Годичные кольца деревьев: использование данных годичных колец для расчета связывания углерода

Если вы посмотрите в окно, вы сможете сказать, идет ли сейчас дождь или солнце, но это мало что говорит о климате вашего региона — о средних погодных условиях в этом районе за длительный период времени (30 лет и более). Однако это большое дерево на вашем заднем дворе десятилетиями ведет подробные климатические записи.

Деревья могут жить сотни, а иногда и тысячи лет. За эту долгую жизнь дерево может испытать различные условия окружающей среды: влажные годы, засушливые годы, холодные годы, жаркие годы, ранние заморозки, лесные пожары и многое другое.

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

Годовое кольцо это слой древесины, образующийся в результате однолетнего роста древесного растения. Впервые этот способ был предложен Леонардо да Винчи. Он же высказал предположение что ширина колец зависит от метеорологических условий.^{Леонардо да Винчи, фото: 24tv}
Позже, в 19 веке, научными исследованиями ученых А. Н. Бекетова и Ф. Н. Шведова были подтверждены его предположения. А американские исследователи выявили взаимосвязь между особенностью рисунка на срезе и аномальными природными явлениями, сопоставив возраст растений и метеорологическую хронику на западе Северной Америки. Ученые выяснили, 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 вовсе.

"В идеальных условиях деревья растут быстро, оставляя после себя широкие годовые кольца" — Эрин Блейкмор, National Geographic, 8 июля 2019 г.^{Срез дерева с годичными кольцами, фото: involokolamsk}
С развитием исследований в экологии и учитывая важнейшую для человечества способность деревьев поглощать углерод из атмосферы для борьбы с глобальными изменениями климата, ученые задались вопросом: сколько углерода на самом деле поглощают деревья. Это вопрос, на который все еще нужно ответить, и данные годичных колец могут помочь, согласно новым исследовательским данным.

Расчет точной оценки количества углерода, который леса могут извлечь из атмосферы, имеет важное значение для глобального учета изменения климата — лидеры рассчитывают, что леса вернут на землю большую часть углерода, произведенного человеком. Но на самом деле способность лесов улавливать углерод не так очевидна, как может показаться на бумаге. В новом синтезе исследований Джастин ДеРоуз из Департамента ресурсов дикой природы и его коллеги со всей Северной Америки предложили альтернативную стратегию для устранения неопределенности расчета углерода, который леса могут улавливать, с использованием данных годичных колец деревьев с участков лесной инвентаризации.

Мировой океан, почвы и леса являются «поглотителями углерода» — они способны вытягивать из атмосферы больше углерода, чем в нее вкладывают. Страны во всем мире зависят от поглотителей углерода в общем подсчете его циркуляции для достижения чистых нулевых выбросов. Но сложная и деликатная экология этих систем все же несколько непредсказуема. Остаются вопросы о том, как именно леса будут реагировать на изменение климата и как рассчитать, что леса могут сделать, чтобы помочь достичь углеродного баланса.^{Как углерод выводится из атмосферы, фото: ecoportal}
Общее количество углерода, выводимого из атмосферы поглотителями углерода, традиционно оценивается путем определения разницы между антропогенными выбросами, количеством углерода в Мировом океане и уровнем атмосферных концентраций CO 2. Этот метод является косвенным. По словам ДеРоуза, дополнение этого косвенного расчета данными из существующих (и будущих) коллекций годичных колец деревьев может обеспечить прямую запись углерода, полученного отдельными деревьями и лесами, с точностью до года. И оттуда исследователи могут масштабироваться, чтобы оценить экономию углерода в масштабах всего леса и континента.

Существуют некоторые существующие данные о годичных кольцах деревьев из недавних кадастров, но требуется дополнительная работа, чтобы интерпретировать то, что эти данные предлагают применительно к поглощению углерода. По словам ДеРоуза, чтобы такая система заработала, сначала должно произойти несколько вещей.

Информацию о годичных кольцах вместе со сбором соответствующих данных о лесах можно было бы собирать на национальном уровне с помощью таких исследовательских программ, как Программа инвентаризации и анализа лесов США и других программ на национальном уровне. Исторически цель этих программ заключалась в том, чтобы понять изменения в лесах, но они также являются идеальным инструментом, помогающим ответить на вопросы об углеродных и климатических системах. Несмотря на то, что в ходе некоторых инвентаризаций были собраны образцы кернов деревьев, их дальнейший сбор во всех лесах потребует согласованных усилий.^{Строение ствола дерева, фото: fb}
«Нам нужно организоваться, — сказал ДеРоуз, — с более сплоченным, дальновидным подходом на национальном, континентальном и глобальном уровнях».

По словам ДеРоуза, данные годичных колец, собранные в ходе этих лесных инвентаризаций, предоставляют обширную информацию на уровне деревьев и участков. Создание систематической крупномасштабной выборки годичных колец может создать запись роста деревьев в пространстве и времени, от микрорайона до макросистемы и от лет до столетий, с дополнительными деталями, чтобы выявить факторы роста, связанные с окружающей средой и человеком.

«Добавление данных годичных колец к углеродному уравнению даст гораздо более детализированную и богатую картину того, как леса реагируют на изменение климатической системы», — сказал он.

Авторы исследования приводят доводы в пользу анализа годичных колец деревьев в рамках инвентаризации лесов по всей Северной Америке, с целью собрать воедино ключевые данные для количественной оценки и понимания того, как меняются леса и сколько углерода они могут удерживать, поскольку мир продолжает борьбу с глобальным изменением климата.^{Годичные кольца указывают на загрязнение окружающей среды в прошлом, фото: vunderkind}
Кроме этого существует ряд исследований в которых говорится о том, что изотопы водорода, углерода, кислорода и азота годичных колец деревьев, растущих в полевых условиях, могут указывать на последствия загрязнения в прошлом. Характерная тенденция представляет собой положительный сдвиг, обычно объясняемый закрытием устьиц, но экспериментальные исследования предполагают, что повышенная скорость карбоксилирования также может генерировать такие тенденции. Во многих случаях значения изучаемой дельты снижаются у деревьев, подвергшихся загрязнению, и имеют обратный многолетний тренд, совпадающий со значениями дельты при загрязнении. 

Как мы видим изучение годичных колец деревьев является показательным по нескольким важным параметрам для экологической науки. От того как человечество сможет мобилизовать свои научные знания, исследования и технологии, зависит сможем ли мы остановить глобальное потепление на уровне 1,5 градуса запланированном ООН.

Деревья — отличные хранители записей, они так много рассказывают нам о прошлом. Они также являются устойчивыми организмами, переживающими людей и животных. Некоторым из самых старых деревьев в мире тысячи лет, например, сосне щетинистой. Они пережили серьезные изменения окружающей среды, изменения климата и многочисленные исторические события. Есть деревья, стоящие сегодня, которые старше, чем истеблишмент этой страны.

Мы можем многому научиться у деревьев, но сначала мы должны их понять.