Научная загадка: как с помощью света узнать об изменении климата в лесах Арктики по годичным кольцам деревьев – не лишая их жизни

Лиственницы в Красноярском крае. Фото: Андрей Подкорытов / GeoPhoto

Группа исследователей из Сибирского федерального университета (СФУ, Красноярск) под руководством заведующего лабораторией комплексных исследований динамики лесов Евразии, кандидата биологических наук Альберто Арсака, предложила новый метод оценки влияния климата на леса Арктики. Вместо изучения ширины годичных колец на спилах деревьев (чем теплее лето, тем они шире) и сложного рентгеновского анализа плотности древесины, требующего ещё более тонких срезов (чем теплее, тем плотность выше), новаторы исследовали, как годичные кольца лиственницы отражают синий свет – но не на спилах дерева, а в тонких кернах: для исследования из ствола аккуратно извлекают трубочку древесины толщиной с карандаш. Сканирование кернов и анализ, сколько света в синем диапазоне спектра отражают разные участки годичного кольца, дают результат: чем темнее и плотнее древесина, тем меньше отражение. Этот метод позволяет заметить даже минимальные реакции деревьев на повышение температуры, не нанося им вреда, и поможет отслеживать текущее состояние лесов на территории российской Арктики, сообщает пресс-служба Российского научного фонда (РНФ). Результаты исследования, поддержанного грантом РНФ, опубликованы в журнале Agricultural and Forest Meteorology.

Настоящая хозяйка сибирских лесов, занимающая более 40% лесных территорий России – лиственница (род Larix). Именно она первой принимает на себя удар меняющегося климата: теплеющая Арктика и тающая мерзлота теснят её всё дальше на север и выше в горы. Чтобы понять, как поведут себя лесные массивы в будущем, биологи собрали в шести северных районах Сибири – от Урала до Якутии – образцы трёх основных видов лиственницы – сибирской, Гмелина и Каяндера, отличающихся друг от друга морозостойкостью. В лаборатории керны отсканировали и оценили ширину годичных колец деревьев и интенсивность синего цвета (с длиной волны около 400–500 нанометров) на разных участках каждого кольца. Результаты измерений сопоставили с данными о температуре в исследуемых районах Сибири с 1961 по 2020 год.

Оказалось, что интенсивность отражённого синего света менялась в пределах каждого годичного кольца: древесина, формирующаяся весной (ранняя), отличалась по плотности и цвету от древесины, образующейся летом и в начале осени (поздней). При этом разница между показателями синей интенсивности ранней и поздней древесины в каждом годичном кольце (названная дельтой синей интенсивности) зависела от того, насколько тёплым было лето в соответствующий год. Этот фактор выявлен для всех трёх видов лиственницы: растущие в разных местах деревья с разной морозоустойчивостью одинаково реагировали на холодные и тёплые годы. Учёные отметили, что с 1961 по 2020 год средняя летняя температура на исследованных территориях увеличилась на 1,5–2,5 °C в зависимости от района, и параллельно ей возросла измеренная авторами дельта синей интенсивности.

Авторы исследования подчёркивают, что зависимость интенсивности отражения синего света от температуры была более чёткой, чем зависимость ширины годичных колец от температуры. Это делает «световой» метод перспективным инструментом для изучения влияния климата на рост деревьев.

Альберто Арсак уточнил, что в дальнейшем исследовательская группа планирует проверить, насколько этот метод подходит для реконструкции климата с помощью других хвойных пород и в других регионах Сибири. В перспективе это позволит быстрее и проще получать информацию о состоянии северных лесов без громоздкого оборудования.

В работе принимали участие сотрудники Майнцского университета имени Иоганна Гутенберга (Германия), Кембриджского университета (Великобритания) и Института леса имени В. Н. Сукачева СО РАН (Красноярск). А синий свет на снимке древесного керна, подобно рентгену, становится надёжным свидетелем климатической истории Арктики, помогая биологам заглядывать в прошлое и прогнозировать будущее лесов, не нанося им ни малейшего вреда.