Когда убили человека и когда извергался вулкан: что дендрохронологи могут прочитать по кольцам деревьев

Как по годовым кольцам деревьев можно определить климат прошлых тысячелетий, помочь раскрыть убийство, датировать извержения вулканов и солнечные вспышки, а также какие деревья в мире самые древние, «Газете.Ru» рассказал ведущий научный сотрудник УрО РАН и УрФУ, дендрохронолог Рашит Хантемиров.

– Недавно вы опубликовали исследование, в котором благодаря деревьям выяснили, как менялся климат в Западной Сибири в последние 7000 лет. Каким образом датируется возраст деревьев?

– Мы определяем не возраст, а год образования кольца. Возраст мы считаем уже по количеству колец. Дело в том, что в каждом районе деревья одного и того же вида одинаково реагируют на изменения внешней среды. Например, если тепло, у всех кольца широкие, если холодно — узкие. Если взять отрезки где-то в 50-100 лет, то вот этот рисунок изменчивости колец год от года неповторим. Это эмпирически доказано.

Мы сначала проделываем отверстия в живых деревьях специальным буром. Затем берем оттуда керны древесины толщиной 5 мм, и на них мы видим все кольца. У живого дерева мы знаем каждый год, в котором сформировалось кольцо. Если мы взяли керн у дерева в 2022 году, то последнее кольцо будет 2022 года, и мы просто отсчитываем годы от него.

Потом находим, например, пенек дерева, погибшего неизвестно когда. Берем спил, измеряем все кольца и сравниваем рисунок живого дерева и пенька. Если их время жизни пересекалось, то в этот период рисунки совпадут. Это называется перекрестная датировка. В результате получаем рисунок за более длительное время, которое включает время жизни погибшего дерева.

Еще бывают выпадающие и ложные кольца — может оказаться, что в очень холодный год кольцо образовалось только в верхней части ствола, а в нижней части, на той высоте, на которой мы взяли образец, его нет. Иногда получается, что по последовательности лет несколько колец пропущено. Мы их не видим. И в нашем случае, на севере, это очень частое явление –- бывает, что по 20 выпадающих колец в одном образце может быть. В распознавании таких колец опять же помогает перекрестная датировка. Если мы видим, что у десяти деревьев кольцо есть, а у одного-двух не хватает, то это значит, что кольцо просто выпало, тем более если у тех десяти деревьев они узкие.

Ложные кольца — это образование второго слоя в один год. Ну, например, условия стали плохие, дерево остановило рост, потом условия снова стабилизировались и рост продолжился, появилось два кольца в один год. Но это редкое явление на севере.

Так мы можем датировать достаточно большой период во времени — в частности, на Ямале древесина очень хорошо сохранилась в мерзлоте. И так последовательно мы продляем хронологию, сейчас мы заглянули назад на 8 768 лет, это больше, чем в недавно опубликованной статье. Скажу даже больше, мы точно знаем, что сможем продлить эту хронологию до 9 100 лет в ближайший год.

А дальше — может быть, и нет. Есть подозрения, что до этого времени деревьев на Ямале почти не было.

– Насколько велик временной промежуток, о котором могут рассказать деревья не только на Ямале, а вообще?

– Самая длительная хронология на сегодняшний день есть в Европе. Это примерно 12 460 лет для центральной Европы. Но почему наша хронология лучше? Потому что мы работаем на севере, где деревья чувствительны к климату, и высока корреляция ширины кольца с температурой. В Европе такого нет. В этих регионах извлечение точной информации о климате с помощью ширины годичных колец практически невозможно.

– Вы сравниваете живые деревья с окаменелыми пеньками. Влияет ли среда, в которой они находились, на их состояние и, соответственно, на результаты работы?

— Правильнее будет сказать полуископаемые, а не окаменелые. Конечно, бывает, что дерево разложилось, но мы также находим деревья, где на месте и кора, и веточки, и шишки.

— Какие самые древние деревья известны в мире?

— Годичные кольца у деревьев возникли 350-250 млн лет назад, но точно установить нельзя. Скорее всего, как появились хвойные деревья, так и появились кольца.

Если говорить о тех деревьях, которые использовались для изучения годичных колец, то, например, есть публикация про Южную Америку — там нашли деревья, которые росли 50 тыс. лет назад.

— А в России какие деревья самые древние?

— Если говорить про живые деревья, то коллеги в Якутии обнаружили лиственницу возрастом 945 лет. Еще они нашли примерно там же дерево, которое погибло более тысячи лет назад, и тогда ему было 1 216 лет. А на Алтае лиственницы могли доживать до 1 300 лет. На Урале самое старое древесное растение — можжевельник, у него было 840 колец.

Но вообще самые долгоживущие деревья — это сосны остистые, их достаточно много в США. Там их возраст доходит почти до 5 000 лет.

— Помимо изучения климата, для чего используются полученные данные?

— Очень много применений, но 80-90% связано с климатом — они приходятся на реконструкцию температуры, осадков, индекса засушливости и так далее.

Дендрохронология — традиционный способ для определения дат каких-то событий. Например, коллеги-археологи в Салехарде нашли мумию человека, в ногах у него лежал деревянный колышек. Датировали этот колышек — оказалось, что человек погиб в 1 282 году.

По деревьям легко узнать про экстремальные погодные условия, например, про заморозки в середине лета, когда температура в июле может упасть ниже 0 градусов. Тогда образуется такая аномальная структура как морозобойное кольцо, клетки ненормальной формы, некоторые погибают. Мы можем сказать с точностью до недели, что, например, в 1627 г до н.э. 10 июля случилось сильное похолодание.

Тут тоже интересная связь — подобные заморозки случаются, когда происходят сильные вулканические извержения. Например, в 1815 году было извержение вулкана Тамбора (Индонезия), в 1600 году — Уйанапутина в Южной Америке (Перу).

Все эти события привели к сильнейшему похолоданию в северном полушарии, которое, в частности, привело к голоду на Руси во время Смуты. Эти похолодания оставили свои следы в годичных кольцах деревьев.

Можно датировать природные события: лавины, вспышки активности вредных насекомых, которые отражаются на кольцах. Можно определить, с какой частотой произошли эти вспышки, восстановить динамику численности насекомых. По пожарам много работ, после пожаров тоже образуются аномальные кольца.

— Как извержение может приводить к таким последствиям?

— Когда продукты извержения попадают в стратосферу, поднимаются на высоту 20-30-40 км, то они сразу не оседают, а образуют пленку из сульфатного аэрозоля, которая отражает свет. Из-за этого температура резко падает.

— А есть ли какие-то известные открытия, которые удалось совершить благодаря дендрохронологии?

— Конечно! Около 10 лет назад молодая девушка Фуса Мияке из Нагои анализировала кольца японских кедров и обнаружила, что в 775 г. произошел сильнейший скачок содержания радиоуглерода в кольцах. Это означает, что содержание этого изотопа увеличилось и в атмосфере. Это могло произойти только в случае большого потока космических лучей.

Мияке предположила, что был взрыв сверхновой. Физики позже доказали, что это была солнечная супервспышка. Это было действительно открытием.

Оказалось, по годичным кольцам можно обнаружить резкие всплески потока космических лучей. Назвали это «события Мияке».

Конечно, ее открытие перепроверяли, оказалось, что в 40 разных районах мира у деревьев был всплеск радиоуглерода в один и тот же 775 год. Это же поразительно, а ведь некоторые ученые из других областей науки сомневались в методе перекрестной датировки и дендрохронологии в целом.

В этом году вышла статья с нашим участием, в которой говорится о подобных сверхмощных солнечных вспышках 7176 года до н.э. и 5259 до н.э.

— Правда ли, что дендрохронология используется в криминалистике и судебной экспертизе?

— Два человека в нашей лаборатории почти постоянно этим занимаются. Один пример нетипичный. Это было много лет назад.

В Свердловской области нашли уже давно разложившийся труп, который был закрыт крупными ветвями. Коллеги изучили их и узнали, в каком году ветви срубили. Так можно установить год преступления.

Но чаще всего речь идет о незаконных рубках. На основе сравнения рисунка годичных колец мы можем сказать, соответствует ли рисунок на пне, где незаконно было срублено дерево, тому, что на срубленном дереве на участке подозреваемого.

— Потепление в Сибири, которое вы зафиксировали, может нарушить биоразнообразие?

— Изменить может, нарушить — слово не совсем правильное. Климат действительно меняется, где-то исчезают тундры, на севере увеличивается разнообразие животных, которые гораздо быстрее могут мигрировать, чем деревья. В первую очередь насекомых, птиц.

— Согласно исследованию ученых Вашингтонского университета, к 2100 году из-за экстремальной жары человеку невозможно будет жить в тропиках и субтропиках. Вы с этим согласны?

— Я тоже видел это исследование. Такое вполне возможно, почему бы нет. Могу точно сказать, скорее всего, возрастет количество экстремальных погодных явлений, мы это можем наблюдать уже сейчас. Но вообще я не занимаюсь прогнозами, им виднее.

— Какими исследованиями Вы заняты сейчас?

— Первая задача техническая — продлить нашу хронологию до 7100 г. до н.э., вторая, дендроклиматическая — реконструировать изменения разных климатических параметров за несколько тысячелетий с использованием анализа клеточных структур и содержания изотопа кислорода-18. Другое направление — анализ в годичных кольцах радиоуглерода с целью выявления в прошлом сверхмощных солнечных вспышек, динамики солнечной активности.

Для разнообразия мы занимаемся изучением того, что происходит на северной границе современных лесов в последние 100 лет на основе датировки не только живых деревьев, но и сохранившихся древесных остатков.