Скрити уроци за климата в годишните пръстени на вековните дървета

Реколта, пожари, епидемии: как полярното струйно течение диктува екстремното време и живота в Европа през вековете и до днес

• Годишните пръстени на вековни дървета – включително черната мура от Пирин – пазят „архив“ как полярното струйно течение формира екстремното лятно време в Европа. 
• “Дървесното” знание помага да разбираме днешните горещи вълни и пожари и да подобряваме ранните предупреждения.
• Екстремното време не е ново явление, но днес се проявява по-често и с по-голяма сила. Подобно и в миналото, климатичните аномалии са оставяли силен отпечатък върху живота на хората.
• Данните показват „огледални“ лета: когато на Балканите е сухо и горещо, в Британските острови и Южна Скандинавия често е хладно и влажно.
• По-северна позиция на струйното течение е свързана с повече и по-обхватни горски пожари на Балканите, а влажните и хладни лета носят риск за реколти и епидемии.
• Разчитането на „паметта“ на горите е ключ към по-умна адаптация в земеделието, горите и защитата от пожари.

Климатът на Европа от векове се дирижира от невидим въздушен поток – полярното струйно течение (Polar Jet stream). Изследване в Nature – с участието на българския учен и автор на текста доц. Момчил Панайотов показва, че годишните пръстени на вековни дървета – включително черна мура от Пирин – пазят следи за това как струйното течение е оформяло екстремното време в миналото. Тези „архиви“ помагат да разберем днешните горещи вълни, пожари – и да подобрим ранните предупреждения.

Всичко започва преди 15 години, когато доц. Момчил Панайотов посещава Швейцарския федерален научен институт WSL в Цюрих и представя на екипа на дендрохронологичната лаборатория досегашната си работа в различни гори в България, сред тях и красивите и много стари черна мура (Pinus heldreichii) и бяла мура (Pinus peuce) в Пирин. Дава и конкретни идеи в какви проучвания може да са полезни данните, закодирани в техните годишни пръстени. Става ясно, че и екипът на института има интерес към черната мура и дори вече е започнал проучвания по темата в Албания. 

Старите дърветата могат да достигнат и надхвърлят възраст от над 1000 години. Големият въпрос е: как да разчитаме информацията от тези природни “хард дискове”? 

^{Фиг 1.: Момчил Панайотов в момент на вземане на проба от много възрастна мура в Пирин. Снимка: Яница Карамаркова}

Две истории в един годишен пръстен

Черната мура расте високо в планините – предимно на слънчеви, скалисти склонове с много плитки почви. Върху растежа ѝ – наред с плитките почви – едновременно действат два основни лимитиращи фактора: краткото и прохладно лято (температура) и бързото изсъхване на почвата след валежи (наличие или не на влага). Поради плитките почви, стръмния терен и мраморната основа водата се губи бързо и дърветата могат да изпитат суша през лятото дори на голяма надморска височина.

В дендрохронологията ключовото правило е: най-ограничаващият фактор оставя най-силен сигнал в годишните пръстени. Затова за изследване на валежи и суша се вземат проби от по-сухи места (скалисти терени с плитки почви на по-ниска надморска височина), а за температурни колебания – от високопланински гори, където летните температури са основният лимитиращ фактор.

При черната мура обаче двата фактора често действат едновременно, така че в един и същи годишен пръстен може да е закодирана информация и за суша, и за температура. Това прави разчитането на “архивът” трудно и в миналото е възпрепятствало по-широкото използване на хилядолетния вид за климатични реконструкции. Но изследванията от последните 15-20 години показват, че ключът за разграничаването на двата сигнала (за сушата и температурите) е в измерването на промените в плътността на късната дървесина.

Годишните пръстени като климатичен архив
 Дърветата си “записват” всяка година в годишен пръстен. Класически най-използвана като сигнал за миналото е широчината на годишния пръстен. Но в други параметри се крие допълнителна и често по-добре закодирана информация. Т.нар. „Максимална плътност на късната дървесина“ (Maximum Latewood Density, MXD) е тясно свързана и силно чувствителна към летните температури (юли–август). Именно тогава дърветата укрепват клетъчните стени на проводящите клетки (трахеиди) и натрупват въглеродо-съдържащи вещества в тях. Ако температурният режим е неблагоприятен, което във високите планини е студено време, се натрупват по-малко вещества в стените и съответно плътността е по-ниска. Затова стойностите на MXD отразяват топлинните условия на летния сезон и са ценен източник на информация за миналия климат. В статията ще наричаме MXD за по-кратко плътността на дървесината. Сравнявайки MXD на черна мура на Балканите и растежа на бял бор в Шотландия, учените откриват противоположни сигнали в тези пръстени — следи от различните летни режими, свързани с позицията на полярното струйно течение.

^{Фиг. 2: Сегмент от проба от черна мура. Всяка видима ивица е един годишен пръстен, тъмната ивица е т. нар. “късна дървесина” с плътност, варираща според летните условия (предимно температура), използва се като косвен показател за варирането на температурите в миналото. Снимка: Момчил Панайотов}

Когато времето е по-топло, фотосинтезата се усилва и дърветата произвеждат повече въглехидрати. Част от този въглерод се „вгражда“ в клетъчните стени и повишава плътността на дървесината (MXD). Тази връзка е потвърдена и при черната мура: измервания на стари дървета от Пирин показват, че по-високите летни температури водят до по-висока MXD.

Черната мура и белият бор: огледални истории за климата 

Екипът на д-р Валери Трoуе (WSL) открива ясно негативна корелация между MXD на черна мура в България, Албания и Гърция и растежа на бял бор в Шотландия (Trouet et al., 2011): когато на Балканите лятото е горещо и сухо, на Британските острови и в Южна Скандинавия често е хладно и влажно. Това потвърждава известния на климатолозите феномен: лятното време в Северозападна и Югоизточна Европа често е противоположно или огледално и е следа за различни позиции на полярното струйно течение (Polar Jet Stream).

Фиг. 3: Вековна черна мура в Пирин. Снимка: Момчил Панайотов

Тези хронологии на годишни пръстени от двата региона могат да бъдат използвани за реконструиране на позицията на полярното струйно течение, което пряко влияе върху климатичните различия във въпросните части на Европа. Това откритие е значимо, тъй като инструменталните метеорологични наблюдения обхващат само последните десетилетия, докато годишните пръстени дават вековен (дори хилядолетен) архив за климатичните колебания.

Полярното струйно течение – невидимият диригент на времето

Полярното струйно течение накратко
Полярното струйно течение е тесен, бърз въздушен поток на 7–12 км височина, който обикаля Земята от запад на изток между 40° и 60° с.ш. със скорост около 100-200 км/ч, на височини между 7 и 12 км. Позицията и вълнообразните му отклонения определят къде се задържат зони на високо/ниско налягане — и така влияят върху горещи вълни, валежи и бури. През лятото струйното течение отслабва и „вълните“ му могат да се застопоряват за дни и седмици, което създава по-трайни екстремни условия.

Полярното струйно течение е част от глобалния кръговрат на атмосферата и е резултат от насрещното движение на два потока въздух, движещи се във високите части на атмосферата – единият с топъл въздух от тропиците към полюса, а другият – със студен въздух от полярните области към екватора. 

^{Фиг. 4 Тези два потока се отклоняват в източна посока в следствие въртенето на Земята образувайки струйното течение. То се задвижва от разликите в температурата на въздуха между областите, разположени на север и на юг от него.} 

Струйното течение в атмосферата може да си представим като голяма небесна река. При типични зими, когато температурните разлики между полюсите и екватора са най-големи, тази „река“ обичайно тече бързо и почти по права линия, само с няколко плавни извивки. През лятото температурните разлики намаляват, потокът се забавя и реката започва да се “извива” все по-силно. Тези завои могат да останат дълго на едно и също място и както бентовете задържат или пускат водата – така и струйното течение може да „заключи“ определени метеорологични условия над даден регион за дни или дори седмици.

Дърветата и тяхната климатична памет

И тук е ключовата роля на най-старите дървета, включително и в България, които пазят информация за цялата планета назад във времето, а проучването го доказва. То установява, че с данните от измерванията на редиците на годишните пръстени могат да се установят и покажат минали местоположения на полярното струйно течение. Това откритие е силна мотивация за продължаване на трудоемките измервания на плътността на дървесината и за удължаване на съществуващите хронологии.

Хронологии от три дървесни вида След години съвместна работа, учените създават редици от годишни пръстени, които позволяват да се проследят климатични промени назад във времето:Черна мура (Pinus heldreichii) – 425 проби от България, Гърция и Албания, обхващащи периода 760 – 2015 г.Бял бор (Pinus sylvestris) – 679 проби от живи и суб-фосилни дървета в Шотландия, за периода 1300 – 2010 г.Европейска лиственица (Larix decidua) – 180 проби от Алпите, покриващи 755 – 2004 г.Тези данни дават рядката възможност да се погледне към климата на Европа в продължение на повече от 1200 години.

Колкото повече парченца имаме от един пъзел, толкова по-ясно виждаме цялата картина. По същия начин – когато изследователите разполагат с много проби от дървета, те могат да подредят по-надеждна и подробна времева линия, отколкото ако работят само с няколко проби. Тази нова информация предоставя ценни данни за климатичните изследвания и помага за по-доброто разбиране на климатичните промени в дългосрочен план.

^{Фиг. 5: Момент на взимане на проба от вековна черна мура в Пирин. Поради растеж на стръмни скалисти терени, понякога се налага допълнително осигуряване с въжета. На снимката: Момчил Панайотов. Снимка: Нели Николова}

Какво показват данните от миналото?

Учените показват, че екстремните климатични условия оставят силен отпечатък върху хората и екосистемите. Критично сухи и горещи лета – както и обратните, по-влажни периоди – влияят пряко върху добивите от ключови култури (зърно, лозя и др.) и върху поминъка на хората. Вероятно ефектите обхващат и много други растителни видове, но за миналите епохи липсват достатъчно надеждни данни, което ограничава точната им и адекватна оценка.

^{Фиг. 6: Увеличено изображение на годишни пръстени на черна мура. Светлата част от пръстена е “ранна дървесина”, тъмната – “късна дървесина”. Измерва се общата широчина на пръстена и широчината на ранната и късна дървесина. По-трудно, но по-информативно е измерването на варирането на плътността и особено плътността на късната дървесина. Снимка: Момчил Панайотов} 

„Когато сравним реконструкцията в години с по-слаби реколти или години, при които е имало затруднения при прибиране на реколтата, се вижда, че тази тенденция вероятно е довела и до проблеми с основните зърнени култури и други видове екстремни метеорологични условия“, обяснява Труе. По думите й това дава представа за видовете екстремни събития и социалните последици, които можем да очакваме, ако тази траектория продължи.

Както сухите условия, така и прекалено честите или обилни валежи могат да повлияят на земеделските култури. Това е основното обяснение за по-слаби реколти в района на Западна и Северозападна Европа при години с необичайно валежни лета. 

Сухите лета означават повече и по-мощни пожари, дъждовете и хладното време – епидемии

В Европа данните за пожарните режими са по-оскъдни. Въпреки това проучвания на черна и бяла мура в Пирин (Vasileva & Panayotov, 2016) и на черен бор в Гърция (Chrisopoulou et al., 2013) и Турция (Sahan et al., 2021) позволяват да се проследят годините с големи пожари и връзката им с положението на полярното струйно течение. Резултатите показват, че при северно изместване на струйното течение — създавайки сухо и горещо лятото на Балканите — множество дървета в различни долини на Пирин и съседните планини имат следи от огън, свидетелстващи за по-чести и обхватни пожари.

^{Фиг. 7: Вековна черна мура в Пирин. Снимка: Момчил Панайотов}

Годините с влажен и хладен климат могат да влияят върху здравето на хората, защото създават условия за епидемии. Добре изследвани са връзките между много влажни години и избухване на епидемии от чума в миналите векове. Това важи и за други болести, при които климатичните условия пряко или косвено влияят на вероятността от възникване и разрастване на епидемия. 

В миналото подобни климатични условия са били особено значими, тъй като хората не са имали средства за контрол на процесите: с напоителни системи или ефективни мерки за борба с пожарите, за събиране на информация за пандемии и противодействието им чрез лекарства или санитарни мерки. Но дори и с напредъка в технологиите и управленските системи, ние оставаме изключително зависими от климатичните условия — особено от екстремните ситуации.

Последните лета отново показаха уязвимостта на Югоизточна Европа: необичайно високи температури и продължителна суша. Реколтите отслабнаха, а при част от овощните видове почти липсваше продукция. Горите също пострадаха — изсъхнаха дървета, устоявали на предишни стресове. Няколко екстремни пожара през летата на 2024 г. и 2025 г. се разраснаха бързо и обхванаха големи площи, поставяйки службите на сериозно изпитание. Щетите са значителни, а възстановяването на засегнатите територии ще изисква много ресурси и време. Тези лета се характеризираха и с по-северно разположение и по-забавен Jet Stream и това резултира в по-сухо и горещо време в района на България.

Събитията изглеждат изненадващи, но са предвидими 

Тук е ключовият принос на изследването: то обосновава какви ситуации можем да очакваме при нетипично северно или южно отклонение на полярното струйно течение, стъпвайки на прогнози за неговата позиция и сила. Благодарение на днешните сезонни прогнози за месеци напред, които стават все по-точни, може да се предвиди дали лятото ще се характеризира с по-голяма вероятност за значителни суши или обратното. Съответно на база на аналогия с предходните ситуации може да се предвиди какви ще са повишените рискове и да се започне навременна подготовка и превенция още преди негативните ситуации да се разгърнат.

^{Фиг. 8: Много често най-възрастните дървета са със сухи върхове, но това не значи, че загиват. Вековна черна мура в Пирин. Снимка: Момчил Панайотов}

В миналото горските пожари на Балканите са се случвали по-често, когато струйното течение е заемало по-северна позиция, водеща до сухи и горещи лета, сочат данните в изследването. Това подчертава как силно естествената променливост на струйното течение може да влияе върху обществата и подсказва, че при бъдещо затопляне и по-голяма климатична нестабилност рискът от екстремни явления също ще се повлиява и може да нараства. Познаването на конкретните конфигурации на струйното течение може да ни помогне за по-точно прогнозиране на екстремни събития занапред.

Вековните дървета от българските планини напомнят, че екстремното време не е новост, но днес се случва много по-често и с по-голяма сила. Разбирането на тези закономерности може да се окаже ключово за това как ще се адаптираме в бъдеще.

Проучването в Nature
“Влияние на полярното струйно течение върху европейския климат и селското стопанство от 1300 г. насам” („Jet stream controls on European climate and agriculture since 1300 CE“)Изследването е публикувано в едно от най-престижните научни списания – Nature.То е резултат от дългогодишно сътрудничество между учени от водещи институции:Laboratory of Tree-Ring Research, University of Arizona (САЩ)University of Cambridge, Department of Geography (Великобритания)Swiss Federal Institute for Forest, Snow and Landscape Research WSL (Швейцария)Stockholm University (Швеция)Лесотехнически Университет (България) и др.Сред авторите са някои от най-значимите имена в палеоклиматологията през последното десетилетие: Valerie Trouet, Ulf Büntgen, Jan Esper, Paul J. Krusic, Fredrik C. Ljungqvist, Rob Wilson, Andrea Seim, Momchil Panayotov, Francis Ludlow, Claudia Hartl, Isabel Dorado-Liñán и др.

В публикацията са използвани материали от: 

1. Jet stream controls on European climate and agriculture since 1300 ce 
2. Harvests, wildfires, epidemics: How the jet stream has shaped extreme weather in Europe for centuries | ScienceDaily 
3. Tree-ring data reveal how the jet stream has shaped extreme weather in Europe for centuries
4. Trouet, V., Panayotov, M. P., Ivanova, A. & Frank, D. A pan-European summer teleconnection mode recorded by a new temperature reconstruction from the northeastern Mediterranean (AD 1768–2008). Holocene 22, 887–898 (2012).
5. Christopoulou, A., Fulé, P. Z., Andriopoulos, P., Sarris, D. & Arianoutsou, M. Dendrochronology-based fire history of Pinus nigra forests in Mount Taygetos, Southern Greece. For. Ecol. Manage. 293, 132–139 (2013).
6. Vasileva, P. & Panayotov, M. Dating fire events in Pinus heldreichii forests by analysis of tree ring cores. Dendrochronologia 38, 98–102 (2016).
7. Şahan, E. A. et al. Fire history of Pinus nigra in Western Anatolia: a first dendrochronological study. Dendrochronologia 69, 125874 (2021).

Източник: Скрити уроци за климата в годишните пръстени на вековните дървета, Климатека

Авторът на статията доц. д-р Момчил Панайотов преподава Дендрология в Лесотехническия университет (ЛТУ). Активно проучва планински гори, тяхната история и развитие, както и влиянието на различни фактори върху процесите в тях (старите гори на Рила, Пирин, Родопите, Стара планина и Витоша). Сред любимите му теми е отражението на климатичното вариране и екстремните климатични прояви в годишните пръстени на дървесните растения и разчитането на вековните „архиви“. Той е председател на Българска асоциация по ски свободен и екстремен стил (БАССЕС) и е силно ангажиран с темата за обучения по лавинна безопасност и предотвратяване на лавинни инциденти. Част е от софийския отряд на Планинска спасителна служба към БЧК.

Още по темата

31/05/2022

Животът

Рекордът за "най-старо дърво в света" има нов претендент в Чили. Дърво, по-старо от писмеността (видео)

01/06/2018

Животът

Най-старото дърво в Европа е на 1230 години и още расте

02/12/2016

Земята

През 15-ти век в Европа е имало мистериозен "ледников период"

03/09/2016

Животът

Най-старото дърво в Европа расте в Гърция