Как раскрывают тайны прошлого и узнают будущее по древесным кольцам
Годичные кольца на срезе ствола дерева помогают установить причины успехов Чингисхана, с точностью до года датировать постройку древних сооружений и даже сделать прогноз по изменению климата на Земле на ближайшие сотни лет.
Что позволяет ученым читать расходящиеся по древесине круги как открытую книгу?
Широкое кольцо означает дождливый год, а тонкое — засуху. Кольца деревьев могут рассказать не только о конкретном дереве, но и о многом другом: снежном покрове, перепадах температуры, лесных пожарах, глобальном изменении климата, вспышках на Солнце и даже об аварии на Чернобыльской АЭС. Древесные кольца дают важные подсказки климатологам, гидрологам, экологам, историкам, археологам, искусствоведам. Например, деревянные узоры в скрипке, созданной Антонио Страдивари (стоимостью около $20 млн), выдают не только ее возраст, но и географическое происхождение. Дендрохронологический анализ позволил точнее датировать картины немецких и нидерландских художников XV–XVI веков.
Сравнивая срезы деревьев, ученые составили обширную базу данных по дендрохронологии и создали абсолютную дендрохронологическую шкалу дерева. Теперь, сверяясь с этими данными, они могут достаточно точно датировать археологические находки из дерева, а также прослеживать изменения климата в прошлом и даже раскрывать преступления, связанные с незаконной вырубкой леса. Расскажем о нескольких самых ярких открытиях.
Событие Мияке
Восемь лет назад в дендрохронологии произошла сенсация — по срезу одного из старейших деревьев планеты были зафиксированы резкие скачки уровня радиоуглерода в атмосфере Земли, которые произошли в 774 и 993 годах. Явление получило название «событие Мияке» в честь японской девушки Фусы Мияке, которая на момент открытия была никому не известной аспиранткой и упоминалась первой в статье, удивившей мир в июне 2012 года. Мияке и ее коллеги из Нагойского университета в Японии изучали годичные кольца 1800-летнего кедра, применяя метод ускорительной масс-спектрометрии (AMS) и отслеживая активность углерода-14 в каждом из колец с 750 по 820 год. В кольце, относящемся к 775 году, они заметили небывалый скачок. Не в силах его объяснить, японцы написали в отчете: «Мы утверждаем, что ни солнечная вспышка, ни сверхновая звезда, по всей видимости, не были за это ответственны».
Объяснение этому феномену сразу бросились искать ученые всего мира: астрономы, радиобиологи, геофизики, историки и гляциологи, а дендрохронологи стали искать следы «события Мияке» на других старых деревьях. В том же году подтвердилось, что скачок действительно был, и мощнейший: он запечатлен в годичных кольцах дуба из Германии, лиственницы с Ямала, сосны из Калифорнии и других деревьев.
Но что же это было? Может быть, вспышка сверхновой звезды или падение на Землю кометы? Физики провели свои расчеты и успокоили ученый мир: скачок углерода-14 в атмосфере такой интенсивности все-таки может быть объяснен солнечной вспышкой. И это, по всей видимости, самая сильная вспышка на Солнце за последние тысячи лет!
В 2013 году аспирантка Фуса Мияке с двумя соавторами сообщила еще об одном аналогичном, но чуть меньшем скачке радиоуглерода — в 993 году. Историки быстро нашли упоминания о красных полярных сияниях, которые наблюдали люди во время обнаруженных «событий Мияке».
А недавно было проведено глобальное международное исследование, которое нашло след вспышек 774 и 993 года на годичных кольцах старых деревьев с пяти материков. Попутно исследователи из США и Китая отыскали еще несколько «событий Мияке» в прошлом, но не таких ярких, как описала прославившаяся на века японка-аспирантка.
История одной из древнейших крепостей России
Теперь, когда у дендрохронологов появилась ярчайшая метка на годичных кольцах деревьев, открытия стали сыпаться одно за другим. В частности, благодаря «событию Мияке» сотрудники географического факультета МГУ смогли определить точный возраст глинобитной крепости Пор-Бажын в Республике Тыва и даже установить ее предназначение. Эти древние развалины на острове Тере-Хол давно будоражили ученых своей нетронутостью: при раскопках было очевидно, что необычная крепость после завершения строительства совсем не использовалась. Но почему?
Для радиоуглеродного анализа исследователи взяли спилы трех стволов лиственницы, которые были замурованы в основании глинобитных стен Пор-Бажына. В третьем от коры кольце со спила они нашли «событие Мияке». Дальнейшее изучение самого молодого кольца на клеточном уровне позволило ученым определить, что дерево было срублено летом. Так стало понятно, что начало строительства крепости пришлось на лето 777 года. Дальше оставалось только добавить к этому факту исторический подтекст, и «биография» постройки стала совершенно ясна.
«В 779 году случился антиманихейский переворот, в ходе которого правитель был убит. По комплексу данных было высказано предположение, что назначение комплекса было не оборонительным, как считалось ранее, а культовым: это был манихейский монастырь. Если монастырь был построен накануне переворота, то прежние правители им просто не успели воспользоваться, а новым он был уже не нужен — так объясняется главная загадка Пор-Бажына, отсутствие следов его использования», — подытожил профессор географического факультета МГУ, заместитель директора Института географии РАН Андрей Панин.
Причина успехов Чингисхана
Кольца деревьев задокументировали поворотные моменты в истории человечества. Например, благодаря им стало известно, что 1211–1225 годы были богаты дождями. По версии дендроклиматолога из Аризонского университета Валери Труэ, «влажные» годы могли опосредованно привести к расширению Монгольской империи: многочисленные кони армии Чингисхана получали достаточно корма для удачного похода и активных боевых действий.
Сама Валери Труэ многие годы ведет охоту на самые старые деревья с целью получить данные о климате прошлого. По древесным кольцам она обнаружила периоды средневековой засухи в Северной Африке, которые напрямую связаны с так называемым Североатлантическим колебанием — феноменом перераспределения атмосферных масс между Арктикой и субтропической Атлантикой, что привело к аномальному потеплению в средневековой Европе. В 2015 году вместе с коллегами Труэ доказала, что снежный покров в калифорнийской Сьерра-Неваде в 2015 году находился на самом низком уровне за последние 500 лет. Засуха была такой, что губернатору штата Калифорния пришлось впервые в истории вводить ограничения на употребление воды. Пострадали 98% жителей. О череде открытий ученых, сделанных по годичным кольцам деревьев, Валери Труэ рассказывает в научно-популярной книге «История дерева». 
Абсолютная шкала времени
Повторяемость изменений в приросте деревьев подобна повторяемости в активности Солнца. Одним из первых это заметил профессор физики Одесского университета Федор Шведов: он сопоставлял ширину годичных колец и количество осадков в 1881 году, а через десять лет опубликовал свои наблюдения в журнале «Метеорологический вестник».
Дендрохронологией первым занялся американский астроном Эндрю Дуглас, директор обсерватории Аризонского университета. На рубеже XIX–XX веков он начал собирать базу колец деревьев, пытаясь найти в них закономерности и построить временную шкалу. В числе его заслуг датировка деревянных балок из руин древних пуэбло (поселений одноименного индейского племени) на юго-западе США: с X по XIV век.
В дальнейшем последователям Дугласа удалось построить абсолютные дендрохронологические шкалы, уходящие на тысячи лет назад. Например, для США история ведется по сосне остистой, которая произрастает в Белых горах (самому древнему дереву 4600 лет). Используя перекрестное датирование этой породы, американский специалист Чарльз Фергюсон смог создать шкалу, охватывающую более 7000 лет. И с ней до сих пор сверяются специалисты всего мира.
Изменения климата и прогнозы
Российские дендрохронологи О. А. Поморцев, Е. П. Кашкаров, Н. В. Ловелиус использовали данные сосны остистой для восстановления температурного режима за 7000 лет и обнаружили, что погодные аномалии повторяются с определенной периодичностью. Они выявили 2600-летний ритм с характерными изменениями климата: вначале наблюдается уменьшение тепла и влаги, затем нарастание холода и сухости и, наконец, новая волна роста увлажненности при господстве холодных условий. В статье 2015 года они дали прогноз на будущее: «Впереди нас ждет затяжной "водный" период с господством тайфунов, наводнений и мягких зим. Он растянется на 800 лет и будет чередоваться вековыми волнами потеплений-похолоданий на границах и внутри столетий. Наибольшее потепление Арктики в текущем 2600-летнем ритме можно ожидать около 2200 года. Оно будет меньше современного, но уровень Каспия останется на –28-метровой отметке. Закончится "водный" период резким похолоданием Арктики между 2500–2600 годами и повышением уровня Каспия до –27–26 м». Они отметили, что 2600-летний ритм отбивается по шкале Фергюсона с математической точностью.
Ранее о методах работы с древесными кольцами каналу «Наука» рассказывал основатель научной школы дендроиндикации природных процессов и антропогенных воздействий, доктор биологических наук Николай Ловелиус.
Текст: Евгения Шмелева