Изменения роста сосны в северо-восточной Европе за 600 лет Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

ПРИРОДНАЯ СРЕДА

УДК 630.5 ББК 43.4

Н.В. Ловелиус

ИЗМЕНЕНИЯ РОСТА СОСНЫ В СЕВЕРО-ВОСТОЧНОЙ ЕВРОПЕ ЗА 600 ЛЕТ

Анализ изменений прироста сосны за 629 пет дал возможность проследить относительные изменения продуктивности сосновых лесов в северо-восточной Европе, определить соотношение температуры и осадков, циркуляции атмосферы, солнечной и геомагнитной активности в годы противоположных аномалий прироста сосны. Получены новые представления о колебаниях прироста сосны в эпохи чётных и нечётных максимумов и минимумов 11-летних циклов солнечной активности.

Ключевые слова:

геомагнитная активность, годичные кольца, метод наложенных эпох, отклонения прироста, прирост сосны, продуктивность сосны, репер, солнечная активность, условия среды, факторы среды, циркуляция атмосферы.

Анализу прироста хвойных в Европейской части России и сопредельных территориях посвящено большое количество публикаций, но их анализ не входит в задачу этой работы. При выполнении международного проекта 4-х стран (России, Финляндии, Швеции и Эстонии) «Леса Северной Европы» автором совместно с Юко Мерилайненом (Финляндия) по материалам живых деревьев была получена наибо-

лее продолжительная серия годичных колец сосны обыкновенной (Pinus sylvestris), произрастающей на северо-востоке Европы, равная 629 годам. Керны модельных деревьев брались в двух районах в сосняках черничниках.

На этой продолжительной серии годичных колец, полученной в процессе измерений и статистической обработки на современнной аппаратуре в Лаборатории университета Юэнсу в Саванли-не (Финляндия), представилась возможность выделить отдельные годы и периоды аномальных изменений прироста сосны с 1372 по 1999 гг. (рис. 1).

Обращает на себя внимание ритмический характер прироста, величина которого колеблется от 0,33 до 1 мм. Самыми суровыми были условия произрастания деревьев в начале XVII в., к числу периодов с минимальными приростами относятся датированные 1469, 1679, 1819 годами. Автором ранее была датирована гибель леса на верхней границе в горах Путорана во второе десятилетие начала XIX в. ([1-4] и др). Среди оптимальных периодов для роста сосны выделяются

Рис. 1. Дендрограмма сосны, произрастающей на северо-востоке Европы (с о. Ряжков и Северной Финляндии) 1372-1999 гг.

Среда обитания

Terra Humana

периоды 1419, 1499, 1759, 1929 гг. Расчёты средних приростов сосны по десятилетиям и столетиям дали возможность представить изменение продуктивности сосны за 600 лет в отклонениях от среднего прироста за весь ряд измерений (рис. 2).

Диапазон колебаний продуктивности сосновых лесов в северо-восточной Европе колеблется от 76,3% в XVII в. до 114,9% в

Рис. 2. Изменение продуктивности лесов в северо-восточной Европе в XV-XX вв. (в отклонениях от среднего за 600 лет).

Рис. 3. Температура воздуха в Хельсинки накануне и в годы аномально больших (1) и малых (2) приростов сосны на северо-востоке Европы с нарастающим итогом.

°с

57,5 1 .

//

37,5 - \ ' \ \ \ \

27.5 17.5 7,5 накануне ^ ««■ месяцы И Г // // 1 и ■ j в годы аномалий

-2,5 --12,5 - 1^3 5 Чг/ i 9 11 13 15 11І 19 21 23 К /J 'Л. У' vry

22,5 III III

Рис. 4. Температура воздуха в Санкт-Петербурге накануне и в годы аномально больших (1) и малых (2) приростов сосны на северо-востоке Европы. С нарастающим итогом.

XV в. Такая генерализация данных совпадает с установленными ранее периодами активного наступления ледников в Альпах и началом деколонизации Гренландии.

Для определения оптимальных и песси-мальных условий среды, при которых происходит формирование годичных колец, выделены две группы дат с отклонениями прироста: больше 121% и меньше 78%. Для них взяты средние месячные характеристики факторов среды накануне и в годы аномальных приростов. В группу больших приростов вошли 1897-1898, 1900-1901,

1914—1915, 1963-1964, а в группу малых величин прироста в включены — 1902—1903, 1910— 1911, 1928—1929, 1945—1946, 1968—1969 гг. Выполнение выборок факторов среды за 24 месяца позволяет проследить их изменение накануне и в годы аномалий в периоды вегетации и относительного покоя деревьев. Такие выборки выполнены для средних месячных температур воздуха по м.с. Хельсинки (рис. 3) и Санкт-Петербург (рис. 4).

Анализ распределения температуры в Хельсинки и Санкт-Петербурге показывает почти абсолютное сходство в их внутригодовом распределении, но значительно большие амплитуды колебаний наблюдаются в Санкт-Петербурге.

По распределению осадков в Санкт-Петербурге (рис. 5) хорошо прослеживается отрицательное влияние избытка осадков в течение всего года и особенно в августе, как накануне, так и в годы аномалий.

В распределении температуры воздуха и атмосферных осадков определённый вклад вносит циркуляция атмосферы. Анализ её характеристик выполнен по типизации Б.Л. Дзердзеевско-го, рассчитанным для 4-х групп проф. А.Ю. Ретеюмом (МГУ). Обработка данных по повторяемости (дни) накануне и в годы противоположных аномалий выполнена в той же последовательности, как других метеорологических элементов. В число 4-х групп вошли: 1) Зональная группа циркуляции (ЭЦМ 1а—2в), 2) Группа нарушения зональности (ЭЦМ 3—7бл), 3) Меридиональная северная группа циркуляции (ЭЦМ 8а—12г), 4) Меридиональная южная группа циркуляции (ЭЦМ 13з и 13л). По повторяемости этих типов циркуляции

за год до и в год аномальных приростов построены графики, позволяющие определить их воздействие на формирование

благоприятных и отрицательных условий произрастания сосны.

На рис. 6 приведены расчёты повторяемости (дни) зональной группы циркуляции. По ходу кривых и положению трендов хорошо прослеживается отрицательное влияние на прирост сосны большей повторяемости зональной циркуляции накануне и в годы противоположных аномалий, в особенности в периоды вегетации. Под каждым рисунком в скобках приведено количество дней повторяемости группы циркуляции накануне и в годы противоположных аномалий прироста.

Нарушение зональности

(рис. 7) в несколько раз превышает повторяемость зональной циркуляции и тренды накануне и в годы аномалий меняются местами. Распределение меридиональной северной циркуляции приведено на рис. 8, из которого следует, что увеличение вторжений воздушных масс с севера в годы аномалий приводит к формированию условий, неблагоприятных для роста сосны.

Значение меридиональной северной группы циркуляции имеет исключительное значение, т.к. по количеству дней она составляет около 60% от общего количества дней 4-х групп.

На рис. 9 приведены данные о повторяемости меридиональной южной группы циркуляции, которые по количеству дней в 4-5 раз меньше северной группы, но вторжение тёплых воздушных масс с юга в периоды относительного покоя и вегетации создаёт благоприятные условия для прироста сосны на северо-востоке Европы.

Среди глобальных факторов среды существенное значение на формирование благоприятных или отрицательных условий оказывают изменения солнечной и геомагнитной активности, характеристики которых для лет с противоположными аномалиями приведены на рис. 10 и 11.

Изменение средних месячных характеристик солнечной активности накануне дат с аномальными приростами не имеет такой выраженности различий, какие

15 -I-----щ-----,-----,-----,-----,----,-----,-----,-----,-----,-----г-

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23

месяцы

Рис. 5. Внутригодовое распределение осадков в Санкт-Петербурге накануне и в годы аномально больших (Б) и малых (М) величин прироста сосны на северо-востоке Европы (серия 629).

дни уи

г\

I II III IV V VI VII VIII IX X Х^$}я11ы 11 111 |У V VI VII VIII IX X XI XII

накануне 4 в годы аномалий

Рис. 6. Повторяемость зональной циркуляции накануне и в годы больших (Б) и малых (М) приростов сосны (19,3-30,3 и 10-24,5 дней).

ДНИ VI

1Э ■ VI А

13 ■ н

11 ■ i ^ V 1 '*•- *■- /\ ¡ / V / *1 \ • \ / \ ' /л V \ 1 \

9 ■ Д--*- 1 ^ \ Г— —- - _ _ _■ * М Í \ —’-A-V-4 —4^^

У \ ~v\ V\

L_f J 'А

7 ■ 5 ■ '■ / v\\ I v V \ / V v Vil

3 ■ Б\

I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII 1 II III IV V VI VII VIII IX X XI XI

накануне месяцы в годы аномалий

Рис. 7. Повторяемость нарушений зональной циркуляции (дни) накануне и в годы больших (Б) и малых (М) приростов сосны (106,3-111,7 и 99-97,2 дней).

Среда обитания

Terra Humana

наблюдаются в годы аномалий. Этот эффект наиболее отчётливо прослеживается по направленности линейных трендов.

Рис. 8. Повторяемость меридиональной северной циркуляции (дни) накануне и в годы больших (Б) и малых (М) приростов сосны (199-199,3 и 188,3-213,3 дней).

Рис. 9. Меридиональная южная группа циркуляции (ЭЦМ 13з и 13л) в годы с большим (Б) и малым (М) приростом сосны (24,3-16,2 и 33,3-21,7 дней).

Рис. 10. Внутригодовой ход солнечной активности (W) накануне и в год больших (Б) и малых (М) приростов сосны на северо-востоке Европы.

В распределении характеристик геомагнитной активности отчётливо выражено внутригодовое распределение значений как накануне, так и в годы аномальных приростов (рис. 11), но в годы аномальных приростов амплитуды различий существенно увеличиваются.

Наиболее выражены они в марте и сентябре. Можно предположить, что смещение минимальных значений геомагнитной активности с июля накануне на август в год аномалий тоже имеет определённый физический смысл.

В приросте годичных колец сосны отчётливо выражены ритмические колебания различной продолжительности и их возможные причины вызывают особый интерес. Для определения внут-ривековых колебаний прироста годичных колец был использован метод наложенных эпох с последующим интегрированием ([2] и др.). В качестве реперов взяты даты экстремумов 11-летнего цикла солнечной активности. Анализ показал, что наиболее чётко проявляются колебания прироста, когда анализ проводится раздельно относительно четных и нечётных максимумов и минимумов активности Солнца (рис. 12 и 13).

По ходу кривых можно судить о разной направленности воздействия солнечной активности в эпохи чётных и нечётных максимумов, их симметричность даёт основание судить о завершенности двух ритмов в изменении прироста. В эпохи чётных максимумов наблюдается короткая фаза увеличения прироста с пиком в -4-й год и продолжительная снижения - до + 8-го года, а в эпохи нечётных наблюдается зеркальное изменение. Если считать их фазы завершенными, то мы имеем продолжительность каждого ритма порядка 30 лет.

В эпохи минимумов солнечной активности наблюдается несколько иное распределение прироста сосны: минимальное

и максимальное значение прироста в чётные и нечётные минимумы почти симметричны и приходятся на -1-й и +2-й годы соответственно. В данном слу-

Рис. 11. Индекс геомагнитной активности аа накануне и в годы аномально больших (Б) и малых (М) величин прироста сосны на северо-востоке Европы.

75 -4 GO У \ 45 \ J 7 /Л J f 15 7 У \ ✓ • \ у \ / \ \

-15 -14 -13 -12 Ж 10 -9 -8 -7 -в 5 J-4 -3 -2 -1 i 1 2 ?\4 5 в 7 в 9 10 11 12 1з/14

J

Б 15 jf

-8

-30 8

Рис. 12. Изменения прироста сосны в Северной Европе (серия 629) в эпохи четных (А) и нечетных (Б) максимумов 11-летних циклов солнечной активности.

Рис. 13. Изменения прироста сосны в северо-восточной Европе (серия 629) в эпохи четных (А) и нечетных (Б) минимумов солнечной активности.

чае завершенные циклы можно считать равными 20 годам. Выявленные особенности прироста сосны пока не нашли физического обоснования такого сложного эффекта в изменении лесорастительных условий и могут лишь служить примером полиритми-ческой основы для суждения о возможности различных воздействий изменчивости параметров максимальных и минимальных значений активности Солнца на биологические системы. Этот результат был получен автором несколько лет назад, но был настолько неожиданным, что оставался вне обсуждения до подготовки этой рукописи.

Анализ изменений прироста сосны за 629 лет (рис. 1) дал возможность проследить относительные изменения продуктивности сосновых лесов в северо-восточной Европе (рис. 2), определить соотношение температуры и осадков, циркуляции атмосферы (рис. 3-9), солнечной и геомагнитной активности (рис. 10-11) в годы противоположных аномалий прироста сосны. Получены новые представления о колебаниях прироста сосны в эпохи чётных и нечётных максимумов и минимумов 11-летних циклов солнечной активности.

Автор выражает благодарность доктору Юко Мерилайнену (Финляндия) и профессору Алексею Рете-юму (МГУ им. М.В. Ломоносова) за помощь и плодотворное сотрудничество.

Список литературы:

[1] Ловелиус Н.В. Дендроиндикация. Dendroindication. - СПб.: Петровская академия наук и искусств, 2000. - 313 с.

[2] Ловелиус Н.В. Изменения прироста деревьев. Дендроиндикация природных процессов и антропогенных воздействий. - Л.: Наука, 1979. - 232 с.

[3] Ловелиус Н.В. Теплообеспечен-ность гор Путорана и ледовитость Балтики // Изв. РГО. т. 102. - 1970, вып. 1. - C. 63-65.

[4] Lovelius N.V. Dendromdication of natural processes and antropogenic influences. - St.-Petersburg: World & Family-95, 1997. - 320 p.

Среда обитания