испытало стрессовые условия, такие как засуха, оно могло вообще не вырасти в те годы.

Ученые могут сравнить современные деревья с местными измерениями температуры и осадков с ближайшей метеостанции. Национальная метеорологическая служба ведет погодные записи в Соединенных Штатах с 1891 года, но очень старые деревья могут дать подсказки о том, каким был климат задолго до того, как были записаны измерения. Эта область – изучение климата прошлого – называется палеоклиматологией.

Говорят, что это Древо Мафусаила, одно из самых старых живых деревьев в мире. Считается, что Мафусаилу, щетинистой сосне в Уайт-Маунтин, Калифорния, почти 5000 лет. Предоставлено: Oke / Wikimedia Commons.

Поскольку мы не можем вернуться в прошлое, чтобы узнать о климате прошлого, палеоклиматологи полагаются на естественные источники климатических данных, такие как годичные кольца деревьев, керны, пробуренные из антарктического льда, и отложения, собранные со дна озер и океанов. Эти источники, называемые косвенными данными, могут расширить наши знания о погоде и климате с сотен до миллионов лет.

Информация, полученная от прокси, в сочетании с погодой и климатической информацией со спутников НАСА, может помочь ученым смоделировать основные климатические явления, которые сформировали нашу планету в прошлом. И эти модели также могут помочь нам сделать прогнозы относительно того, каких климатических моделей следует ожидать в будущем.

Ссылки по теме

Чтобы узнать больше о другом важном способе, которым ученые изучают историю климата Земли, см. «О ледяных кернах» (внешний сайт).

Получите более глубокое погружение в науку о кольцах деревьев в Лаборатории исследования годичных колец Университета Аризоны.

Что деревья могут рассказать нам об изменении климата?

Краткий ответ:

Характеристики колец внутри дерева могут сказать ученым, сколько лет дереву и какие погодные условия были в течение каждого года жизни этого дерева. Очень старые деревья могут дать подсказки о том, каким был климат в районе задолго до того, как были записаны измерения.

Изображение предоставлено пользователем Flickr Бернардом Спраггом.NZ

Довольно много!

Но чтобы понять, что говорят нам деревья, мы сначала должны понять разницу между погодой и климатом.

Погода – это особое событие, например, ливень или жаркий день, которое происходит в течение короткого периода времени. Погоду можно отслеживать в течение нескольких часов или дней. Климат – это средние погодные условия в месте за длительный период времени (30 лет и более).

Ученые Национальной метеорологической службы отслеживают погоду в Соединенных Штатах с 1891 года.Но деревья могут гораздо дольше отслеживать климат Земли. На самом деле деревья могут жить сотни, а иногда даже тысячи лет!

Один из способов, которым ученые используют деревья для изучения климата прошлого, – это изучение годичных колец деревьев. Если вы когда-нибудь видели пень, вы, вероятно, заметили, что на его вершине есть ряд колец. Это немного похоже на яблочко.

Светлые и темные кольца дерева. Изображение предоставлено: пользователь Flickr Creative Commons Аманда Тромли

Эти кольца могут сказать нам, сколько лет дереву и какая погода была в течение каждого года жизни дерева.Светлые кольца представляют древесину, которая росла весной и в начале лета, а темные кольца – древесину, которая росла в конце лета и осенью. Одно светлое кольцо плюс одно темное кольцо равняется одному году жизни дерева.

Цвет и ширина годичных колец позволяют получить снимки климатических условий в прошлом.

Поскольку деревья чувствительны к местным климатическим условиям, таким как дождь и температура, они дают ученым некоторую информацию о местном климате той области в прошлом.Например, годичные кольца деревьев обычно становятся шире в теплые влажные годы и тоньше в годы, когда холодно и сухо. Если дерево испытало стрессовые условия, такие как засуха, оно могло вообще не вырасти в те годы.

Ученые могут сравнить современные деревья с местными измерениями температуры и осадков с ближайшей метеостанции. Однако очень старые деревья могут дать подсказки о том, каким был климат задолго до того, как были записаны измерения.

Считается, что это Древо Мафусаила, одно из самых старых живых деревьев в мире.Считается, что Мафусаилу, щетинистой сосне в Уайт-Маунтин, Калифорния, почти 5000 лет. Изображение предоставлено: Oke / Wikimedia Commons

.

В большинстве мест ежедневные записи погоды ведутся только за последние 100–150 лет. Итак, чтобы узнать о климате сотни или тысячи лет назад, ученым необходимо использовать другие источники, такие как деревья, кораллы и ледяные керны (слои льда, пробуренные из ледника).

О кольцах деревьев | Лаборатория исследования древесных колец

Что такое дендрохронология?

Дендрохронология – это датирование и изучение годовых колец деревьев.

Слово происходит от этих корней:

ology = исследование

хронос = время; более конкретно, события и процессы в прошлом

dendros = с использованием деревьев; точнее годичные кольца деревьев

Дендрохронолог

ученый, который использует годовые кольца, чтобы ответить на вопросы о мире природы и месте человека в его функционировании

О чем нам говорят годичные кольца?

Практические применения изучения годичных колец многочисленны. Дендрохронология – это междисциплинарная наука, и ее теория и методы могут применяться во многих приложениях. Примеры см. В наших разделах дисциплин. Эти научные интересы объединяют следующие цели:

1. , чтобы поместить настоящее в надлежащий исторический контекст
2. для лучшего понимания текущих экологических процессов и условий
3. для улучшения понимания возможных будущих экологических проблем

Почему бы просто не посчитать кольца?

Подсчет колец не гарантирует точную датировку каждого кольца в отдельности.Многочисленные исследования показывают, как подсчет колец приводит к неверным выводам, сделанным из неточных датировок. Дендрохронологи требуют отнесения одного календарного года к одному кольцу. Для точного датирования CROSSDATE используются различные методы.

Метод датирования: кросс-датирование по построению скелетов

УЧАСТОК СКЕЛЕТА – это один из методов скрещивания годичных колец. Мы в LTRR чаще всего используем этот метод. Подводя итог:

кросс-датирование (фундаментальный метод дендрохронологии) совпадающие характеристики роста колец на многих образцах из однородной области (области со схожими условиями окружающей среды) позволяет определить ТОЧНЫЙ год образования для каждого кольца “каркасное построение” – один из методов перекрестного датирования
построение скелета (один метод перекрестного датирования) процесс обозначения вариации ширины колец дерева на полосах миллиметровой бумаги («скелетный график») похожие модели вариации на отдельных участках (представляющих отдельные деревья) совпадают между деревьями

Основы формирования кольца

Понимание этих концепций поможет вам добиться успеха в упражнениях по построению скелетов и кросс-датированию на этом веб-сайте. Эта страница не пытается охватить детали формирования древесины, которые делают возможными годичные кольца деревьев, а скорее предоставляет обзор общих характеристик древесины и аномалий, которые вам нужно будет идентифицировать при кросс-датировании.

Кольцо хвойного дерева ранняя древесина кажется светлым Ячейки имеют тонкие стенки, большой диаметр поздняя древесина выглядит темным Ячейки имеют толстые стенки, малый диаметр

(вид в поперечном или поперечном разрезе)

Кольцо покрытосеменных деревьев ранняя древесина клетки имеют сосуды большого диаметра поздняя древесина Ячейки: сосуды малого диаметра

(вид в поперечном или поперечном разрезе)

Изменение ширины кольца

На этом снимке показан образец древесины хвойных пород. Кольца сильно различаются:

изменение общей ширины кольца: светлая и темная полоса вариация по ширине поздней древесины: только темные полосы изменение плотности поздней древесины: темнота темной полосы

Изменение этих колец происходит из-за изменения условий окружающей среды, когда они были сформированы. Таким образом, изучение этой вариации приводит к лучшему пониманию прошлых условий окружающей среды и является основой для многих исследовательских приложений дендрохронологии.

Ключевым отличием дендрохронологии является то, что все анализируемые кольца деревьев датируются правильным годом их образования. На первый взгляд кажется, что легко датировать годичные кольца деревьев, просто посчитав их, но в реальности часто бывает сложнее.

Локально отсутствующие кольца В верхней части фото 3 полных кольца. В нижней части фото 4 полных кольца. Клин 4-го кольца «локально отсутствует» в части этого дерева. Этот образец можно датировать, но НЕ простым подсчетом колец.

Ложные браслеты / кольца В этом образце 2 полных кольца; крайнее правое кольцо имеет фальшивую полосу. Кажется, ложная полоса проходит через канал для смолы. Ложные полосы отличаются от настоящих колец своей ячеистой структурой. Этот образец можно датировать, но НЕ простым подсчетом колец.

Кольца деревьев и климат | UCAR Center for Science Education

Деревья содержат одни из самых точных свидетельств природы прошлого.Их слои роста, выглядящие как кольца в поперечном сечении ствола дерева, свидетельствуют о катастрофических наводнениях, нападениях насекомых, ударах молний и даже землетрясениях, которые произошли в течение жизни дерева. Они также имеют отличные рекорды климата.

Каждый год дерево прибавляет в обхвате, причем новообразование называется кольцом дерева. Самым недавно сформированным древесным кольцом является новая древесина около внешней части ствола дерева, прямо под корой. Самые старые кольца меньше по размеру и находятся недалеко от центра.Деревья, которые растут в средних и высоких широтах, образуют кольца, которые легко заметить, потому что у них есть отчетливый вегетационный период, когда образуется кольцо светлого цвета. По мере замедления роста в конце лета или осенью древесина формируется медленнее и приобретает более темный цвет.

Поперечный разрез ствола дерева, показывающий чередующиеся светлые и темные слои годичных колец.
Кредит: Pixabay

Рост деревьев зависит от местных условий окружающей среды. В некоторых районах ограничивающим фактором роста является наличие воды, в других (особенно в высоких широтах) – продолжительность вегетационного периода.В районах, где водные ресурсы ограничены и количество воды меняется из года в год, ученые могут использовать схемы годичных колец для восстановления региональных моделей засухи. В районах, где продолжительность вегетационного периода является ограничивающим фактором, толщина годичных колец может указывать на то, когда вегетационный период был длиннее (в более теплое время), а когда вегетационный период был короче (более прохладное время).

Изучение роста годичных колец известно как дендрохронология. Изучение взаимосвязи между климатом и ростом деревьев с целью восстановления климата прошлого известно как дендроклиматология.

Древесное кольцо, представляющее один год, состоит из двух слоев:

• Светлый слой, который образуется весной и в начале лета, который обычно толще, потому что дерево растет
• Темный слой, который образуется в конце лета и осенью, который обычно тоньше, потому что рост деревьев замедляется.

Данные о годичных кольцах собираются только за пределами тропиков. Деревья в умеренных широтах имеют ежегодные всплески роста весной и летом и периоды покоя зимой, что создает характерный узор из светлых и темных полос. Тропические деревья растут круглый год, поэтому у них нет чередующихся темных и светлых полос годичных колец.

В местах, где рост деревьев ограничен наличием воды, деревья образуют более широкие кольца в влажные и прохладные годы, чем в жаркие и засушливые годы. Засуха или суровая зима тоже могут стать причиной более узких колец. Если кольца имеют одинаковую ширину по всему дереву, климат из года в год был одинаковым. Подсчитав количество колец на дереве, мы можем довольно точно определить возраст и здоровье дерева, а также период вегетации каждого года.

Этот ученый извлекает сердцевину из живого дерева с помощью бурового станка. Этот процесс не причиняет дереву длительного вреда.
Кредит: SERC / Tree-Ring Expeditions

Ученые обычно не вырубают дерево для анализа его колец. Вместо этого образцы керна извлекаются с помощью бурового станка, который ввинчивается в дерево и вытаскивается, принося с собой образец дерева размером с солому около 4 мм в диаметре. Затем отверстие в дереве заделывают, чтобы предотвратить болезнь.

Сбор образцов керна от многих деревьев в районе и усреднение данных из годичных колец для уменьшения влияния конкретного местоположения деревьев – например, нахождения в тени или рядом с ручьем – и возможности увидеть распространенные закономерности.Поскольку разные виды деревьев растут с разной скоростью в зависимости от температуры, осадков и других факторов, данные по разным видам деревьев могут предоставить даже больше информации о климате, чем данные только по одному виду.

Старые деревья рассказывают нам об условиях на Земле задолго до того, как люди начали измерять и записывать погоду. Некоторые породы деревьев, такие как сосна щетинистая, которые живут несколько тысяч лет, содержат длинные записи годичных колец. Однако ученые-климатологи обычно работают с деревьями, которые не столь долгоживущими, и расширяют свои годовые записи более чем на 10 000 лет, сравнивая структуру колец живых деревьев с кольцами мертвых, но еще не сгнивших деревьев, которые упали.Ученые сопоставляют образцы колец живого дерева на ранних стадиях с последовательностью, сформированной на последних этапах жизни старых, мертвых деревьев, чтобы собрать непрерывную палеоклиматическую летопись, охватывающую тысячи лет.

Балки старых зданий или руин, образцы деревянных рам старых картин и древесина скрипок – все это использовалось для добавления образцов годичных колец в записи о климате. В некоторых случаях были проанализированы гораздо более старые кольца деревьев в окаменелой древесине, чтобы понять, каким был климат от сотен тысяч до миллионов лет назад.

Годовые кольца в этих семи стержнях не выглядят круглыми, как кольца, потому что расточный инструмент извлекает только небольшой сегмент колец. Каждый темный и светлый слой составляет год роста. Широкие слои указывают на годы, когда деревья росли больше. Узкие слои указывают на годы, когда деревья росли меньше. Эти стержни взяты из белой ели на Аляске.
Кредит: SERC / Tree-Ring Expeditions

Как годичные кольца определяют время и историю климата

Большинство из нас в детстве узнали, что возраст дерева можно определить, подсчитав количество его колец.Кольца деревьев, растущих в умеренном климате, действительно могут определять их возраст по годичным кольцам, а также помогают определить возраст древесины, из которой строятся здания или деревянные предметы. Возраст деревянных предметов может быть определен путем перекрестного датирования – процесса сопоставления образцов колец между образцами древесины известного и неизвестного возраста.

О чем говорят годичные кольца

Базовые модели широких или узких колец фиксируют годовые колебания роста деревьев. Таким образом, шаблоны часто содержат историю погоды в том месте, где выросло дерево, в дополнение к его возрасту.В засушливых средах, таких как Ближний Восток или Юго-Запад США, годовые кольца деревьев обычно отражают влажные или засушливые годы, а в более прохладных районах (высокие широты или большая возвышенность) ширина кольца часто является показателем температуры.

Археологи использовали кольцевые узоры в строительной древесине, чтобы оценить даты строительства некоторых из самых известных зданий в мире, включая скальные жилища в национальном парке Меса-Верде (возраст около 1000 лет) и церковь Рождества Христова в Вифлееме (около 1500 лет). Старый).

Что находится в базе данных NOAA годичных колец?

Национальные центры экологической информации NOAA (NCEI) содержат Международный банк данных колец деревьев (ITRDB), который содержит данные о ширине колец для лесов по всему миру, а также данные о ширине колец для старых зданий и даже от редких скрипок Страдивари. ITRDB содержит данные о ширине колец деревьев в более чем 4600 местах на шести континентах, предоставляя истории роста деревьев со всего мира. Регулярно добавляются новые материалы от ученых-полевых специалистов.

Ученые-климатологи сравнивают записи роста деревьев с местными метеорологическими данными. Для мест, где существует хорошее статистическое соответствие между ростом деревьев и температурой или осадками в период перекрытия, ширину кольца можно использовать для оценки прошлой температуры или количества осадков за время жизни дерева.

Во многих частях света деревья могут отражать историю климата на сотни лет, а некоторые – на 1000 лет и более. Полученные в результате истории климата расширяют наши знания о естественной изменчивости климата, а также создают основу для оценки изменения климата, вызванного деятельностью человека.NCEI архивирует эти реконструкции климата в дополнение к измерениям годичных колец.

Взгляд в прошлое

Данные годичных колец использовались для восстановления засухи или температуры в Северной Америке и Европе за последние 2000 лет. Например, реконструкции засухи на основе годичных колец для юго-запада Америки указывают на период продолжительной засухи в конце 1200-х годов. Археологи считают, что засуха была одной из причин того, что люди предков пуэбло отказались от знаменитых скальных жилищ в Меса-Верде, чтобы никогда не вернуться.

Годовые кольца, двуокись углерода и изменение климата

Аннотация

Годовые кольца использовались в различных приложениях для реконструкции прошлого климата, а также для оценки воздействия недавних климатических и изменение окружающей среды при росте деревьев. В этой статье мы кратко рассмотрим два способа, которыми годовые кольца предоставляют информацию об изменении климата и CO ₂ : ( i ) для определения того, потепление в период инструментальных наблюдений необычно относительно предшествующих веков до тысячелетий, и, таким образом, может быть связано с увеличение выбросов парниковых газов; и ( ii ) при оценке имел место усиленный радиальный рост в последние десятилетия, кажется необъяснимым климатом, а вместо этого может быть вызван увеличение содержания CO в атмосфере ₂ или других удобрений питательными веществами. Установлено, что ряд исследований древесных колец из настройки, чувствительные к температуре, указывают на необычное недавнее потепление, хотя на некоторых сайтах также есть исключения. Настоящее годовые доказательства возможного эффекта оплодотворения CO ₂ в естественных условиях окружающей среды оказывается очень ограниченным.

Более длинные временные ряды, чем те, которые доступны в настоящее время из инструментальные записи необходимы для оценки того, были ли недавние климатические сдвиги необычны и могут свидетельствовать об антропогенных изменениях из-за увеличение CO ₂ и других парниковых газов.Более длинные записи естественной изменчивости климата и информация о росте лесов также могут помочь в проверке моделей климата и баланса углерода, используемых для прогнозирования будущий климат (например, см. ссылку 1).

Крупномасштабные изменения в источниках и стоках углерода в земных биосфера (из-за изменения климата, прямой CO ₂ удобрения, отрастание леса, повышенная скорость разложения или другие факторы) могут действовать как отрицательная или положительная обратная связь для климатическая система Земли (например, см. 2 и 3). Последние исследования на основе по изотопным измерениям атмосферного CO ₂ предполагают, что на самом деле может быть большой сток CO ₂ в биосфере суши северных умеренных широт (30–60 ° с. ш.) (4, 5).

Ниже мы обрисовываем некоторые годовые доказательства недавнего климата и изменения роста лесов и их актуальность для исследований глобального Углеродный цикл. Мы сосредоточены на двух вопросах: ( i ) недавние появляются климатические изменения в период инструментальных наблюдений быть необычным по сравнению с прошлым, и ( ii ) произошел усиленный радиальный рост, который, по-видимому, необъясним. климатом и может быть связано с увеличением содержания CO в атмосфере ₂ или другое удобрение питательными веществами.

Указывают ли данные о температурно-чувствительных кольцах деревьев, что недавние Потепление необычно?

Измерения годичных колец могут помочь отличить антропогенные от естественное изменение окружающей среды. Эти данные можно использовать для определения являются ли недавние климатические изменения необычными и, возможно, из-за антропогенное воздействие (в частности, повышение CO ₂ и другие следовые газы) (например, см. ссылку 6) или все еще находятся в диапазоне естественная изменчивость климата. Кратко описаны несколько недавних исследований ниже, оценили древовидные данные и другие прокси-данные с этой целью в разум.

Кук (7) рассмотрел истории температур с высоким разрешением из годичных колец. и коралловые прокси, чтобы оценить, в какой степени потепление 20-го века была аномальной по сравнению с предыдущими столетиями или тысячелетиями. В северных широт, эти истории включают температурно-чувствительные серия годичных колец для северной Аляски (8), северного Полярного Урала (9), и Арктика в целом (10). Все три из этих серий указывают необычное потепление 20 века. Последние данные о годичных кольцах из Монголии указывают на то, что в этом регионе наблюдается необычное потепление (11), в соглашение с реконструкцией Арктики (10).

Джейкоби и Д’Арриго (8) описывают недавнее потепление на Аляске относительно прошлые вариации роста деревьев (см. рис. 1). Этот исследование описывает реконструкцию летней температуры на основе максимальной плотность поздней древесины, которая свидетельствует о недавнем потеплении от 0,5 ° до 1 ° C за последнее столетие. Напротив, данные о ширине кольца, которые по всей видимости, интегрируют температурные условия в течение года (8), указывают на более выраженное недавнее потепление годовых температур на 2 ° до 3 ° C.

Рисунок 1

Реконструкция температур центральной Аляски.( Верхний ) Среднегодовое значение за пять лет (октябрь – сентябрь) температура восстановлена ​​с использованием ширины кольца. ( Нижний ) Летние температуры (май – август) реконструированы с использованием максимальных плотность поздней древесины. Обратите внимание на увеличение восстановленной летней температуры. за последние 100 лет составляет всего около 0,5–1,0 ° C, тогда как реконструированная годовая температура повысилась примерно на 1,5–2 ° C. Более прохладный период годовых температур до 1900 года был нарушен несколько теплых интервалов.Пунктирная линия в Верхний – 5 лет. зарегистрированные температуры для центральной Аляски. Обратите внимание, что реконструкция занижает температуру примерно с 1970 года. Это связано с эффекты влажного стресса (8).

Briffa et al. (12) использовали 1000-летнее древовидное кольцо температурный рекорд из Сибири, чтобы сделать вывод, что двадцатый век (1901–1990) летнее тепло было необычно по сравнению с прошлым тысячелетие. Брэдли и Джонс (13) реконструировали Северное полушарие летние температуры возвращаются к А.D. 1400 с использованием комбинации исторические данные, данные годичных колец и ледяных кернов, а также недавние условия быть очень теплым по отношению к прошлому. Напротив, тысячелетняя запись из Фенноскандии указывает на то, что в Фенноскандии было теплее во время так называемого средневекового теплого периода (14), чем сегодня, возможно, из-за похолодания Северной Атлантики (12).

В Южном полушарии многолетняя летняя температура реконструкция южной части Южной Америки не обнаруживает никаких свидетельств необычных недавнее потепление, согласно инструментальным данным (15, 16).Однако древовидные кольца и другие записи из Тасмании и Новой Зеландии действительно указывают на аномальное потепление в последние десятилетия по сравнению с прошлым (7, 17, 18). Летопись тасманийской сосны хуон, которая насчитывает много тысячелетий в длина, указывает на то, что потепление последних десятилетий весьма необычно, только с одним немного более теплым интервалом за последние несколько тысяча лет. Реконструкция температуры теплого сезона предполагает что недавнее потепление на Тасмании является аномальным, хотя и не совсем беспрецедентный (7).

Таким образом, ряд чувствительных к температуре средних и высоких широт записи годичных колец в обоих полушариях свидетельствуют о том, что недавние потепление в этих регионах может быть аномальным. Некоторые из этих серий тысячелетняя в длину. Эти несколько очень длинных записей позволяют оценить колебания температуры до начала холодного периода Малого ледникового периода, которые может исказить интерпретацию недавних теплых условий (13). Другие источники прокси-данных в нескольких областях также подтверждают эти признаки необычное недавнее потепление по сравнению с прошлым [e.г., ледяные керны (19)].

Данные годичных колец, использованные в этих исследованиях, взяты из участков, выбранных для усиливают климатический сигнал из-за температуры и не обязательно представитель крупных компонентов биосферы суши, ни индикаторы крупномасштабного усиленного улавливания углерода. Изменения радиального роста в этих деревьях не дают информации о возможных сдвигах в дыхание или выделение углерода под землей. Также может быть потепление вызывая отрицательную обратную связь с продуктивностью леса, что может противодействовать усиление роста в других областях.Например, некоторые ограниченные по температуре сайты теперь могут демонстрировать негативные последствия стресса от влаги (частично из-за увеличения эвапотранспирации из-за более высоких температур температуры) или заражение насекомыми, связанное с недавним потеплением. условий (см. 8 и см. рис. 1).

Есть ли CO

₂ эффект удобрения в кольцах деревьев?

Еще один способ, с помощью которого годичные кольца используются для проверки антропогенное воздействие – оценка того, является ли прямой CO ₂ удобрения из-за увеличения содержания CO в атмосфере ₂ (обычно ограничивая рост растений) в настоящее время усиливает рост естественных растительность.Реакция роста растений на прямой CO ₂ эффект оплодотворения был продемонстрирован в многочисленных лабораторных эксперименты, обычно с использованием рассады (например, ссылка 20). Моделирование предлагает что этот усиленный рост должен привести к большему улавливанию углерода наземных экосистем при условии, что этот «бета-фактор» достаточно большой (например, ссылки 21 и 22).

Однако мало что известно о том, происходит ли такой эффект на в больших масштабах в естественной растительности, где условия окружающей среды чрезвычайно сложный. Здесь мы рассматриваем несколько исследований годичных колец, которые оценить возможные эффекты прямого удобрения CO ₂ по радиальному росту деревьев, произрастающих в естественных условиях окружающей среды.

LaMarche et al. (23) представили одно из первых исследований который имел целью найти доказательства возможного CO ₂ эффект удобрения в годичных кольцах. Их исследование было основано на ширине кольца. хронология высотных щетинковых и передних сосен, произрастающих в юго-запад США, которые демонстрируют необычно ускоренный рост более прошлый век.Одна из причин их вывода, что это улучшило рост происходит из-за CO ₂ удобрений это высокая высота растения могут иметь больше CO ₂ -ограниченный, чем растения с более низким возвышения (24). Тем не менее, Ламарш не представил количественного моделирования. et al. (23), чтобы исключить возможный вклад благоприятное изменение климата для учета роста увеличивается.

Граумлих (25) не обнаружил таких доказательств для оплодотворения CO ₂ в высокогорной сосне лисохвоста и других породах Сьерра-Невады.Она основывала свои выводы на наблюдениях, что (–) последние тенденции не были необычными по сравнению с доантропогенный период и ( ii ) недавние колебания роста во многом объяснялись взаимосвязью климата и роста.

Противоположный вид представлен Graybill (26) и Graybill и Idso. (27), которые утверждали, что оплодотворение CO ₂ обнаруживается в некоторые виды сосны, произрастающие на больших высотах юго-западного Соединенные Штаты, но только если они демонстрируют форму роста коры полосатой.На деревьях с морфологией полосовой коры любой добавленный CO ₂ должен быть выделяется в первую очередь на активную камбиальную область, в результате чего больший ответ (27). Граумлих (25) предположил, что несопоставимые выводы для деревьев на юго-западе можно согласовать, поскольку LaMarche et al. (23) деревьев также были из ленточной коры. морфология. Напротив, деревья в ее исследовании не показывали этого. характерная черта. Другие исследования включают статью Кенаста и Люксмура (28), которые показали отрицательные результаты для удобрения CO ₂ эффект на деревьях в Скалистых горах Колорадо.

Д’Арриго и Джейкоби (29) не нашли доказательств наличия CO. ₂ эффект удобрения в северной части Северной Америки, на основе по оценке остаточных тенденций после моделирования климата – роста отношения. Одно из возможных объяснений состоит в том, что пороговый уровень Для обнаружения эффекта необходимо увеличение CO ₂ . Другое дело, что другие факторы, в том числе низкие температуры, короткое сезон деления камбиальных клеток, и дефицит азота может предотвратить прямая реакция CO ₂ в крайних бореальных лесах.В необъяснимое увеличение роста лесной сосны на большой высоте стоянка в горах Сан-Хасинто в Калифорнии (30) не встречалась в передняя сосна рядом с тем же участком и, как отмечается в исследовании, могла быть связано с изменением зимних осадков.

Один из наиболее тщательных анализов репрезентативных бореальных лесов. рост включал измерение ширины колец и плотности деревьев в спелые, закрытые навесы, ели белые в 11 местах на западе Канада (31).Было вырублено ограниченное количество деревьев и семь дисков. были вырезаны из каждого, чтобы получить данные о площади поперечного сечения и конусности к позволяют рассчитывать изменение скорости роста объема и биомассы. Jozsa и Пауэлл пришли к выводу, что продуктивность биомассы и годовой слой роста веса связаны с долгосрочной и годовой климатической изменчивостью с возможный ответ на активность еловой почковой червя (31). Они не представляют любые признаки того, что существует систематическая тенденция роста, которая может быть связанных с удобрением CO ₂ .Это чрезвычайно важное исследование зрелых деревьев в естественных лесных насаждениях. Таким образом результаты широко применимы к реальным ситуациям.

Обсуждение и выводы

Мы кратко описали некоторые свидетельства древовидных колец, представленные на данный момент. используется для оценки того, являются ли недавние изменения роста необычными относительно в прошлое и может свидетельствовать о потеплении из-за парниковых газов и / или прямое удобрение CO ₂ . Номер термочувствительные записи, некоторые из которых датируются несколькими тысячелетия указывают на необычное недавнее потепление.Но это отнюдь не происходит на всех сайтах. Еще одно предостережение: изученные деревья вот из определенных мест, выбранных для усиления климатических сигналов, и не обязательно являются репрезентативными для крупных участков земли биосфера и усиленное связывание углерода (2). Кроме того, изменения радиального роста над землей не дают информации о дыхание или подземные эффекты. Другие изменения (например, засуха стресс) может привести к негативным эффектам обратной связи (например, ссылки 2 и 8).

Доказательства оплодотворения CO ₂ неубедительны на подарок для деревьев, растущих в естественных условиях, где может быть много другие ограничивающие и взаимодействующие факторы. Контролируемые эксперименты имитация природных условий, происходящая на объекте «Биосфера 2», будет попытаться оценить совокупное воздействие различных факторов окружающей среды факторов и сравнить реакцию растений в различных смоделированных экосистемах и между видами (32). Такие контролируемые исследования могут предоставить дополнительные идеи, которые могут помочь разрешить неопределенности CO ₂ проблема удобрения.Даже если деревья с полосатой корой форма роста, скорее всего, покажет этот эффект, эти типы деревьев являются лишь небольшой составляющей наземной биосферы.

Доказательства, описанные здесь, предоставляют только частичную информацию относительно поведение наземной биосферы. Есть еще много неопределенностей, и вряд ли эти вопросы будут решены в самое ближайшее время будущее. Дополнительные исследования и улучшенный пространственный и временной охват данных годичных колец необходимы, чтобы уменьшить неопределенность в отношении того, антропогенное воздействие в настоящее время имеет место.

Благодарности

Исследование для этой статьи было поддержано Climate Dynamics Программа Национального научного фонда, банкомат 94-06732. Это Вклад Земной обсерватории Ламонта – Доэрти № 5594.

Сноски

• ↵ * Кому следует обращаться с запросами на перепечатку. электронное письмо: друид ldeo.columbia.edu.

• Этот доклад был представлен на коллоквиуме «Углерод Диоксид и изменение климата », организованный Чарльзом Д.Килинг, проведенный 13–15 ноября 1995 г., Национальная академия наук, Ирвин, Калифорния.

• Copyright © 1997, Национальная академия наук США

Почему у деревьев есть кольца (и почему они так полезны) – В защиту растений

Дендрохронология – это область исследований, в которой основное внимание уделяется кольцам деревьев. Хотя это может быть неочевидно, количество информации, которую мы получаем, глядя на эти кольца, поражает. Это исследование идет гораздо глубже, чем просто выяснение того, сколько лет было дереву, когда оно умерло.Дендрохронологические данные могут быть использованы для исследования палеоклимата, палеоэкологии и археологического датирования зданий и произведений искусства. Удивительно, как опытный глаз может оглянуться назад во времени. На сегодняшний день у нас есть непрерывная дендрохронологическая запись для северного полушария, насчитывающая более 12000 лет!

Все это было бы невозможно, если бы не годичные кольца деревьев. Но что они собой представляют и как образуются? Ответ физиологический. По сути, годичные кольца являются результатом узоров в сосудистых тканях.Ранней весной, до того, как листья начинают расти, слой ткани под корой, называемый камбием, начинает делиться. В это прохладное, насыщенное водой время вегетационного периода производимые сосуды более крупные и менее плотные. Это начало весны или раннего леса. Хотя они не так прочны, как суда, которые производятся позже в этом сезоне, они, несомненно, могут перемещать много воды. С хвойными деревьями дело обстоит немного иначе. Поскольку они не производят сосудистые элементы в своей древесине, этот рост крупных клеток инициируется вместо этого большим количеством гормона роста, называемого ауксином, который вырабатывается новыми почками.Это приводит к тому, что клетки ранней древесины хвойных пород становятся большими, подобно клеткам лиственных пород.

С наступлением лета все начинает меняться. Камбий начинает производить более мелкие и толстые клетки. Сосуды, образовавшиеся в результате этого, намного прочнее, чем у ранней древесины. Эта поздняя древесина, как ее называют, придает деревьям большую часть их жесткости и прочности. Поздняя древесина также устойчива к так называемой кавитации – процессу, при котором вода внутри дерева может буквально испаряться, вызывая разрушительную эмболию в самые жаркие летние месяцы.У хвойных растений рост почек прекращается к середине-концу лета, а вместе с ним и выработка ауксина. Это также приводит к уменьшению размеров судов.

В регионах с умеренным климатом этот цикл роста происходит в течение вегетационного периода. Таким образом, каждое кольцо обозначает год в жизни этого дерева. Поскольку рост деревьев во многом определяется условиями окружающей среды, размер и форма колец могут многое рассказать об условиях, в которых это дерево росло. Вот почему дендрохронология – такой полезный инструмент.Глядя на годичные кольца деревьев со всего мира, исследователи могут сказать, что происходило в тот момент времени. И хотя долгое время считалось, что это явление ограничено сезонными лесами, мы обнаружили, что даже некоторые тропические деревья производят годичные кольца роста. Это особенно актуально для регионов с поддающимся измерению засушливым сезоном. Это просто показывает, что данные бывают разных форм, размеров и форм.

УЗНАЙТЕ БОЛЬШЕ О ДЕНДРОХРОНОЛОГИИ В ЭПИЗОДЕ 247 ПОДКАСТА ЗАЩИТЫ РАСТЕНИЙ

Дополнительная литература: [1] [2] [3]

.