Позначки часу – природні свідки минулого

Ще декілька століть до нової ери існували календарі ацтеків, майя, єгиптян, пізніше – германців і слов’ян. Незалежно від того, на чому відбивали дати – на глині, камінні чи дереві, від точки відліку, від вигляду знаків – паличок, хрестиків чи трикутників, за тими календарями можливо було вчасно здійснювати певні господарські заходи відповідно до сезонних змін. Майже з перших днів перебування на безлюдному острові Робінзон Крузо почав щодня робити зарубки на стовпі. Цей календар, який він підтримував упродовж 28 років, допомагав йому не тільки вчасно підготуватися до сезону дощів чи інших циклічних природних явищ, але й узагалі зберегти обличчя цивілізованої людини.

Природні явища є дійсно циклічними: у помірному кліматі закономірно змінюють один одного зима, весна, літо і осінь (ЛВ №2–3, 2020), а у тропічному – сезон дощів помітно відрізняється від решти року.

Якщо людина пристосовувалася до зміни пір року, зокрема веденням календарів, то багато рослин і тварин «на собі» реєстрували й реєструють такі зміни.

Річні кільця тварин утворюються у кістках, які ростуть безперервно, але піддаються змінам температури під час зміни сезонів року. Це – раковини молюсків, роги звірів, дзьоби птахів, плоскі кістки черепів земноводних, плазунів і риб, кігті, тонкі кістки ссавців і птахів, зуби і плавники деяких риб.

Так, на кістках ссавців чергуються ділянки з різним вмістом кальцію

На кістках хребетних холоднокровних тварин (риб, амфібій і рептилій) у теплий період року утворюються широкі зони, а під час зимової сплячки – темні й вузькі (так звані лінії склеювання). Для вивчення вікової структури популяції змій (так званий метод скелетохронології) ростові шари підраховують на зубах або на кістках черепа. З метою оцінювання спроможності жаб підтримувати самовідновлення в окремих водоймах річні кільця підраховують і вимірюють на відрізаній фаланзі пальця (після дезінфекції рани жабу повертають у водойму).

На лусці риб протягом року утворюються два шари валиків і впадин – великий і маленький. Широке світле кільце відповідає періоду активного росту риби, а темне вузьке – осінньо-зимовому періоду, коли риба знаходиться у холодній воді практично без їжі. У перший рік лусочка – це прозора пластинка. Наступного року під нею утворюється друга пластинка, яка заходить за край першої, тобто вся луска нагадує багатошаровий пиріг, коли зверху – найменша (найстаріша) лусочка, а знизу – найбільша (наймолодша).

Вік окуня, миня або вугра визначають за плоскими кістками, а осетрових та сома – за великими променями спинних плавників. Кільця утворюються також на зябрових кришках і товстих променях грудних плавників навіть у риб, що не мають скелету.

Річні кільця мають також гриби з багаторічними плодовими тілами. Так, у трутовика несправжнього щороку утворюється новий трубчастий спороносний шар, тоді як старі шари заростають гіфами, дерев’яніють і залишаються у вигляді валиків на плодовому тілі гриба.

І нарешті як багаторічні рослини, річні кільця мають дерева. Це помічали ще стародавні лісоруби та мисливці, пастухи та солдати. Кожне річне кільце є результатом ділення клітин камбію впродовж одного вегетаційного періоду. У хвойних і кільцесудинних порід помірної зони (дуба, ясена, в’яза) річні кільця добре видно, оскільки відрізняється анатомічна будова трахеїд і судин, які камбій утворює на початку та в кінці вегетаційного періоду. У розсіяносудинних порід (берези, осики, вільхи, липи, клена) кільця розрізняти важче.

Річні кільця дерев вивчає дендрохронологія, яка дає змогу дізнатися, в який рік відбулося те чи інше явище. Засновником дендрохронології вважається Е. Дуглас, який першим застосував перехресне датування під час дослідження старовинних споруд індіанців (пуебло). У кінці ХІХ століття він помітив, що кільця дерев стають тоншими в посушливі роки та виявив кореляцію між шириною річних кілець дерев і циклами сонячної активності.

Датування об’єктів дуже важливе також у палеонтології, етнографії та болотознавстві.

Великомасштабне датування здійснюють за геологічними відкладеннями в осадових породах, сапропелями озер, коралами, глинами, прошарками льодовиків. У кожному шарі відрізняються хімічні та фізичні властивості, присутність тих чи інших окам’янілих стародавніх рослин і тварин. За такими шарами побудована відносна геохронологічна шкала, яка дає змогу визначати відкладення різних епох. Водночас така шкала позначає не абсолютні дати, а лише приуроченість певних організмів або явищ до певних ер, періодів чи епох.

Детальне датування можливе лише за допомогою дендрохронологічного аналізу. Основними завданнями дендрохронології є: датування річних кілець і екологічних явищ у минулому; вивчення впливу екологічних чинників на приріст деревини, структуру річних шарів та їхній хімічний склад; аналіз зазначеної інформації для визначення кількісних характеристик умов навколишнього середовища в минулому. Зокрема за одержаними дендрошкалами можливо визначити дату рубки дерева, пошкодження пожежею, коливання рівня ґрунтових вод тощо.

 

Зв’язок між кліматичними показниками та шириною річних кілець дерев помітив ще Леонардо да Вінчі у XV столітті. Пізніше в багатьох регіонах статистично підтверджено залежність індивідуальної структури кожного річного кільця від температури та умов зволоження навколишнього середовища, а також від доступності поживних речовин. Тому клітинна структура окремих шарів приросту не є однаковою.

Для використання річних кілець дерева як джерел інформації про кліматичні умови минулого необхідно визначити рік утворення кожного кільця. Це завдання вирішують шляхом перехресного датування. Приріст дерев, які ростуть у межах однорідного за кліматом регіону, однаково реагує на зміни кліматичних чинників, що його лімітують: у сприятливі для росту роки формуються широкі кільця, а у несприятливі – вузькі. Такі зміни синхронні у межах регіону й проміжку часу та є унікальними. Таким чином можливо датувати деревину дерев, що збереглася як сухостій, сушняк, колоди, поховану в торф’яних, річкових, озерних, морських відкладеннях, а також у викопних об’єктах (археологічній деревині).

Такі хронології важливі також для реконструкції динаміки лісових екосистем і умов середовища в далекому минулому. Що більший часовий інтервал перекриття і тривалість індивідуальних хронологій та що вища чутливість серій кілець, то легше здійснювати перехресне датування й подовжувати хронології вглиб віків.

Ширина річних кілець залежить від кліматичних чинників, зокрема від температури та відносної вологості. Тому атмосферні умови в різні періоди історії можливо визначити за річним кільцями. Зв’язки між шириною річних кілець дерев і минулими кліматичними умовами вивчає дендрокліматологія. За такими зв’язками можливо прогнозувати майбутні тенденції зміни продуктивності деревостанів. Так, існують насадження віком до 4000 років, окремі дерева – до 6000 років. Спряженим вивченням радіального приросту цих дерев, а також залишків відмерлих екземплярів, можливо подовжити дендрошкалу на 10 000 років.

Зазвичай у дереві утворюється одне кільце на рік. У випадку приморозків, тимчасових посух, осіннього відновлення росту можливе утворення одного чи декількох додаткових «несправжніх» кілець. Вони відрізняються від справжніх поступовим переходом між клітинами пізньої деревини несправжнього кільця й наступною зоною типової ранньої деревини.

Ширина кільця залежить від виду та віку дерева. З віком приріст спочатку збільшується, а потім зменшується. Кільця дерев порослевого походження ширші, ніж насіннєвих. У рік плодоношення річні шари можуть бути вдвічі меншими. Кільця освітленого дерева ширші з боку освітлення, на узліссі – вужчі до лісу. Приріст дерев залежить від їхнього положення в деревостані та мікроумов. Так, в умовах одного деревостану панівні дерева часто не змінюють свого класу росту та є найбільш придатними для аналізу динаміки приросту. У жорстких умовах виростання іноді річні кільця «випадають», тобто відсутні у певній частині або на всій окружності стовбура. В таких умовах кільця дерев вузькі. Приріст дерев різко підсилюється після проріджування або осушення (у вологих умовах). У густому деревостані зменшується річний приріст і змінюється його співвідношення у стовбурі та гілках. Це пояснюється відмінностями мікроклімату на різній висоті стовбура та пов’язаними з ними термінами росту камбію – в умовах жорсткої конкуренції в нижній частині стовбурів тривалість розвитку камбію менша. Панівні дерева швидше ростуть і мають більшу тривалість сезону росту.

Вплив комах-хвоєлистогризів на ріст дерев не є однозначним. Одні види живляться хвоєю минулого року, інші – поточного року, одні навесні, інші в кінці літа, а треті – і навесні, і влітку. Реакція приросту на об’їдання комахами виявляється насамперед у верхній частині стовбура, а пізніше у нижній. Осіннє об’їдання хвої комахами відбивається на прирості наступного року.

Зважаючи на широке варіювання абсолютних значень радіального приросту, для його порівняння в різних умовах розраховують індекси ширини річних кілець як частку приросту кожного року від середнього згладженого значення.

На відміну від дерев помірного клімату, у тропіках відсутні зміни сезонів року. Хоча багато тропічних дерев не мають річних кілець, все ж для близько 200 видів дерев вони утворюються. Серед них така цінна порода, як тикове дерево (Tectona grandis), формує кільця внаслідок нерівномірного росту в різні пори року. Раніше вік тропічних дерев визначали за допомогою ізотопів кисню та вуглецю. Останнім часом за допомогою рентгенівських променів у деревині цих дерев визначають вміст кальцію, який дерева поглинають під час найбільшого сезонного росту.

Вивчення закономірностей радіального приросту дерев набуває особливого значення у зв’язку зі зміною клімату, яка триває останні десятиріччя. В УкрНДІЛГА близько 30 років дендрокліматичні дослідження здійснює провідний науковий співробітник лабораторії екології канд. с.-г. наук Ірина Коваль. Зразки деревини (керни) відбирають за допомогою прирістного бурава, а потім вимірюють ширину кілець на спеціальному обладнанні.

Накопичені дані стосовно динаміки радіального приросту найбільш поширених деревних порід (дуба, сосни, ясена, берези, клена, гіркокаштана) у Поліссі, Лісостепу та Степу й проаналізовані у зв’язку з показниками температури повітря, кількості опадів, відносної вологості й рівнем ґрунтових вод. Встановлено, що у Поліссі дуб краще адаптувався до зміни клімату, ніж ясен. Найбільшою мірою обмежують радіальний приріст обох порід підвищення температури в період вегетації, рано навесні та взимку, а також збільшення кількості опадів протягом холодного періоду. Якщо в 1960–1988 рр. виявлено позитивний вплив зимових і ранньовесняних температур на радіальний приріст дуба, то у 1989–2013 рр. значне підвищення цих температур призвело до зменшення радіального приросту, причому дубові насадження в Поліссі більше потерпали від теплих зим, ніж у Лісостепу. При цьому впродовж другого періоду в обох зонах втрачено позитивний вплив кількості опадів на радіальний приріст дуба у насадженнях.

У Лісостепу для 1960–1988 рр. був характерним позитивний вплив літніх температур на радіальний приріст сосни, а у 1988–2016 рр. збільшення літньої температури обмежувало приріст. Виявлено відмінності в реакції здорових і уражених хворобами дерев на кліматичні чинники, а також особливості реакції дерев на такі чинники після пожежі. Можливості використання здобутків дендрохронології та дендрокліматології у прогнозі продуктивності та життєздатності лісів, а також у накопиченні вуглецю ще можуть бути повніше використані найближчим часом.

В. Л. Мєшкова,
завідувачка лабораторії захисту лісу УкрНДІЛГА
професор, д-р с.-г. наук

Статтю опубліковано в журналі «Лісовий вісник», 2021. №4-5, с.12-15