ЛЕСА ШАГАЮТ В ГОРЫ

Давнее сотрудничество между уральскими и швейцарскими дендрохронологами (специалистами по оценке влияния условий окружающей среды на характеристики годичных колец деревьев и задачам биоиндикации) продолжает приносить плоды. Ученые проводят совместные полевые исследования в высокогорьях Урала и приходят к выводу, что ландшафты могут со временем кардинально измениться. Об истории урало-швейцарских контактов и о том, почему снежные зимы приводят к экспансии леса в горах, «НУ» рассказал заведующий лабораторией дендрохронологии Института экологии растений и животных УрО РАН доктор биологических наук Валерий Мазепа.
— Впервые с коллегами из Швейцарского института леса, снега и ландшафтных исследований мы пересеклись на совещании в Кракове в 1987 году. Несмотря на то что личного знакомства не произошло, тогда швейцарцы обратили на нас внимание, и спустя два года между институтами был заключен договор о сотрудничестве. А вначале 1990-х профессор Фриц Швайнгрубер получил от Швейцарского научного фонда грант для проведения совместных исследований. На эти деньги у Нижнетагильского института испытания металлов мы арендовали вертолет, с помощью которого за три года была обследована огромная территория бореальных лесов от Урала до Камчатки.
Серию экспедиций возглавили мой учитель Степан Григорьевич Шиятов, Евгений Александрович Ваганов из Красноярска, который тогда заведовал лабораторией дендрохронологии в Институте леса СО РАН, и Фриц Швайнгрубер. В состав группы также вошли еще 6 человек, в том числе и я. Мы пролетели всю бореальную зону Урало-Сибирской Субарктики (зона с хорошо выраженной снежной зимой и коротким достаточно теплым летом — ред.), затратив на это около 150 часов вертолетного времени. У нас было предусмотрено множество остановок, во время которых мы собирали образцы древесины для последующего анализа. Дело в том, что по изменению ширины годичных колец у дерева можно оценить климатические условия его роста. В результате мы получили реконструкцию летних температур воздуха на территории Урало-Сибирской Субарктики за последние 300–400 лет, вышли десятки статей, а также монография, до сих пор имеющая высокий индекс цитирования.
Мы продолжаем сотрудничать с нашими швейцарскими коллегами, и научные связи, установленные более 25 лет назад, с каждым годом лишь крепнут. У нашей лаборатории имеется широкий круг международных контактов: с американцами (имеем совместный грант), немцами, англичанами, финнами и шведами, есть опыт взаимодействия с учеными из Аргентины. Но со швейцарцами налажено наиболее интенсивное взаимодействие: они практически каждый год приезжают на Урал. Их огромное преимущество в том, что они «полевики», такие же, как и мы.
Сейчас мы вместе ведем исследовательский проект, осуществляемый при поддержке Евросоюза в рамках программы ERA.Net RUS. В нем помимо нас и швейцарцев участвуют ученые из Германии и Испании. Нашу группу возглавляет ведущий научный сотрудник лаборатории Павел Александрович Моисеев, который, к слову, недавно вернулся из Швейцарии.
Проект направлен на изучение взаимосвязи между современным изменением климата и сдвигом верхней границы леса в Уральских горах. Эта граница — «полоса», экотон, выше которого произрастание древесной растительности невозможно. Дальше начинается высокогорная тундра, представленная кустарниками, многолетними травами, мхами и лишайниками. Мы исследуем такие переходные зоны, или экотоны, на Южном, Северном, Приполярном и Полярном Урале. Были сопоставлены 450 исторических и современных ландшафтных фотоснимков, выполненных с одной и той же точки, а также определен возраст более 11 тысяч деревьев. Оказалось, что граница леса в этих четырех регионах поднималась в среднем на 4–8 метров за десятилетие.
Анализ показал, что основная причина экспансии леса выше в горы — современное, с начала ХХ столетия, потепление климата. Однако есть и другие причины, например, увеличение количества зимних осадков и мощности снежного покрова. За последнее десятилетие на Урале наблюдается устойчивый рост количества зимних осадков, в то время как температуры лета, на которое приходится период вегетации у растений, увеличились, но несущественно. Высокий снежный покров хорошо защищает почву от охлаждений, создавая тем самым благоприятный микроклимат для роста деревьев. Современный этап экспансии леса начался в начале ХХ столетия. Деревья сперва закрепились в вогнутых и защищенных от ветра склонах, где скапливалось много снега, а в 1950-е и 1970-е годы на местах с уже меньшим снежным покровом. Более того, если в начале XX века доминировали многоствольные формы деревьев, появившиеся в результате суровых зимних условий, то молодое поколение деревьев, напротив, преимущественно одноствольное.
Сейчас в лесотундровом экотоне наблюдается довольно высокая плотность молодняка. Можно предположить, что лес продолжит свою экспансию выше в горы, и в дальнейшем растительность альпийской тундры может исчезнуть с некоторых возвышенностей Южного и Северного Урала, где граница леса уже вплотную подошла к вершинам. Более подробно результаты исследования изложены в статье в одном из высокоцитируемых научных журналов по проблеме изменения климата Global Change Biology.
— Чем интересен наш регион швейцарцам?
— Большой плюс объектов на нашей территории заключается в том, что сохранилось много мест, не подверженных антропогенному воздействию. Речь идет о естественных лесах и естественных природных комплексах, благодаря наличию которых мы можем изучать динамику растительных сообществ в чистом виде под влиянием климата. В Европе таких районов очень мало. Сказывается высокая степень урбанизации или так называемый эффект мегаполиса: вокруг крупных городов всегда теплее, чем где бы то ни было. Даже в высокогорьях, в Альпах или на Пиренеях из-за сильно развитого туризма наблюдается высокая плотность населения. По этой причине швейцарцы заинтересованы работать в наших районах.
— Чтобы сравнить ситуацию «там» и у нас?
— Да, но это сравнение не просто ради сравнения, а для того, чтобы получить цельную картину, к примеру, для Северного полушария. Дело в том, что в Европе нет такой высокой климатической изменчивости, как у нас на Урале и в Западной Сибири. Там более мягкий климат. Это связано с различными теплыми океаническими течениями. Поэтому их интересуют, естественные экосистемы, экстремальные по климатическим условиям существования. «Наши» деревья более чувствительны к естественным климатическим условиям произрастания и хорошо коррелируют по динамике различных характеристик годичных колец с физическими параметрами среды обитания.
— Анализируя изменения климата по годичным кольцам деревьев, вы предполагаете в дальнейшем построить прогноз?
— Я люблю говорить студентам: Если Бог создал человека, то число придумал человек. Чтобы что-то спрогнозировать, нужно построить математическую модель и убедиться в том, что она адекватна, т.е. соответствует моделируемому процессу. Но природа достаточно сложна, ее трудно смоделировать в комплексе. Нам подвластны лишь некоторые ее отдельные компоненты, которые наиболее четко проявляются.
Одна из моделей — полициклическая структура динамического ряда наблюдений — предполагает, что вся изменчивость «складывается» из множества циклов, сгенерированных различными процессами, происходящими в космосе, на Солнце, при движении планет, в биосфере, в климатической «кухне» трансформации растительных сообществ, внутрипопуляционных механизмов, круговорота вещества и химических элементов. Поясню: предположим, что у нас есть ряд инструментальных измерений температуры. С помощью специальной компьютерной программы мы раскладываем этот ряд на отдельные циклические компоненты, каждый из которых в последующей операции задается определенной периодической функцией. Далее эти компоненты складываются, и мы видим, как предположительно будет меняться температура в ближайшем будущем.
Прогнозами я занимался 30 лет назад. Многие из них сбывались. Например, термический режим летних месяцев Крайнего Севера, урожайность зерновых культур и увлажненность летнего периода для юга Свердловской области, заболеваемость малярией и клещевым энцефалитом. Это было для меня чем-то вроде хобби, потому что специально этим я не занимаюсь. Как математик я знаю, что прогноз на основе такой модели — некорректная задача. Здесь много своих сложностей. Иногда ради собственного интереса и удовлетворения любопытства мы делаем такие прогнозы, но в наши официальные задачи это не входит.
— И все-таки: что будет с климатом дальше?
— Если исходить из имеющихся тенденций, то можно предположить, что изменения будут происходить в сторону потепления. Такие процессы занимают длительное время, их характерные времена стабильного существования оцениваются десятками и сотнями лет. Если и произойдут какие-то серьезные сдвиги, то, думаю, не раньше, чем через несколько десятков лет. По крайней мере, не меньше 50 лет потребуется, чтобы вектор сменился в сторону похолодания.
— То есть можно сказать, что в ближайшей перспективе лес продолжит отвоевывать земли?
— Да, он будет «идти» на север в безлесных равнинных областях, а в горах — вверх. Примечательно, что с X по XIII век в Северном полушарии был относительно теплый климат. Этот период еще называют средневековым климатическим оптимумом. Так вот, как раз тогда лес произрастал гораздо выше в горах по сравнению с современным положением. Потом в XIV веке начался Малый ледниковый период, и граница леса опустилась на 80–100 метров. И с 20-х годов XX столетия мы наблюдаем потепление, т.е. идет обратный процесс. Таким образом, современный лес наступает на следы леса средневекового, погибшего в результате похолодания.

Беседу вел Павел КИЕВ