Учёные узнали об изменениях климата на Севере по кольцам деревьев

Учёные СФУ в составе международной научной группы изучили, как изменялась со временем вариация стабильных изотопов кислорода, углерода и водорода в годичных кольцах хвойных деревьев в субарктических регионах.

Полученные данные позволяют считывать по годичным кольцам климатические изменения в прошлом и моделировать будущие. Результаты исследования опубликованы в журнале Science of The Total Environment.

Бореальные (северные, от древнегреческого Βορέας — Север) леса охватывают огромную территорию от 50 до 70° северной широты. В северной Канаде, центральной и северо-восточной Сибири большие площади бореального леса также перекрываются зоной сплошной вечной мерзлоты, которая из-за повышения температуры воздуха оттаивает и высвобождает в атмосферу дополнительное количество органического углерода.

Таяние вечной мерзлоты и процессы неравномерного проседания горных пород и почвы из-за вытаивания подземного льда делают бореальные леса чрезвычайно уязвимыми к потеплению климата.

Ранее учёные обнаружили, что деревья бореальных лесов очень чувствительны к изменениям климата и хорошо регистрируют сигналы летней температуры воздуха. Однако начиная с 1990-х годов в некоторых бореальных районах американской и канадской субарктики было отмечено снижение чувствительности роста деревьев к летней температуре воздуха, что потенциально могло быть связано с засушливыми условиями, уменьшением осадков и увеличением температуры воздуха.

Изменения весенне-летней температуры воздуха оказывают влияние на рост деревьев в регионах с резко континентальным климатом, а информация об этих изменениях регистрируется в годичных кольцах деревьев, сообщила доктор биологических наук, ведущий научный сотрудник лаборатории биогеохимии экосистем Сибирского федерального университета Ольга Чуракова.

«На рост деревьев оказывают влияние и другие параметры, например осадки, относительная влажность, продолжительность солнечного сияния. Эти параметры могут быть зафиксированы в изотопных соотношениях углерода (13С/12С), кислорода (18O/16O) и водорода (2H/1H) в годичных кольцах деревьев. По этим стабильным изотопам и имеющимся климатическим данным можно реконструировать климат вглубь веков и тысячелетий», — рассказала Ольга Чуракова.

Она объяснила, что сочетание трёх стабильных изотопов в исследованиях древесных колец может обеспечить комплексное описание изменчивости климата в бореальной зоне лесов и улучшить качество температурных, а также экогидрологических реконструкций. А имея достоверную и качественную информацию о прошлых климатических изменениях, можно получить более точные модели будущих климатических изменений.

По словам учёного, текущие температурные изменения в Сибири отличаются на 4 °С от данных предындустриального периода, в то время как европейские хронологии и модели предсказывали отклонение в 1,5–2,5 °С. Это говорит о необходимости расширенного описания климатических параметров и улучшения климатических реконструкций, которые позволили бы повысить качество климатических моделей и прогнозов.

Учёные СФУ в составе международного исследовательского коллектива получили для субарктических регионов Сибири и Канады комплексные данные по всем трём стабильным изотопам. Они важны для реконструкций по продолжительности солнечного сияния и относительной влажности, а также зимне-весенних температур, которые можно извлечь из годичных колец деревьев.

Чтобы делать более достоверные прогнозы, по мнению исследователей, необходимо комплексно изучать прошлые климатические изменения. Для этого нужно не только установить изменения температуры воздуха, но и рассмотреть гидроэкологические характеристики, включая влияния вечной мерзлоты в субарктике Евразии.

Учёные объяснили, что таяние вечной мерзлоты и образование термокарстовых озёр может приводить к гибели деревьев и разрушению инфраструктуры. Помимо этого талая вода может быть использована деревьями в течение теплых периодов роста, а информация об этом может быть зафиксирована в изотопном соотношении стабильного изотопа кислорода (δ18O) в годичных кольцах деревьев.

Сегодня перед научным коллективом стоят задачи по моделированию трёх стабильных изотопов в годичных кольцах деревьев для бореальных лесов, расположенных как в зоне вечной мерзлоты (Сибирь, Канада, Аляска), так и вне её (Финляндия, Швеция, Норвегия).

Необходимо смоделировать глубину оттаивания мерзлоты и оценить адаптационные способности лесных экосистем к меняющимся климатическим условиям, а также выявить триггеры, приводящие к увеличению дефицита упругости водяного пара и снижению продолжительности солнечного сияния в течение последних 1500 лет. Одним из таких триггеров, по мнению ученых, являются стратосферные вулканические извержения.