Изменения роста годичных колец дуба и сосны в горах южной Греции и глобальные факторы среды

ПРИРОДНАЯ СРЕДА

УДК 630*17+582.475+630*561.21 ББК 43.4+20.3

Н.В. Ловелиус, В.Н. Ловелиус, А.Ю. Ретеюм

изменения роста годичных колец луба и сосны в горах южной Греции и глобальные факторы среды

Выявлены ритмические изменения прироста дуба и сосны, определены даты одновременных аномальных приростов двух пород, установлены параметры солнечной и геомагнитной активности, галактических космических лучей, циркуляции атмосферы Северного полушария, тепловой поверхности океана накануне и в годы (за 24 месяца) аномальных приростов деревьев. Показано внутригодовое распределение факторов и время смены знака накануне и в годы аномальных приростов у солнечной активности с положительного значения накануне на отрицательное значение в годы аномалий и диаметрально противоположное у галактических космических лучей. Сохранили положительное влияние на прирост геомагнитная активность и тепловая поверхность океана все 24 месяца. Устойчиво отрицательное влияние имело преобладание зональной циркуляции атмосферы и разница давления. Перечисленные соотношения факторов среды дают основание судить о сложной системе их взаимодействия при формировании оптимальных и пессимальных условий для роста деревьев.

Ключевые слова:

аномальные отклонения, галактические космические лучи, индексы, солнечная и геомагнитная активность , тепловая поверхность океана, циркуляция атмосферы.

Изучению прироста деревьев как индикаторов состояния среды мест их произрастания в различных районах мира посвящена обширная литература отечественных и зарубежных авторов, но ее обзор не входит в план этой публикации. Вместе с тем авторами и другими специалистами подчеркивается важность космических связей с земными процессами [2-8, 10, 11 и др.].

В задачи наших исследований входили: определение межгодовых и многолетних колебаний прироста дуба скального и сосны обыкновенной, произрастающих в горах Южной Греции; выявление дат одновременных аномальных отклонений прироста от многолетней нормы у деревьев двух пород; определение комплекса факторов среды в эти годы.

Материалом для выполнения исследования послужили по 2 керна с каждых 16 модельных деревьев дуба из высокогорной одновозрастной дубравы, произрастающей на берегу озера Пластира (рис. 1, точка 1, 35°29' с.ш., 27°13' в.д.). В такой же последовательности взяты керны у 20 особей сосны, произрастающей в сосняке раз-

нотравно-злаковом у пункта Мегера (рис. 1, точка 2, 38°2' с.ш., 23°17' в.д.). Характеристики модельных деревьев приведены в табл. 1 и 2. Здесь уместно отметить, что работ по дубу и сосне в Греции авторы ранее не проводили.

Методика взятия образцов, статистической обработки измерений и геофизических данных многократно публиковалась ранее [2-4 и др.], и в настоящей работе о них будут даны лишь самые общие сведения.

С каждого модельного дерева буром Пресслера бралось по два керна (сентябрь 2011 г.), а измерения годичных колец выполнил Н.В. Ловелиус (май 2013 г.) в Учебно-научном аналитическом Центре экспертиз древесных растений Московского государственного университета леса (г. Мытищи) на полуавтоматической аппаратуре Lintab с точностью 0,01 мм. Серии годичных колец дуба и сосны приведены в табл. 3 и 4. Минимальный прирост дуба наблюдался в 1949 г. (0,21 мм), максимальный - в 1975 г. (1,58 мм); минимальный прирост сосны наблюдался в 2008 г (0.91 мм), а максимальный - в 1984 г. (6,12 мм).

Ишхв

Рис. 1. Картосхема мест взятия образцов-кернов дуба (1) и сосны (2).

Таблица 1

Характеристика модельных деревьев дуба, растущего в дубраве на берегу озера Пластира у пункта Кардица

Таблица 2 характеристика деревьев сосны у пункта Мегара

№ дерева Высота, м Длина окружности, см Кол-во кернов, штук

дерева взятия керна ствола на:

Н, м ^ м «0» 1,3 м

1 10 0,8 48 41 2

2 8 0,9 43 37 2

3 9 0,8 48 41 2

4 8 0,8 53 41 2

5 7 0,6 48 39 2

6 8 0,5 50 37 2

7 7 0,5 43 35 2

8 7 0,5 41 35 2

9 7 0,4 45 36 2

10 7,5 0,4 39 33 2

11 12 0,8 55 41 2

12 8 0,4 44 37 2

13 6,5 0,6 43 35 2

14 6 0,5 43 36 2

15 8 0,5 50 41 2

16 7 0,6 38 31 2

Ср. 7,9 0.6 45,7 37,3 Е= 32

№ дерева Высота, м Длина окружности, см Кол-во кернов

дерева взятия керна ствола на:

Н, м ^ м «0» 1,3 м

1 12 0,6 78 63 2

2 15 0,5 107 82 2

3 13 0,45 79 58 2

4 10 0,35 67 58 2

5 13 0,45 87 71 2

6 18 0,45 76 64 2

7 17 0,45 110 101 2

8 8 0,5 125 110 2

9 4,5 0,3 40 29 2

10 17 0,55 98 82 2

11 17 0,6 94 80 2

12 19 0,65 78 69 2

13 18 0,6 88 77 2

14 8 0,4 60 47 2

15 15 0,5 57 47 2

16 13 0,4 65 54 2

17 8 1,0 69 55 2

18 15 1,0 55 46 2

19 15 0,8 48 37 2

20 15 1,0 48 45 2

ср. 13,5 0,58 76,5 63,8 Е= 40

Для приведения данных к сопоставимому виду измерения годичных колец нормированы от 10-летней средней календарной нормы (%), по ним построены дендрограммы дуба и сосны (рис. 2 и 3). Как следует из таблиц, прирост годичных колец у сосны значительно больший, чем у дуба, а амплитуды колебаний в индексах имеют почти сходные величины.

Таблица 3 Серия годичных колец

Таблица 4 Серия гк сосны, мм

Годы 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010

1 0,98 0,80 1,10 1,10 0,80 0,91 0,56

2 0,63 0,81 1,35 1,16 0,83 0,91

3 0,56 1,03 1,19 0,90 0,69 0,99

4 0,5 0,74 1,24 0,87 0,54 1,07

5 0,56 0,68 1,56 0,99 0,52 0,98

6 0,72 0,88 1,41 1,10 0,63 0,73

7 0,30 0,69 0,92 1,18 0,91 0,76 0,74

8 0,24 0,8 0,92 1,03 0,67 0,86 0,68

9 0,21 0,52 0,98 1,17 0,54 0,78 0,53

10 0,59 0,69 1,23 1,21 0,70 0,90 0,71

Годы 1970 1980 1990 2000 2010

1 3,34 3,73 0,94 1,05

2 4,25 3,13 1,57

3 4,28 1,80 1,98

4 6,12 2,91 2,17

5 2,42 4,99 3,24 1,71

6 1,42 5,22 3,75 2,09

7 1,75 4,23 2,57 1,05

8 2,41 4,76 2,17 0,91

9 3,39 3,80 2,23 1,39

10 3,00 1,88 1,46 1,56

180

160

140

120

100

2009 2007

Рис. 2. Дендрограмма индексов прироста дуба скального (1947-2011 гг.).

К% 140

120

100 '

1979

1984

80

60

40

1991

1996

20.04

2006

1975

1980

1985

1990

1995

2000

2005

2010

год

Рис. 3. Дендрограмма индексов прироста ГК сосны (1975-2011 гг.).

Дендрограммы индексов прироста дуба (рис. 2) и сосны (рис. 3) показали хорошо выраженные внутривековые колебания, а их экстремальные значения датированы на графиках.

Для определения факторов среды, наблюдавшихся накануне и в годы одновременных аномальных значений индексов годичных колец, определены два ряда (табл. 5). Таких совпадений оказалось 17 (9 лет больше нормы и 8 - меньше 10-летней календарной нормы). По максимумам

разница отклонений от нормы между сосной и дубом составляла всего 2,1%, а по минимумам разница между дубом и сосной составила 9,5%. Амплитуды колебаний у дуба составляют 38,3, у сосны -49,9%, что дает основание говорить о большей «чувствитель-ности« сосны к изменениям среды произрастания.

Анализ внутригодового распределения факторов среды проведен за 24 месяца, что позволяет проследить их изменение во все фенофазы роста деревьев и оп-

Таблица 5 Даты экстремумов прироста дуба и сосны в горах Греции

№ п/п Максимумы Минимумы

годы дуб сосна годы дуб сосна

1 1975 123 101 1977 95,2 72,9

2 1985 111,2 116 1989 60,7 88,6

3 1986 122,6 122 1990 78,5 43,8

4 1991 109,4 138 1993 94,5 66,7

5 1992 113,3 116 2007 89,2 68,2

6 2002 110,3 102 2008 82,7 59,1

7 2003 120,5 129 2009 65 90,3

8 2004 128,5 141 2011 67,5 68,2

9 2005 118,6 111

Среднее 117,5 119,6 79,2 69,7

ределить критические периоды наибольшей значимости факторов накануне и в годы аномальных приростов.

В качестве глобальных факторов среды использованы: средние месячные значения солнечной (W) и геомагнитной (aa) активности, галактических космических лучей (ГэВ), приходящих на границу атмосферы, повторяемость числа дней 4 групп циркуляции атмосферы в Северном полушарии по типизации Б.Л. Дзердзеевского [1], океанский индекс Эль-Ниньо (Oceanic Nino Index (ONI) - разница давления на уровне моря между Дарвином и Таити).

W

90 85 80 75 70 65 60 55 50 45 40

4 ф

накануне

На рис. 4 приведены показатели солнечной активности накануне и в годы аномальных приростов сосны и дуба (рис. 5), позволяющие оценить большое значение высокой активности Солнца за год до дат аномально большого прироста и в год его формирования. Средние годовые значения чисел Вольфа накануне и в год больших приростов сосны равны 78,3 : 58,9, а накануне и в год малых приростов - как 50,3 : 56,5. Следовательно, высокая активность Солнца накануне больших приростов способствует формированию благоприятных условий для роста деревьев, а минимальная активность Солнца в годы с минимальным приростом накануне в мае и в марте - апреле - мае создают критические условия для роста деревьев.

Геомагнитная и солнечная активность накануне дат аномально больших приростов имеет существенно больший диапазон различий, чем в годы аномалий и в особенности в период вегетации. Это дает основание заключить, что в годы низкой геомагнитной активности прирост дуба и сосны в горах на юге Греции будет минимальным. А критическими периодами для роста деревьев являются минимальные значения геомагнитной активности в мае-августе, они полностью укладываются в сроки периода вегетации. Анализ распределения галактических космических лучей накануне и в год аномальных при-

^

месяцы

' ^ в годы аномалий

Рис. 4. Солнечная активность (W) накануне и в годы аномально больших (Б) и малых (М) приростов годичных колец дуба и сосны. Коэф. кор. -0,49.

34 32 30 28 26 24 22 20 18 16

аа

245

I II III накануне

IV V VI VII VIII IX X XI XII

I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII в годы аномалий

Рис. 5. Геомагнитная активность (аа) накануне и в годы больших (Б) и малых (М) приростов

деревьев. Коэф. кор. 0,11.

ростов дуба и сосны показал, что за год до положительных аномалий наблюдался низкий уровень притока галактических космических лучей, а амплитуды различий их были исключительно большими. Они значительно сократились в годы аномалий, вплоть до смены знака в ноябре и декабре.

Это свидетельствует об исключительном значении притока галактических космических лучей для факторов среды, способствующих или препятствующих формированию аномальных приростов деревьев. Критическим периодом для формирования прироста являются высокие значения ГэВ с мая по октябрь накануне и с марта по август в годы аномально малых приростов.

В табл. 6 приведены характеристики факторов среды в годовом исчислении, позволяющие с достаточной определенностью оценить диапазон колебаний каждого из них накануне и в годы аномальных приростов. Так, устойчивая высокая солнечная активность - накануне максимальных и минимальных приростов деревьев и низкая - в годы аномалий. Геомагнитная активность имеет высокие значения накануне максимумов и в годы минимумов, а накануне минимума и в год максимума прироста - малые ее значения.

Галактические космические лучи имеют большие значения в годы максимума и накануне минимума прироста деревьев

(рис. 6). Есть основание предположить, что перечисленные в таблице 4 космических фактора среды предопределяют изменчивость природных процессов на Земле, способствующих оптимальному или минимальному росту деревьев.

Таблица 6

Средние годовые значения факторов за год до и в годы аномалий прироста дуба и сосны, их отношение

Породы Числа Вольфа Индекс аа ГэВ

Дуб и сосна за год до в год аном. за год до в год аном. за год до в год аном.

Макс. 78,3 58,3 27,52 26,1 625 784

Мин. 60,8 56,5 22,52 23,81 955 879

От- нош., % 128,8 103,2 122,2 109,6 65,4 89,2

Коэф. -0,6 0,34 0,23 0,12 -0,67 -0,69

Анализ отношений факторов среды за год до аномалий прироста деревьев показал, что систематически многократно большие значения наблюдаются накануне у всех трех факторов по убыванию от галактических космических лучей к солнечной и геомагнитной активности. В год аномалий на первом месте остаются галактические космические лучи, за ними - геомагнитная активность и затем числа Воль-

ГэВ 1080

980

м

X

л

v- ^ \ ......1

V

i

ч

4 * накануне

МЭСЯЦЫ

^ а -v

' ^ в годы аномалий

Рис. 6. Галактические космические лучи накануне и в год аномально больших

приростов деревьев. Коэф. кор. -0,67 [9].

фа. Причем у галактических космических лучей наблюдается устойчивая противофа-за с высоким коэффициентом корреляции, подтверждая устойчивость противофазы.

Как известно, тепло- и влагообеспечен-ность территорий находятся в тесной зависимости от динамики воздушных масс над Северным полушарием, оценить которую есть возможность с помощью показателей циркуляции атмосферы по типизации Б.Л. Дзердзеевского, развиваемой Н.К.

ДНИ

19 16 13 10 7

Кононовой [1]. Нами использованы четыре группы элементарных циркуляционных механизмов (ЭЦМ), продолжительность которых определена количеством дней их повторяемости за месяцы и годы. Выборки из календаря ЭЦМ выполнены для каждого месяца накануне и в годы аномальных приростов, как и других факторов среды. На рис. 7 приведена повторяемость (дни) меридиональной северной группы циркуляции. Для определения значимости ЭЦМ

V

гЛ

4

\ ф А накануне

а*

^ А +

месяцы

в годы аномалий

Рис. 7. Меридиональная северная группа циркуляции в Северном полушарии (ЭЦМ 8а-12г) в годы больших (Б) и малых (М) приростов деревьев [1].

\ ф А накануне

а*

месяцы

в годы аномалий

Рис. 8. Меридиональная южная группа циркуляции

и малых (М) приростов деревьев.

накануне и в годы аномалий данные представлены на одном рисунке. Прослеживаются существенные различия количества дней повторяемости меридиональной серенной группы циркуляции атмосферы накануне и в годы аномальных приростов деревьев. Накануне аномально больших приростов имела место высокая повторяемость меридиональной северной циркуляции, а в год максимального прироста повторяемость северной циркуляции снизилась, что подчеркивается сменой знака линейных трендов.

Южная группа ЭЦМ по форме, как и следовало ожидать, противоположна северной, но их тренды существенно отли-

ДНИ

чаются. Преобладание ее повторяемости накануне и в годы аномалий формирует условия, не благоприятные для роста деревьев (рис. 8). При этом амплитуда различий трендов накануне дат аномальных приростов значительно больше в годы аномальных приростов, в особенности с мая по сентябрь, т.е. в период вегетации.

На рис. 9 приведен результат анализа повторяемости зональной циркуляции, позволяющий проследить ее изменение накануне и в годы аномально больших и малых приростов деревьев. Накануне большая повторяемость была характерна для неблагоприятных условий произрастания, а в годы аномалий они поменялись

7

XI

месяиы

^ -V

в годы аномалий

Рис. 9. Зональная группа циркуляции

приростов деревьев.

6

5

4

3

2

1

0

248

ДНИ

8 7 6 5 4 3 2 1 0

\ / \ / к V -/

накануне

месяцы

в годы аномалий

Рис. 10. Группа нарушения зональности (ЭЦМ 3-76л) в годы больших (Б) и малых (М) приростов

деревьев.

местами. Особое значение в год аномально больших приростов имеет большая повторяемость зональной циркуляции с апреля по июль, т. е. эти месяцы охватывают весь период вегетации. Можно предположить, что в эти месяцы западный перенос воздуха доставляет более влажный воздух, так необходимый деревьям в районах с недостаточным увлажнением.

На рис. 10 приведены показатели количества дней накануне и в годы аномальных приростов деревьев, которые существенно отличаются в левой и правой его частях по количеству дней. В годы аномалий преобладает повторяемость ЭЦМ, характерная для оптимального роста деревьев.

Меридиональная северная группа ЭЦМ имеет наибольшую повторяемость, при этом обращают на себя внимание значительные различия количества дней накануне. В годы положительных аномалий ее повторяемость сокращается. Во внут-ригодовом распределении повторяемости меридиональной северной циркуляции имеют самое высокое согласие. Во всех группах циркуляции лучшее согласие наблюдается накануне дат аномального прироста.

Второй группой ЭЦМ по количеству дней является меридиональная южная, а ее повторяемость накануне и в годы с

большим и малым приростом различаются незначительно.

Группа ЭЦМ нарушения зональности по числу дней занимает третье место, она в три раза реже наблюдается, чем меридиональная северная, и в два раза, чем меридиональная южная. Ее большая повторяемость в годы аномалий благоприятно влияет на формирование оптимальных условий для роста деревьев.

Самая малая повторяемость - у зональной группы ЭЦМ, а в годы с большими приростами она встречается чаще. Данные о повторяемости всех четырех групп элементарных циркуляционных механизмов в годовом исчислении накануне и в годы аномальных приростов представлены в табл. 7.

В табл. 7 с большой определенностью проявляются особенности повторяемости каждой группы ЭЦМ накануне и в годы аномальных приростов. Среди них особое место занимает меридиональная северная группа, показывающая, что увеличение ее повторяемости в годы аномалий отри-

Таблица 7

Повторяемость ЭЦМ (дни) накануне и в годы аномальных приростов дуба и сосны и параллельность изменений (кор.) в четырех группах циркуляции атмосферы в северном полушарии [1]

Дуб и сосна Меридион. северная Меридион. южная Зональная Нарушение зональности

Время за год в год за год в год за год в год за год в год

Макс. 186,2 166,56 110,33 111,89 19,44 26,56 47 60

Мин. 151,4 180,75 130,4 125,5 33 20,75 52,75 38

Отнош., % 123,0 92,1 84,6 89,2 58,9 128,0 89,1 157,9

Кор. 0,81 0,79 0,77 0,57 0,28 0,22 0,55 0,48

цательно сказывается на росте деревьев. Повторяемость в других трех группах в годы больших приростов больше, чем накануне, и достоверность результатов подтверждается увеличением повторяемости всех групп накануне минимальных приростов. Отношение количества дней накануне к дням в годы аномальных приростов для меридиональной северной циркуляции составляет 111,8%, меридиональной южной - 98,6%, зональной - 72,9, нарушения зональности - 78,3%.

0,6 0,4 0,2

Как известно, в основе механизма циркуляции атмосферы лежит разница атмосферного давления территорий. Для дат накануне и в годы аномальных приростов деревьев были выполнены выборки индекса различий атмосферного давления на уровне моря между Дарвином и Таити (рис. 11). Это позволило получить представление о формировании неблагоприятных условий для роста деревьев при высоком атмосферном давлении, в особенности накануне дат с аномальным прирос-

0 -0,2 -0,4 -0,6 -0,8 -1

в годы аномалии

накануне

Рис. 11. Разница давления на уровне моря между Дарвином и Таити в годы больших

приростов деревьев.

0,34 0,24 0,14 0,04 -0,06 -0,16 -0,26 -0,36 -0,46

ТПО

в годы аномалии

накануне

Рис. 12. Океанский индекс Эль-Ниньо. Oceanic Nino Index

приростов деревьев.

том деревьев. Благоприятные условия для формирования максимальных приростов создаются при минимальных амплитудах давления, следовательно, при меньшей интенсивности переноса воздушных масс над территорией.

Анализ индексов температуры поверхности океана (ТПО) в годы противоположных аномалий прироста деревьев показал самый определенный результат, как накануне, так и в годы аномалий (рис. 12). Это дает основание считать, что такой эффект реакции деревьев на комплексный фактор ТПО лучше всего проявляется в годы аномалий. Подтверждением значимости этого результата также служит сходный результат, полученный автором ранее, при определении значения ТПО южного движения Мирового океана на прирост деревьев в Дальневосточном крае [5].

Подводя итоги проведенных исследований, можно заключить, что выявлены ритмические изменения прироста дуба и сосны, определены даты одновременных аномаль-

Список литературы:

[1]

ных приростов двух пород, установлены параметры солнечной и геомагнитной активности, галактических космических лучей, циркуляции атмосферы Северного полушария, тепловой поверхности океана накануне и в годы (за 24 месяца) аномальных приростов деревьев. Показано внутри-годовое распределение факторов и время смены их знака накануне и в годы аномальных приростов у солнечной активности с положительного значения накануне на отрицательное значение в годы аномалий и диаметрально противоположное у галактических космических лучей. Сохранили положительное влияние на прирост геомагнитная активность и тепловая поверхность океана все 24 месяца. Устойчиво отрицательное влияние имело преобладание зональной циркуляции атмосферы и разница давления. Перечисленные соотношения факторов среды дают основание судить о сложной системе их взаимодействия при формировании оптимальных и пессималь-ных условий для роста деревьев.

Кононова Н.К. Классификация циркуляционных механизмов по Дзердзеевскому Б.Л. - М.: Воентех-издат, 2009. - 372 с.

[2] Леви К.Г., Задонина Н.В., Язев С.А., Воронин В.И. Современная геодинамика и гелиодинамика. -Иркутск: Изд-во ИГУ, 2012. - 539 с.

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

[4] Lovelius N.V. Dendroindication of natural processes and antropogenic influences. St.- Petersburg: "World and Family - 95", 1997. - 320 pages.

[5] Ловелиус Н.В. Южное движение Мирового океана и рост деревьев в Дальневосточном крае // Морская геополитика в контексте XXI века (сб. научных докладов). РГО, 2013. - С. 142-149.

[6] Ловелиус Н.В. Космические реперы как основа выявления ритмов в элементах атмосферы, гидросферы, биосферы // Общество. Среда. Развитие. - 2013, № 1. - С. 239-243.

[7] Ловелиус Н.В., Ретеюм А.Ю. Влияние планет на земные объекты: пример озера Виктории // Общество. Среда. Развитие. - 2010, № 1. - С. 198-203.

[8] Ретеюм А.Ю. Периодические возмущения окружающей среды, прогнозирование и планирование // Экологическое планирование и управление. - 2007, № 4 (5). - С. 4-13.

[9] Стожков Ю.И., Свиржевский Н.С., Базилевская Г.А., Свиржевская А.К., Квашнин А.Н., Крайнев М.Б., Махмутов В.С., Клочкова Т.И. Потоки космических лучей в максимуме кривой поглощения в атмосфере и на границе атмосферы (1957-2007). - М., 2007. - 77 с.

[10] Чижевский А.Л. Земное эхо солнечных бурь. М.: Мысль, 1973. - 349 с.

[11] Чижевский А.Л. Космический пульс жизни. Земля в объятьях Солнца. Гелиотараксия. М.: Мысль, 1995. - 768 с.