Річні кільця дерев: використання даних річних кілець для розрахунку зв'язування вуглецю

Якщо ви подивіться у вікно, ви зможете сказати, чи зараз йде дощ чи сонце, але це мало що говорить про клімат вашого регіону — про середні погодні умови в цьому районі за тривалий період часу (30 років і більше). Але це велике дерево на вашому задньому дворі десятиліттями веде докладні кліматичні записи.

Дерева можуть жити сотні, деякі іноді тисячі років. За це довге життя дерево може випробувати різні умови довкілля: вологі роки, посушливі роки, холодні роки, спекотні роки, ранні заморозки, лісові пожежі та багато іншого.

Якщо ви коли-небудь бачили пень, ви, ймовірно, помітили, що на його вершині є ряд концентричних кілець. Ці кільця можуть сказати нам, скільки років дереву та яка погода була протягом кожного року життя дерева. Світлі кільця представляють деревину, що виросла навесні та на початку літа, а темні кільця представляють деревину, що виросла наприкінці літа та восени. Одне світле кільце плюс одне темне кільце дорівнює одному року життя дерева.

Річне кільце це шар деревини, що утворюється в результаті однорічного зростання деревини. Вперше цей спосіб було запропоновано Леонардо да Вінчі. Він же висловив припущення, що ширина кілець залежить від метеорологічних умов. ^{Леонардо да Вінчі, фото: 24tv}
Пізніше, у 19 столітті, науковими дослідженнями вчених А. Н. Бекетова та Ф. Н. Шведова були підтверджені його припущення. А американські дослідники виявили взаємозв'язок між особливістю малюнка на зрізі та аномальними природними явищами, зіставивши вік рослин та метеорологічну хроніку на заході Північної Америки. Вчені з'ясували, що деревця, що починають своє життя у весняний період мають візерунок з річних кілець, що помітно відрізняється від тих, що зароджувалися восени. Вважають, що кожному кільцю відповідає один рік життя. Але в процесі досліджень вчені з'ясували, що деякі дерева мають несправжні річні кільця, а в інших їх немає зовсім.

"В ідеальних умовах дерева ростуть швидко, залишаючи після себе широкі річні кільця" - Ерін Блейкмор, National Geographic, 8 липня 2019 р.  ^{Зріз дерева з річними кільцями, фото: involokolamsk}
З розвитком досліджень в екології та враховуючи найважливішу для людства здатність дерев поглинати вуглець з атмосфери для боротьби з глобальними змінами клімату, вчені порушили питання: скільки вуглецю насправді поглинають дерева. Це питання, на яке все ще потрібно відповісти, і дані річних кілець можуть допомогти, згідно з новими дослідженнями.

Розрахунок точної оцінки кількості вуглецю, який можуть поглинати ліси з атмосфери, має важливе значення для глобального обліку зміни клімату — лідери розраховують, що ліси повернуть на землю більшу частину вуглецю, виробленого людиною. Але насправді здатність лісів вловлювати вуглець не така очевидна, як може здатися на папері. У новому синтезі досліджень Джастін ДеРоуз з Департаменту ресурсів дикої природи та його колеги з усієї Північної Америки запропонували альтернативну стратегію для усунення невизначеності розрахунку вуглецю, який ліси можуть уловлювати, з використанням цих річних кілець дерев із ділянок лісової інвентаризації.

Світовий океан, ґрунти та ліси є «поглиначами вуглецю» — вони здатні поглинати з атмосфери більше вуглецю, ніж вкладають. Країни в усьому світі залежать від поглиначів вуглецю у загальному підрахунку його циркуляції задля досягнення чистих нульових викидів. Але складна і делікатна екологія цих систем все ж таки дещо непередбачувана. Залишаються питання про те, як ліси будуть реагувати на зміну клімату і як розрахувати, що ліси можуть зробити, щоб допомогти досягти вуглецевого балансу. ^{Як вуглець виводиться із атмосфери, фото: ecoportal}
Загальна кількість вуглецю, що виводиться з атмосфери поглиначами вуглецю, традиційно оцінюється шляхом визначення різниці між антропогенними викидами, кількістю вуглецю у Світовому океані та рівнем атмосферних концентрацій CO2. Цей метод є непрямим. За словами ДеРоуза, доповнення цього непрямого розрахунку даними з існуючих (та майбутніх) колекцій річних кілець дерев може забезпечити прямий запис вуглецю, отриманого окремими деревами та лісами, з точністю до року. І звідти дослідники можуть масштабуватись, щоб оцінити економію вуглецю в масштабах всього лісу та континенту.

Існують деякі відомі дані про річні кільця дерев з недавніх кадастрів, але потрібна додаткова робота, щоб інтерпретувати те, що ці дані пропонують стосовно поглинання вуглецю. За словами ДеРоуза, щоб така система запрацювала, спочатку має статися кілька речей.

Інформацію про річні кільця разом зі збором відповідних даних про ліси можна було б збирати на національному рівні за допомогою таких дослідницьких програм, як Програма інвентаризації та аналізу лісів США та інших програм на національному рівні. Історично мета цих програм полягала в тому, щоб зрозуміти зміни в лісах, але вони також є ідеальним інструментом, що допомагає відповісти на питання про вуглецеві та кліматичні системи. Незважаючи на те, що в ході деяких інвентаризацій було зібрано зразки кернів дерев, їх подальший збір у всіх лісах вимагатиме узгоджених зусиль. ^{Будова стовбура дерева, фото: fb}
«Нам треба організуватися, — сказав ДеРоуз, — з більш згуртованим, далекоглядним підходом на національному, континентальному та глобальному рівнях».

За словами ДеРоуза, дані річних кілець, зібрані під час цих лісових інвентаризацій, надають велику інформацію на рівні дерев та ділянок. Створення систематичної великомасштабної вибірки річних кілець може створити запис зростання дерев у просторі та часі, від мікрорайону до макросистеми та від років до століть, з додатковими деталями, щоб виявити фактори зростання, пов'язані з навколишнім середовищем та людиною.

"Додавання цих річних кілець до вуглецевого рівняння дасть набагато більш деталізовану і багату картину того, як ліси реагують на зміну кліматичної системи", - сказав він.

Автори дослідження наводять докази на користь аналізу річних кілець дерев у рамках інвентаризації лісів по всій Північній Америці, з метою зібрати ключові дані для кількісної оцінки та розуміння того, як змінюються ліси і скільки вуглецю вони можуть утримувати, оскільки світ продовжує боротьбу з глобальною зміною клімату. ^{Річні кільця вказують на забруднення навколишнього середовища в минулому, фото: vunderkind}
Крім цього існує ряд досліджень, у яких йдеться про те, що ізотопи водню, вуглецю, кисню та азоту річних кілець дерев, що ростуть у польових умовах, можуть вказувати на наслідки забруднення в минулому. Характерна тенденція є позитивним зрушенням, зазвичай пояснюється закриттям продихів, але експериментальні дослідження припускають, що підвищена швидкість карбоксилювання також може генерувати такі тенденції. У багатьох випадках значення дельти, що вивчається, знижуються у дерев, що зазнали забруднення, і мають зворотний багаторічний тренд, що збігається зі значеннями дельти при забрудненні.

Як бачимо вивчення річних кілець дерев є показовим за кількома важливими параметрами екологічної науки. Від того, як людство зможе мобілізувати свої наукові знання, дослідження та технології, залежить чи зможемо ми зупинити глобальне потепління на рівні 1,5 градуса запланованому ООН.

Дерева — чудові зберігачі записів, вони так багато розповідають нам про минуле. Вони також є стійкими організмами, що переживають людей та тварин. Деяким із найстаріших дерев у світі тисячі років, наприклад, сосна щетиниста. Вони пережили серйозні зміни довкілля, зміни клімату та численні історичні події. Є дерева, що стоять сьогодні, які старші за істеблішмент цієї країни.

Ми можемо багато чого навчитися у дерев, але спочатку ми повинні їх зрозуміти.