Возможности и ограничения реконструкции колебаний климата и баланса массы ледников на Тянь-Шане по дендрохронологическим данным
Ю.О. Юрина, О.Н. Соломина, В.Н. Михаленко, М.Г. Кунахович
Институт географии РАН, Москва
Приведены новые хронологии ели Шренка для верхней и нижней границ леса на хр. Терскей-Алатау, оценено влияние климатических факторов на ширину годичных колец и связь последних с составляющими баланса массы ледников.
Введение
Изучение природной обстановки прошлого для прогнозирования изменения окружающей среды в будущем — важнейшая задача современной науки. Применение аналитических методов для исследований природных процессов позволяет судить об изменениях климата и ландшафтов в прошлом. Один из таких методов — дендрохронология. Современные комплексные палеоклиматические реконструкции [8, 10, 13, 18] в значительной степени основаны на денд-рохронологических данных. В настоящий момент это наиболее надежные индикаторы температуры и осадков в высоких и средних широтах, имеющие годичное разрешение, которые могут служить продолжением серий метеорологических наблюдений и даже в какой-то степени заменять их в отдаленных и труднодоступных районах. Поскольку прирост древесины и баланс массы ледников частично зависят от одних и тех же параметров климата, естественно попытаться реконструировать ход составляющих баланса массы с использованием ширины и плотности годичных колец. В случае успеха это позволит продолжить короткие балансовые ряды, которые, в свою очередь, могут служить для независимой проверки палеокли-матических реконструкций.
История вопроса
Одна из первых попыток связать баланс массы ледников и параметры годичных колец принадлежит В. Ламаршу и Х. Фриттсу [15]. Они установили, что в Альпах баланс массы ледников и прирост колец регулируются одними и теми же климатическими факторами и нашли сходство между периодами наступаний ледников и шириной годичных колец сосны, начиная с 1800-х годов. Позже, К. Николусси [17] развил эту идею и реконструировал баланс массы ледника Хинтерайсфернер в Тироле, основываясь на хронологии ширины колец сосны с 1400 г. Э. Уотсону и Б. Лакману принадлежит реконструкция баланса массы ледника Пейто в Скалистых горах Канады за последние 350 лет (личное сообщение). Летний баланс массы они рассчитали на основе полученных по годичным кольцам кривым температуры и осадков, а зимний — по хронологиям, построенным для Аляски и Британской Колумбии, которые обнаружили связь с климатическими параметрами зимы в Скалистых горах Канады. Реконструированный таким образом
баланс массы ледников объясняет 40% изменчивости измеренного зимнего и летнего баланса. С. Ларок и Д. Смит [16] установили, что в Британской Колумбии приросту годичных колец гемлока способствуют высокие летние температуры и сухие теплые зимы, т.е. факторы, неблагоприятные для ледников. Корреляция между шириной колец и региональным индексом баланса массы ледников оказалась значимой и высокой (Я =-0,71). Выявленная линейная связь была использована для реконструкции баланса массы ледников этого района с 1600 г. Г. Педерсон с соавторами [19] реконструировал баланс массы ледников по ширине колец чувствительных к летней температуре образцов из национального парка Монтана в Скалистых горах в США и построенных на их основе хронологий и индексу тихоокеанской осцилляции, полученному ранее также по годичным кольцам [11]. Д. Овчинников [6] обнаружил связь между хронологиями максимальной плотности колец лиственницы сибирской, произрастающей в верхнем поясе гор Алтая, и абляцией ледника Актру и реконструировал значения последней. При этом связь абляции с плотностью колец оказалась теснее, чем с рядом летней температуры, измеренной на ближайшей метеорологической станции.
Таким образом, возможность реконструкции баланса массы ледников на основе дендрохронологии не только существует, но уже реализована во многих горных странах. Главная цель наших исследований — попытаться выявить подобные возможности для Тянь-Шаня.
Работы по созданию дендроклиматических реконструкций на Тянь-Шане начались еще в 1960-70-х годах и активно продолжались до начала 1990-х годов [1, 2, 4, 5]. Так, при исследованиях арчевников северного склона Алайского хребта К.Д. Мухамед-шин [4] обнаружил деревья-долгожители возрастом 1000 лет и более. Сопоставляя ширину годичных колец можжевельника, растущего вблизи верхней границы леса, с 15-летними рядами метеостанции Кара-гой, расположенной на высоте 2500 м, он установил, что эта ширина зависит от средней за июнь и июль температуры воздуха. Однако позже Д. Грэйбиллу с соавторами [12] не удалось выявить четкой зависимости прироста можжевельника от температуры и осадков в Киргизии, хотя было построено пять дре-весно-кольцевых хронологий продолжительностью
от 500 до 1000 лет для абсолютных высот 2500—3500 м и выполнены подробные геоэкологические исследования пробных площадей.
В начале 1980-х годов Н.М. Борщева [1, 2] провела детальные дендрохронологические работы в За-илийском Алатау, по результатам которых были построены дендрошкалы ели Шренка для четырех высотных уровней: 1400 м (нижняя граница произрастания вида), 2200 и 2600 м (экологический оптимум произрастания) и 2800 м (верхняя граница). Удалось установить, что в этом районе на ширину годичных колец и ранней древесины ели наибольшее влияние оказывает количество выпадающих осадков в предшествующий росту осенне-зимне-весенний период. В узких затененных долинах на прирост поздней древесины ели воздействует и летняя температура.
По результатам проведенных в 1986 г. О.Н. Соломиной и А.Ф. Глазовским [7] исследований на северном склоне хр. Терскей-Алатау, в долинах рек Ка-ракол, Чегедек, Чон-Джаргылчак и Тургень-Ак-су были обнаружены значимые статистические связи между приростом древесины ели Шренка и средней температурой лета — с отрицательным знаком, а также между индексами ширины колец и летними осадками — с положительным знаком. Установленная ранее связь с осадками холодного периода не подтвердилась. Был выведен так называемый «ледниковый индекс», который представляет собой погодичную сумму прироста деревьев на нижней границе леса и величин, обратных индексам прироста на верхних площадках. При совместном действии факторов, благоприятных для ледников, например, понижении летних температур и увеличении осадков, в преобразованных рядах — «ледниковых индексах» — будут возрастать по амплитуде максимумы, при неблагоприятных сочетаниях климатических условиях — усилятся минимумы.
В целом, несмотря на многолетние дендрохронологические исследования и попытки подойти к количественным реконструкциям баланса массы лед-
ников Тянь-Шаня с помощью годичных колец, эта проблема еще далека от решения. Однако наличие летнего и зимнего сигналов в приростах древесины, значимых также и для баланса массы ледников, дает основание для дальнейших поисков.
Материалы и методы
Мы смогли использовать дендрошкалы, построенные в 1970-80-х годах лишь в очень ограниченном объеме, так как многие из них нуждаются в повторном перекрестном датировании, а образцы, необходимые для этого, утрачены. Хронологии Н.М. Бор-щевой тщательно датированы, но сохранились также лишь в виде обобщенных хронологий, в то время как для анализа требуются оригинальные измерения отдельных образцов. Кроме того, с момента построения этих хронологий прошло почти 20 лет, и они нуждаются в обновлении и продолжении. В связи с этим для настоящего исследования в 2001—2003 гг. были отобраны образцы ели Шренка на северном склоне хр. Терскей-Алатау, в долинах рек Чон-Кы-зыл-су, Джууку, Барскаун, Кашка-су и Джукучак на верхней и нижней границах произрастания вида (табл. 1). В настоящей работе также использованы дендрохронологические данные по Заилийскому Алатау [1].
Образцы отобраны и проанализированы по стандартной методике, принятой в дендроклимато-логии [9, 20]. Они отбирались на территории с однородными орографическими, почвенными мезо- и микроклиматическими условиями. Выбранные площадки зафиксированы при помощи GPS и отмечены на карте. На площадках выбирали старые деревья, отдельно стоящие (чтобы исключить влияние фито-ценотических факторов), не угнетенные и не поврежденные.
Керны отбирались с двух сторон дерева буром Пресселера, угол между кернами составлял больше 90°. Ориентация по сторонам света была произвольной. Керны вклеивали в специальные контейнеры,
Таблица 1
Общие сведения о новых хронологиях ширины колец ели Шренка для северного склона хр. Терскей-Алатау
Название долины Абсолютная Номера Количество образцов,
и время отбора образцов высота* и количество образцов сведенных в шкалу
Джууку
9 сентября 2001 г.
Чон-Кызыл-су
10 сентября 2002 г.
Кашка-Су 10 сентября 2002 г.
Барскаун
16 июня 2003 г.
Джукучак
17 июня 2003 г.
3190-4170 / ВГЛ 2260-2330 / НГЛ
3150 / ВГЛ
3300 / ВГЛ
2870 / ВГЛ 2060 / НГЛ
2080 / НГЛ 2130 / НГЛ
1(1А)-4(4А) / 8 8(8А)-12 / 9
1-5 / 10
10-14 / 10
1-5 / 10 7-12 / 10
13-16 / 8 17-22 / 12
9 8
8 11
ВГЛ — верхняя граница леса, НГЛ — нижняя граница леса.
8
8
чтобы при последующей обработке они не сломались, затем их поверхность тщательно полировали наждачной бумагой до идеально ровного состояния, чтобы была видна клеточная структура древесины.
С помощью специального измерительного комплекса, состоящего из микроскопа и подвижного измерительного стола, измеряли ширину годичных колец, ранней и поздней древесины с точностью до 0,01 мм, которая автоматически фиксировалась компьютерной программой TSAP (Time Series & Analysis Presentation). Это помогает решить широкий спектр задач, связанных с анализом древесных кернов и спилов.
Затем при помощи программы COFECHA [14] было проведено абсолютное датирование каждой серии, что позволяет выявлять выпадающие и ложные кольца и определять их точное местонахождение в пределах календарной шкалы времени. В программе ARSTAN [14] выполнено индексирование древесно-кольцевых серий и построены хронологии. Индексирование в дендрохронологии позволяет сравнивать различные древесно-кольцевые серии, устраняя колебания неклиматической природы, связанны
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.