https://www.thermofisher.com/ru/ru/home/products-and-services/promotions/russia-promos.html?cid=PJT6312-WPR2373-russiapromos-FURL-0620-EU
Подписаться
Оглавление
Биомолекула

Я спросил у ясеня: как биофизические методы работают в социально-гуманитарных исследованиях

Я спросил у ясеня: как биофизические методы работают в социально-гуманитарных исследованиях

  • 159
  • 0,0
  • 0
  • 1
Добавить в избранное print
Обзор

Годичные кольца дуба, срубленного в 1991 году в лесном массиве Шпессарт (Германия, территория земель Бавария и Гессен).

Статья на конкурс «Био/Мол/Текст»: Многим людям интересны сообщения, что археологи совершили очередное открытие, произвели датировку сенсационной находки или уточнили хронологию тех или иных событий. Вот только методы, к которым прибегают гуманитарии для атрибуции артефактов, часто оказываются для заинтересованного человека, профессионально не связанного с исторической наукой, тайной за семью печатями. Между тем, археологи, лишённые письменных источников (ввиду отсутствия письменности у создателей памятника культуры или по какой-то другой причине), делают достаточно уверенные заключения относительно эпох и периодов, к которым относятся обнаруженные ими предметы обихода людей минувшего. В действительности, естественнонаучные методы изучения артефактов материальной культуры человечества давно вошли в привычный арсенал археологов и историков. Постараемся разобраться, как растения помогают ученым заглянуть в прошлое и определить возраст предметов старины, исследовать катаклизмы прошедших эпох, изобличить подделки и даже расследовать преступления.

Конкурс «Био/Мол/Текст»-2021/2022

Эта работа опубликована в номинации «Биофизика» конкурса «Био/Мол/Текст»-2021/2022.

«БиоЛайн»

Партнер номинации — компания «БиоЛайн».


BIOCAD

Генеральный партнер конкурса — международная инновационная биотехнологическая компания BIOCAD.


«Диаэм»

Генеральный партнер конкурса — компания «Диаэм»: крупнейший поставщик оборудования, реагентов и расходных материалов для биологических исследований и производств.


«Альпина нон-фикшн»

«Книжный» спонсор конкурса — «Альпина нон-фикшн»

Сложно найти человека, который никогда в жизни не обращал внимания на годичные кольца на стволах спиленных деревьев. Действительно, человечество использует древесину повсеместно: как топливо, строительный материал, для изготовления мебели, оружия, создания удивительных произведений искусства. Люди давно обратили внимание на сложную текстуру древесного материала, порождающую порой причудливые узоры. Первые упоминания о годичных кольцах связывают с трудами «отца ботаники» — древнегреческого мыслителя и натуралиста Теофраста, жившего в IV–III веках до нашей эры [1]. Позднее, в XV веке, в «Трактате о живописи» Леонардо да Винчи указывал на то, что деревья образуют кольца каждый год, а их форма и толщина зависят от факторов окружающей среды и территории, на которой росло дерево [2]. Почему же известного живописца так заинтересовала текстура дерева, созданная годичными кольцами? Дело в том, что большинство своих самых известных работ (включая «Джоконду», «Мадонну», «Крещение Христа», «Даму с горностаем», «Спасителя мира» и многие другие шедевры) Леонардо написал не на холсте, а на деревянном панно, составленном из соединенных торец в торец деревянных досок. Техника живописи на холсте в то время, безусловно, уже существовала, но многие творцы эпохи Ренессанса предпочитали писать именно на дереве, отдавая дань традициям живописи Античности.

В дальнейшем многие философы и мыслители Нового времени задавались вопросом о том, что же нам могут поведать эти концентрические круги на древесных спилах. Однако вряд ли они могли даже представить, сколько удивительных историй о прошлом и настоящем могут поведать нам деревья, хранящие память не только о войнах, эпидемиях и природных бедствиях, но и о будоражащих наше воображение предметах искусства. И лишь к концу XIX века эти молчаливые свидетели истории начали говорить.

Властелины колец

Увидев вековой дуб, чей ствол не обхватить совместно руками нескольких человек, редкий человек не задастся вопросом — сколько же ему лет? Однако дерево может поделиться с нами информацией не только о своем возрасте. Со школьных времен мы знаем, что кольца на стволе представляют собой своеобразный «паспорт» древесных жизненных форм растений; многие отмечали для себя неоднородную структуру этого узора. Действительно, логика поэтапного нарастания годичных колец зависит от множества факторов окружающей среды: географической широты, температуры, сезонной влажности, солнечной радиации, концентрации углекислого газа в атмосфере, розы ветров, вулканической активности, минерального состава почвы и т.д. [3], [4]. Следовательно, анализируя строение ныне живущих деревьев, можно сделать вывод об условиях, в которых они произрастали. Как же использовать это знание, если мы хотим заглянуть в прошлое на тысячи и даже десятки тысяч лет? На Земле есть живые деревья, чей возраст насчитывает более 4000 лет, но это ли предел наших возможностей? К счастью, нет. Стараниями настоящих повелителей годичных колец — ученых-дендрохронологов — мы можем заглянуть в доцивилизационные времена, сделать вывод о климате доисторических эпох, стать свидетелями ярких событий в человеческой истории. Давайте разберемся с тем, как это сделать.

Итак, годичные слои прироста древесины являются результатом активности камбия в вегетационный период. Камбий представляет собой участок образовательной ткани, расположенный между лубом и древесиной и состоящий из тонкостенных клеток, способных к делению. В начале периода вегетации формируются крупные тонкостенные клетки у хвойных и мелкие сосуды у лиственных деревьев. В результате этого в годичном кольце образуются различающиеся по размерам и форме кластеры клеток: ранняя (весенняя) и поздняя (нарастает летом или осенью) древесина. Переход между клетками ранней и поздней древесины обычно плавный и едва заметный, в то время как граница между летним слоем предыдущего года и весенним последующего, как правило, резко заметна. На границе позднего и раннего слоев образуется слой терминальной древесины, состоящей из толстостенных сплюснутых клеток. Видимые кольца возникают в результате смены скорости роста в зависимости от сезона (чередования благоприятных и неблагоприятных для роста сезонов) (рис. 1). Таким образом, одно кольцо обычно отмечает один года жизни дерева. Кольца лучше видны на деревьях, растущих в зонах с умеренным климатом, где времена года различаются более заметно по температуре и количеству осадков [5].

Лириодендрон

Рисунок 1. Поперечный срез ствола четырехлетнего лириодендрона под микроскопом. Четко различима структура четырех годичных колец, разделенных слоями терминальной древесины. У лиственных пород деревьев клетки древесины образуют сложные узоры, уникальные для каждого вида. А — ранняя древесина; Б — поздняя древесина; В — терминальная древесина; 1–4 — годичные кольца. Круглые области — трахеи и трахеиды (сосуды), предназначенные для проведения воды. Последовательность крупных сосудов из ранней древесины и более мелких сосудов из поздней древесины создает четкую текстуру. Сосуды с крупной апертурой формируются в более влажные, благоприятные для вегетации периоды времени.

Berkshire Community College Bioscience Image Library, рисунок адаптирован

Что же это получается? Неужели ученые ходят по лесам с топорами наперевес и рубят вековые деревья в угоду своим публикационным целям? На самом деле нет. Безусловно, объектом изучения для дендрохронологии являются стволы давно срубленных растений, срубы домов и деревянные предметы материальной культуры, но и без изучения живых деревьев никак не обойтись. В этих целях применяют методику забора радиального керна путем сверления живого модельного дерева «возрастным» буром. В результате мы получаем вполне репрезентативный материал, не беря грех на душу (рис. 2).

Забор керна из ствола живого дерева

Рисунок 2а. Забор керна из ствола живого дерева

Забор керна из ствола живого дерева

Рисунок 2б. Забор керна из ствола живого дерева

На извлеченном керне можно различить чередование тех самых годичных колец. Теперь дело за «малым»: ученому-дендрохронологу необходимо проанализировать толщину колец на нескольких десятках деревьев одного вида, произрастающих в сходных условиях на одной территории и сделать абсолютную и относительную датировку колец. Узор, созданный чередованием колец определенной толщины, неповторим и уникален для каждой отдельно взятой популяции древесных жизненных форм растений. Относительная датировка позволяет определить, насколько раньше или позже было срублено/повалено ураганом конкретное дерево по сравнению с другими на основе сравнения разницы в формировании подкорковых колец. Абсолютная датировка заключается в определении точной календарной даты (конкретного года) абсолютно всех колец на исследуемом дереве (как правило, погибшем и превращенным человеком в какой-либо предмет или использованном в строительстве). В этом случае никак не обойтись без знания даты взятия пробы (керна) у живого дерева, которое можно перекрестно продатировать с мертвыми [6].

Собственно, здесь и крылся до недавних времен самый злой «дьявол» дендрохронологии: временная шкала, построенная для, например, Шотландии, была бесполезна в датировках материала, собранного в Китае или США. Биогеоценозы ревнивы и требуют от ученых персонального дендрохронологического анализа для каждого из них. Измерение толщины прироста колец позволяет построить графики прироста для всех проанализированных образцов и выявить общий тренд. Здесь, как правило, используется линейная модель, учитывающая различные факторы, влияющие на прирост: воздействие климата, вредителей и антропогенных факторов, а также плодоношение и факторы старения. Такая методика позволяет выделить наиболее значительно влияющий фактор, что хорошо иллюстрирует климатологические и экологические исследования (рис. 3) [7]. Полученные данные впоследствии можно связать с отраженными в документальных свидетельствах знаковыми событиями в истории человечества, такими как переселение народов или снижение численности населения, вызванные засухами.

Динамика радиального прироста ранней древесины

Рисунок 3. Динамика радиального прироста ранней древесины 10 образцов дуба черешчатого на временном интервале 1860–2000 гг. Пики на графике отражают минимальные и максимальные значения прироста в тот или иной год. Интерпретация причин появления этих пиков позволяет делать выводы о, например, количестве осадков и интенсивности ультрафиолетовой радиации в определенный сезон.

Когда графики прироста построены и полученные данные усреднены, мы можем приступить к самому «вкусному» в дендрохронологических исследованиях — погружению вглубь веков с использованием метода перекрестной датировки (cross-dating method). Здесь исследователям помогают любые деревянные объекты: от высохших стволов относительно недавно поваленных деревьев до деревянных археологических памятников, предметов старины и ископаемых стволов. Для построения дендрологической временной шкалы, уходящей в прошлое за несколько тысячелетий, необходимо иметь несколько образцов с одной территории, имеющих хронологическое перекрытие с наиболее старыми из ныне растущих деревьев на 50–70 лет. На рисунке 4 наглядно показан принцип работы метода перекрестной датировки. Ученые ищут совпадения в логике чередования наиболее ранних годичных колец определенной толщины у ныне живых деревьев с кольцевой текстурой поздних колец на стволах мертвых. Поскольку дата взятия пробы у растущего сейчас дерева известна, то по совпадениям такого рода можно продлить хронологию на уже отжившие свое экземпляры. Аналогично этот прием работает и для более древних эпох: можно найти совпадения по толщине между ранними кольцами на бревнах старых домов (чья дата постройки документально известна) и поздними радиальными узорами на деревянных элементах археологических памятников (рис. 4) [8].

Логика построения дендрохронологической шкалы при перекрестном датировании

Рисунок 4. Логика построения дендрохронологической шкалы при перекрестном датировании. Ученые строят шкалу для датировки, основываясь на совпадении в чередовании колец с одинаковой толщиной, двигаясь в прошлое по цепочке «живые деревья → мертвые деревья → ныне существующие деревянные постройки → деревянные археологические памятники → окаменевшие деревья».

[9], рисунок адаптирован

Таким образом, имея непрерывную на протяжении сотен и даже тысяч лет хронологию, мы можем делать выводы о физических факторах, повлиявших на рост деревьев множество веков назад. Череда толстых колец откроет нам глаза на Великий голод, вызванный аномально обильными для Европы осадками, погубившими урожай. Тонкий слой ранней древесины прольет свет на знаменитые Малый ледниковый период и Год без лета. Международные дендрохронологические базы данных помогут установить имя мастера, создавшего чудесную скрипку. Мир дендрохронологических исследований широк, спектр прикладного применения поистине необъятен. Далее мы увидим, что же смогли рассказать ученым деревья на страницах публикаций, сделанных в течение последних нескольких лет.

Старший брат

Основные принципы дендрохронологического датирования были заложены еще во второй половине XIX века. Открытие в первом десятилетии ХХ века явления изотопии показало новые горизонты не только перед химической и физической науками. Уран, свинец, калий, аргон и другие элементы стали отличными помощниками в определении возраста различных образцов. Однако лучшим партнером для дендрохронологии стал именно углерод. Идея анализировать возраст старинных образцов, содержащих карбон, была предложена У.Ф. Либби в 1946 году, так что у метода датировки по древесным кольцам была почти вековая фора по сравнению с младшим братом. Дендрохронология, в отличие от радиоуглеродного датирования, Нобелевской премии не снискала (так как ей повезло появиться на свет до знаменитого завещания Альфреда Нобеля), но стала незаменимым помощником в калибровке радиоизотопных шкал (рис. 5).

Ученые шутят

Рисунок 5. Ученые шутят. Метод радиоуглеродного датирования стал прекрасным (хоть и слегка неожиданным) партнером для дендрохронологии в исследованиях по датированию углеродсодержащих объектов. Скетч В.Б. Вольфендена, 1972 г.

[10], рисунок адаптирован

Углерод существует на Земле в виде двух стабильных изотопов — 12С и 13С — и одного радиоактивного: углерода-14, постоянно образующегося под воздействием космических лучей. Как и стабильные собратья, радиоактивный изотоп вступает в реакции с кислородом, образуя необходимый для фотосинтеза в цикле Кальвина углекислый газ и фиксируется в растениях. Именно поэтому деревья оказались идеальными архивными хранилищами уровня содержания радиоактивного изотопа 14С, равномерно распределенного в атмосфере. Содержание стабильных изотопов углерода в биологических объектах после их смерти остается неизменным, а радиоактивный 14С постепенно распадается. Следовательно, анализируя соотношение стабильного и радиоактивного углерода в археологическом материале, можно сделать вывод о его возрасте на дистанции до 55 тыс. лет назад. Такое ограничение связано с периодом полураспада 14С [11].

Однако содержание радиоуглерода в атмосфере Земли может довольно резко измениться в определенные годы из-за повышения или снижения солнечной активности и серьезно спутать карты хронологу. К счастью, такие изменения прекрасно отражаются на изотопном составе целлюлозы древесных колец. В результате, используя данные дендрохронологии, ученые могут понять, в какие календарные годы произошли эти скачки, и сделать поправку в своей шкале радиодатировки. Работая в паре, эти два метода позволяют получать точные данные, избегая ошибок, связанных с воздействием космических факторов физической природы [12].

Примером такого успешного тандема является исследование, опубликованное в журнале Nature в 2018 году. Международной группе ученых из объединения COSMIC удалось доказать, что событие Мияке — значительные повышения содержания углерода-14 в древесных образцах 774 и 993 годов н.э., собранных в Японии, — носили поистине планетарный масштаб [13]. Скачок был настолько резким и сильным, что позволил назвать солнечные вспышки, ставшие их причинами, самыми сильными за весь исторический период развития человечества. Следы этого события были обнаружены в образцах древесных колец по всей Земле. Ранее уже упоминалось, что для дендрохронологических шкал, построенных для разных территорий на основе различных видов деревьев, сложно найти общий знаменатель. В своей работе авторы проанализировали содержание 14C в 484 отдельных годичных кольцах, образовавшихся во временных диапазонах 770–780 и 990–1000 гг. н.э. у деревьев на пяти разных континентах и обнаружили четкие совпадения пропорций между стабильным и радиоактивным углеродом у разных образцов по всему свету в эти годы. Схожие данные получили и гляциологи: в кернах льда, отобранных в Гренландии и Антарктиде, обнаружилось значительное повышение содержания радиоактивного изотопа бериллия (10Be) в конце VIII и X веков н.э. (рис. 6). Всё это позволило вплотную приблизиться к согласованию данных дендрохронологических датировок, полученных в разных регионах и построению единой всемирной шкалы, основанной на взаимной калибровке радиоуглерода и древесных шкал с точностью до одного года [14].

Географическое распределение 44 точек, ставших источниками исследуемых образцов

Рисунок 6. Географическое распределение 44 точек, ставших источниками исследуемых образцов. Синим цветом обозначены точки Северного полушария, красным — Южного. Зеленый — образцы с «плавающими» датировками, которые удалось абсолютно календарно датировать, используя радиоданные по событию Мияке. Желтыми звездочками отмечены данные датировок по гляциологическим образцам (пробам ледяных кернов), содержащие информацию о скачках содержания радиобериллия (данные согласуются с дендрообразцами).

[14], рисунок адаптирован

Интересно, что авторы публикации нашли следы описываемых событий и в исторических архивах раннего Средневековья. Британские астрономы VIII века н.э. отмечали регулярное появление «красного креста в небе, похожего на кровавое северное сияние» в промежутке между 773 и 776 годами. Врач Томас Шорт (1690–1772 гг.) упоминал запись из «Хроник Титмара Мерзебургского», сделанную 7 января 993 года: «…в один из ночных часов, внезапно, как в полдень, в ночи засиял свет. Это длилось час, затем небо стало красным и ночь вернулась…» [15].

Значимость полученных данных сложно переоценить: в этом исследовании впервые была подтверждена глобальная межконтинентальная согласованность локальных дендрохронологических датировок. Подобные работы открывают удивительные горизонты для наук об исторической летописи нашей планеты. Еще совсем недавно погрешность радиоуглеродного датирования на предельных временных отрезках измерялась сотнями лет, что позволяло всевозможным приверженцам альтернативных исторических взглядов предъявлять к хронологам массу претензий. Появление методик, основанных на глобальной привязке абсолютных календарных датировок образцов с разных концов Земли к уровням протонного солнечного излучения может дать нам в будущем возможность безошибочно датировать даже верхнепалеолитические образцы не только по годам, но и по сезонам (основываясь на логике прироста уже упомянутых выше ранней и поздней древесин)!

Камни, пираты и искусство

I. Камни

Засушливым летом 2018 года жители чешского города Дечин стали очевидцами зловещего предзнаменования, высеченного на прибрежных камнях обмелевшей Эльбы. Необычно жаркое лето способствовало понижению уровня одной из главных водных артерий североморского бассейна до рекордно низких отметок. Надписи на выступивших из-под воды камнях гласили: «Если увидишь меня — плачь», «Мы плакали — Мы плачем — И вы будете плакать», «Тот, кто когда-то увидел меня, плакал. Тот, кто увидит сейчас, будет плакать». Наиболее старая из записей была датирована 1616 годом (рис. 7). Пугающие тексты появились там не случайно: в жизни средневековых европейских земледельцев Эльба была символом жизни, питающим поля, дающим жизнь домашнему скоту. Продолжительные засухи и обмеление реки сулили людям лишь слезы, голод и смерть. Увиденное озадаченными жителями Дечина — не что иное, как «Камни голода» — одни из самых древних гидроэкологических памятников в мире из числа созданных рукой человека. Этнические немцы, селившиеся на территории современной Чехии в XV–XVIII веках, делали эти надписи в периоды сильного понижения уровня воды в Эльбе с целью дать будущим поколениям такое оригинальное предупреждение о ждущих их бедах, если уровень воды вновь опустится так низко.

Один из так называемых «Камней голода»

Рисунок 7. Один из так называемых «Камней голода», обнажившихся во время значительного понижения уровня воды в Эльбе (Дечин, Чешская Республика, 23 августа 2018 г.). Вырезанная в камне на немецком языке надпись гласит — «Если увидишь — меня плачь». Наиболее давняя из высеченных дат: 1616 г.

Подобные предупреждения заинтересовали не только историков. Климатологи решили выяснить, действительно ли изображенные на камнях даты соответствуют губительным засухам, периодически мучившим население Европы на протяжении последней тысячи лет. И конечно же, такой взгляд в прошлое не обошелся без дендрохронологии. Анализ динамики нарастания древесных колец позволил ученым разработать модельный «Атлас засух Старого Света» для Европы, а также территорий Средиземноморского бассейна, и соотнести полученные данные с информацией о засухах, содержащейся в исторических источниках [16].

Великая засуха 1921 года распространилась на всю Западную Европу. Авторы не приводят информации для России, но из истории Отечества всем нам хорошо известен голод в Поволжье, случившийся в том же году из-за гибели значительного количества посевов [17]. Сухой 1893 год пришелся на период инструментальных наблюдений за погодой. Представленная на рисунке модель демонстрирует тот же 50–90%-ный дефицит осадков, который мы можем встретить и в отчетах метеорологов конца XIX века [18]. Голод в Ирландии (1740–1741 гг.) обычно связывают с резким похолоданием, но, как мы можем видеть на графике, осадки также могли внести свой вклад в эту трагедию и усугубить ситуацию. Великие засухи на чешских землях 1540 и 1616 годов («подарившие» нам те самые «Камни голода») нашли широкое отражение и в документальных исторических источниках, и в дендроклиматическом моделировании: вся дельта Эльбы испытывала в тот период сильный дефицит воды (рис. 8) [19].

С другой стороны, не только засухи были способны сулить голодную смерть людям. Великий европейский голод 1315–1317 годов был одной из самых известных катастроф в позднесредневековой европейской истории. Резкое сокращение численности населения Европы было вызвано многолетним периодом непомерной влажности, сделавшей производство продуктов питания практически невозможным. Количество осадков резко возросло уже в 1314-м, но по-настоящему катастрофическим стал следующий год: в 1315-м произошел повсеместный неурожай в большинстве, если не во всех странах Европы: от Пиренеев до славянских регионов, от Шотландии до Италии [20]. Построенная авторами модель прекрасно отразила и это событие: вся Европа на рисунке покрыта ярко-зеленым цветом, соответствующим резкому избытку влаги (рис. 8).

Дендроклиматическое моделирование карты осадков

Рисунок 8. Дендроклиматическое моделирование карты осадков. а — На рисунке представлены результаты дендроклиматического моделирования количества осадков для пяти значительных засух, отраженных в исторических документах. Цветовые маркеры (от коричневого к зеленому) обозначают соответственно дефицит/избыток осадков по отношению к среднему значению для второго тысячелетия н.э. (в исследовании оно принято за нулевое значение). бКрасным графиком показана дендромодель количества осадков (по отношению к среднему для тысячелетия значению). Сегменты на графике: MCA — Средневековая климатическая аномалия; LIA — Малый ледниковый период; MOD — современный период инструментальных климатических наблюдений.

[16], рисунок адаптирован

Полученные данные о европейской динамике выпадения осадков очень четко согласовывались с информацией о засухах из составленного ранее дендроклиматического атласа для Северной Америки. В Средние века коренное население Нового Света климатической летописи не вело, и ученым было попросту невозможно провести аналогии между американскими дендрохронологическими данными и отсутствующими документальными свидетельствами. Однако сопоставление и калибровка данных с европейскими результатами исследования позволили сделать вывод о том, что пять описанных учеными засух носили поистине глобальный характер для всего Северного полушария.

II. Пираты

Эпоха Великих географических открытий предоставила людям не только новые горизонты для исследования мира, но и поспособствовала появлению одного из ярчайших феноменов в истории человечества, серьезно повлиявшего на политическую ситуацию в Вест-Индии — карибского пиратства, романтизированного в массовой культуре. Корсары, пираты, флибустьеры, каперы и буканьеры стали героями множества исторических романов и художественных фильмов. Расцвет активности морских разбойников пришелся на вторую половину XVII — начало XVIII веков и был запечатлен в мировой истории как Золотой век пиратства. Причины появления и исчезновения этого явления носят преимущественно политический и социально-экономических характер: конфликты за торговые пути и богатства Нового Света побуждали европейские державы потворствовать пиратам и даже нанимать их на вполне официальную службу. С подписанием Утрехтского соглашения, положившего конец Войне за испанское наследство, европейские монархи утратили потребность в разбойниках на жаловании, и воды карибского бассейна постепенно забыли о пиратах (рис. 9). Именно такая информация известна нам из курса истории Нового времени, однако редко те или иные события в жизни человеческого общества развиваются в отрыве от условий окружающей среды. Группа ученых из лаборатории исследования годичных колец (LTRR) Университета Аризоны (США) решила по-новому взглянуть на причины резкого подъема активности рыцарей «Веселого Роджера» в период с 1650 по 1730 год.

Захват пирата Эдварда «Чёрная борода» Тича

Рисунок 9. Захват пирата Эдварда «Чёрная борода» Тича. Историческая живопись американского художника Жана Леона Жерома Ферриса.

Ученые обратили внимание на то, что расцвет пиратства совпадает с временными рамками Минимума Маундера — резкого сокращения количества солнечных пятен, вызвавшего наиболее холодную фазу Малого ледникового периода. На протяжении всего «Золотого века пиратства» было зарегистрировано около 50 солнечных пятен, в то время как в другие аналогичные по длительности периоды времени их обычно бывает 40–50 тысяч [21]! Безусловно, деревья не могли не отреагировать на такое резкое падение уровня солнечной радиации. Дендрохронологи проанализировали динамику нарастания древесных колец одного из долгоживущих видов сосны (P. elliottii var. Densa) на побережье архипелага Флорида-Кис и соотнесли полученную информацию с хорошо задокументированными свидетельствами о кораблекрушениях испанских торговых судов на Карибах. Исторические документы указывали на то, что тропические циклоны были основными причинами гибели 657 кораблей до 1640 года. Лишь в 1650-м пальму первенства в этом трагичном соревновании у циклонов забрали пираты [22]. Авторы сопоставили временное распределение процента погибших в циклонах кораблях и годы прироста тонких/толстых древесных колец у прибрежных сосен и обнаружили удивительные совпадения в датировках (рис. 10) [23].

Кораблекрушения, годичные кольца и уровень солнечной радиации

Рисунок 10. Временное сопоставление регистрации кораблекрушений (по причине ураганов), нарастания угнетенных годичных колец и уровня солнечной радиации. Удивительно малое для карибского бассейна количество штормовых кораблекрушений приходится именно на Маундеровский Минимум. Этому же времени соответствует отсутствие нарастания угнетенных древесных колец у сосны косой (P. elliottii var. Densa).

[23], рисунок адаптирован

В своей публикации ученые привязывают массовое появление угнетенных годичных колец к высокой активности циклонов. Косая сосна выступила здесь идеальным кандидатом для дендрохронологического анализа: этот вид толерантен к колебаниям температуры, влажности и уровню солнечной радиации. Зато плохо переносит штормовые ветра и повышенные концентрации соли, которую способен принести в прибрежные почвы мощный тропический циклон вместе с морской водой. Все это позволило сосредоточиться на основной причине появления угнетенных годичных колец — ураганах. Авторы обнаружили, что в период с 1650 по 1715 годы тонкие древесные кольца у сосен практически не встречаются, что позволяет говорить о том, что в это время тропические циклоны не тревожили Карибское море. Дендрохронологический анализ указывает на 75%-ное понижение циклонической деятельности в «Золотой век пиратства» по сравнению с предыдущими и последующими годами. После 1715 года количество циклонов резко увеличивается, по сравнению с периодом Минимума Маундера (рис. 11) [23].

Картирование циклонической деятельности в Карибском море

Рисунок 11. Картирование циклонической деятельности в Карибском море и временное распределение годичных колец сосны косой. а — Пространственное распределение документальных свидетельств о погибших в штормах кораблях с 1715 по 2010 годы (залиты черным маркером). Белыми линиями обозначены направления движения циклонов в аналогичный период времени. Красный сектор — участок акватории радиусом 160 км, способный повлиять на нарастание годичных колец в отобранном дендрохронологическом материале. б — Поперечный спил сосны косой. На рисунке видно отложение серии нормальных годичных колец (до 1715 года) и угнетенных (после 1715 года), что соответствует верхним хронологическим рамкам Минимума Маундера и «Золотого века пиратства».

Таким образом, общее понижение температуры воздуха, вызванное Минимумом Маундера, привело к охлаждению воды в Атлантическом океане. Холодные воды обладают меньшей кинетической энергией и гораздо реже порождают циклоны. Спокойное море позволило торговым компаниям нести меньше потерь в штормах и увеличивать количество своих кораблей, повышая тем самым количество потенциальных жертв для пиратов. А что оставалось морским разбойникам? Грабить, грабить и еще раз грабить плывущие по безмятежному морю барки и каравеллы.

III. Искусство

Антонио Страдивари за свою почти вековую жизнь создал множество шедевральных музыкальных инструментов. Секрет их звучания и по сей день является предметом исследований и споров в среде скрипичных мастеров, историков музыки и даже химиков. Ученые пытались раскрыть эту тайну, анализируя структуру лакового покрытия, особенности произрастания и хранения древесины, послужившей материалом для его инструментов [24].

Великий мастер умер почти 300 лет назад, оставив нам немало загадок. Одна из них сумела поссорить не только музыковедов, но и дендрохронологов. Датирование деревянных музыкальных инструментов — одно из любимых занятий специалистов в области изучения древесных колец; этому направлению посвящено множество публикаций. Технология производства верхней и нижней дек струнно-смычковых инструментов делает их очень удобными для дендрохронологического датирования (рис. 12) [25].

Технология изготовления скрипичной деки

Рисунок 12. Технология изготовления скрипичной деки. а — Деку собирают из двух отдельных деревянных деталей с радиальным расположением колец (левая половина деки отвечает за звучание низких нот, правая — за звучание высоких). В центре деки находятся внешние (наиболее молодые) годичные кольца. б — Участок колец для дендрохронологического датирования. Белыми стрелками показаны внешние кольца (исходящие из внешней части дерева) с обеих сторон деки скрипки. Датировка этих колец имеет решающее значение для определения возраста инструмента. в — Процедура выемки древесины из ствола для сборки деки.

[25], рисунок адаптирован

Особенный интерес в профессиональной среде дендрохронологов вызвала загадка одной из работ Страдивари — потрясающе сохранившаяся скрипка «Мессия». В 1939 году она была подарена Музею Эшмола (Оксфорд, Англия) фирмой частных коллекционеров W.E. Hill&Sons, годом ранее отклонившей предложение о покупке инструмента от самого Генри Форда. Коллекционеры посчитали, что «Мессия» не должна быть сокрытой от людских глаз собственностью баснословного богатого любителя старины, а служить открытым источником вдохновения для современных мастеров. Внутренняя сторона нижней деки инструмента была снабжена биркой с надписью «Antonio Stradivari, 1716», что прекрасно соответствовало «Золотому периоду» творчества Страдивари. Однако спустя 60 лет в мире культуры разгорелись нешуточные споры о подлинности хранящейся в музее скрипки. Историки музыки и музейные работники не без оснований с осторожностью доверяют артефактам, полученным из частных коллекций. На то есть причины: мы знаем немало примеров искусных подделок, почти неотличимых от оригинала. Масла в огонь подлил авторитетный нью-йоркский эксперт в области истории струнно-смычковых музыкальных инструментов Стюарт Полленс, заявивший, что «Мессия» является всего лишь репликой известных работ Страдивари, созданной Жаном-Батистом Вийомом в XIX веке. Такие разговоры безусловно наносили репутационный вред эшмоловскому музею и, в конечном итоге, побудили хранителей коллекции обратиться к дендрохронологам за помощью [26].

Данные, полученные одним из коллективов ученых на основе экспериментальной авторской методики дендрохронологического датирования, показали сенсационную временную отметку для внешних колец на деке — 1844 год! Музейные работники были в панике: неужели оцененная в 20 миллионов долларов скрипка — всего лишь очень качественная реплика? На их счастье, к организации исследования, давшего такую датировку, у комьюнити древесных хронологов возникли серьезные вопросы [27]. Перекрестное датирование со скрипкой Страдивари «Вильгельм», чья подлинность не вызывает сомнений, выявило полное совпадение узора годичных колец на деках у двух инструментов. Такая идентичность может говорить о том, что материалом для производства этих инструментов послужило одно и тоже дерево. Самые свежие кольца «Вильгельма» были датированы 1689 годом по половине деки, отвечающей за высокие ноты, и 1701 годом по басовой стороне [25]. Окончательная точка в вопросе подлинности «Мессии» была поставлена совсем недавно. В 2021 году было опубликовано исследование, объединившее данные по хронологии годичных колец итальянских лиственниц и особенности климата Европы. Авторы построили биофизические уравнения, связывающие воедино толщину прироста колец на разных участках скрипичной деки и температуру воздуха. Рассчитанные в итоге индексы прироста были наложены на усредненные температурные кривые для Северного полушария в XV-XX веках (рис. 13) [28].

Средние температуры и прирост годичных колец

Рисунок 13. Сравнение кривой средних температур для Северного полушария (черный график) и кривой индекса прироста годичных колец на деке скрипки «Мессия» (красный график).

[28], рисунок адаптирован

Кривая индекса прироста годичных колец визуально совпала с графиком средних температур наилучшим образом именно в период XVII века. Точка наилучшего совпадения двух линий на рисунке приходится на 1701 год, что соответствует самому молодому кольцу. Такая аналогия говорит нам о том, что дерево, превращенное рукой мастера в чудесный инструмент, срубили именно тогда. Следовательно, материал для скрипки был подготовлен к работе и использован при жизни Антонио Страдивари, умершего в 1737-м, и никак не мог послужить сырьем для работ более поздних мастеров.

Заключение

Растения могут многое рассказать нам. Кто знает, какие еще открытия подарит нам их долгая жизнь и крепкая память? Современная наука может призвать на помощь истории, археологии, антропологии, климатологии и многим другим областям знания не только силу годичных колец. Палинологический анализ способен помочь сыщикам пройти по следу преступника и поймать убийцу. Сухая трава, в которой австрийская полиция обнаружила тело жертвы, является идеальным источником пыльцы растений и спор грибов, характерных для той или иной местности. Исследовав образцы палинологического материала на одежде убитого, судебные эксперты сопоставили их с набором пыльцы нескольких растений, обнаруженном на вещах предполагаемого убийцы, и доказали, что злоумышленник побывал на том же месте в тоже время, что и его жертва: комбинация пыльцевого состава совпала полностью по видовому составу и периоду цветения [29]. Преступнику оставалось только сознаться в содеянном под давлением улик, но это уже совсем другая история...

Литература

  1. Studhalter R.A. (1956). Early history of crossdating. Tree-Ring Bulletin. 21, 31–35;
  2. da Vinci L. Trattato della Pittura. Rome, 1817. — p. 396;
  3. Franco Biondi, Ignacio Galindo Estrada, Juan Carlos Gavilanes Ruiz, Alejandro Elizalde Torres. (2003). Tree growth response to the 1913 eruption of Volcán de Fuego de Colima, Mexico. Quat. res.. 59, 293-299;
  4. Martin P. Girardin, Frédéric Raulier, Pierre Y. Bernier, Jacques C. Tardif. (2008). Response of tree growth to a changing climate in boreal central Canada: A comparison of empirical, process-based, and hybrid modelling approaches. Ecological Modelling. 213, 209-228;
  5. Speer J. The fundamentals of tree-ring research. University of Arizona Press, 2012. — 360 p.;
  6. Douglass A.E. (1943). Notes on the technique of tree-ring analysis, V: Practical instruments. Tree-Ring Bulletin. 10, 10–16;
  7. Аминева К.З., Уразгильдин Р.В., Кулагин А.Ю. (2014). Прирост стволовой древесины дуба черешчатого (Quercus robur L.) в условиях техногенного загрязнения. «Биосфера». 6, 388–399;
  8. Emil W. Haury. (1944). Dating Prehistoric Ruins by Tree-Rings. W. S. StallingsJr. , (General Series, Bulletin No. 8, Laboratory of Anthropology, Santa Fe, 1939.). Am. antiq.. 10, 106-107;
  9. Trouet V. Tree story: the history of the world written in rings. Baltimore: Johns Hopkins University Press, 2020. — 256 p.;
  10. Ferguson C.W. Dendrochronology of Bristlecone Pine Prior to 4000 B.C. Tucson, AZ: Laboratory of Tree-Ring Research, University of Arizona, 1972. — 9 p.;
  11. J van der Plicht, C Bronk Ramsey, T J Heaton, E M Scott, S Talamo. (2020). Recent Developments in Calibration for Archaeological and Environmental Samples. Radiocarbon. 62, 1095-1117;
  12. Bernd Kromer. (2009). Radiocarbon and dendrochronology. Dendrochronologia. 27, 15-19;
  13. Fusa Miyake, Kentaro Nagaya, Kimiaki Masuda, Toshio Nakamura. (2012). A signature of cosmic-ray increase in ad 774–775 from tree rings in Japan. Nature. 486, 240-242;
  14. Ulf Büntgen, Lukas Wacker, J. Diego Galván, Stephanie Arnold, Dominique Arseneault, et. al.. (2018). Tree rings reveal globally coherent signature of cosmogenic radiocarbon events in 774 and 993 CE. Nat Commun. 9;
  15. Short T.A. General chronological history of the air, weather, seasons, meteors, & c. in sundry places and different times. London: T. Longman and A. Millar, 1749. — 534 p.;
  16. Edward R. Cook, Richard Seager, Yochanan Kushnir, Keith R. Briffa, Ulf Büntgen, et. al.. (2015). Old World megadroughts and pluvials during the Common Era. Sci. Adv.. 1, e1500561;
  17. Pipes R. Russia under the bolshevik regime. Knopf Doubleday Publishing Group, 2011. — p. 413;
  18. Frederick J. Brodie. (1894). The great drought of 1893, and its attendant meteorological phenomena. Q.J.R. Meteorol. Soc.. 20, 1-30;
  19. R. Brázdil, P. Dobrovolný, M. Trnka, O. Kotyza, L. Řezníčková, et. al.. (2013). Droughts in the Czech Lands, 1090–2012 AD. Clim. Past. 9, 1985-2002;
  20. Henry S. Lucas. (1930). The Great European Famine of 1315, 1316, and 1317. Speculum. 5, 343-377;
  21. Ilya G. Usoskin, Rainer Arlt, Eleanna Asvestari, Ed Hawkins, Maarit Käpylä, et. al.. (2015). The Maunder minimum (1645–1715) was indeed a grand minimum: A reassessment of multiple datasets. A&A. 581, A95;
  22. Marx R.F. Shipwrecks in the Americas. New York: Crown Publishers, 1983. — 552 p.;
  23. Valerie Trouet, Grant L. Harley, Marta Domínguez-Delmás. (2016). Shipwreck rates reveal Caribbean tropical cyclone response to past radiative forcing. Proc Natl Acad Sci USA. 113, 3169-3174;
  24. Jean-Philippe Echard, Loïc Bertrand, Alex von Bohlen, Anne-Solenn Le Hô, Céline Paris, et. al.. (2010). The Nature of the Extraordinary Finish of Stradivari’s Instruments. Angewandte Chemie International Edition. 49, 197-201;
  25. Katarina Čufar, Micha Beuting, Blaž Demšar, Maks Merela. (2017). Dating of violins – The interpretation of dendrochronological reports. Journal of Cultural Heritage. 27, S44-S54;
  26. John Topham, Derek McCormick. (2000). FOCUS: A Dendrochronological Investigation of Stringed Instruments of the Cremonese School (1666–1757) including “The Messiah” violin attributed to Antonio Stradivari. Journal of Archaeological Science. 27, 183-192;
  27. Henri D. Grissino-Mayer, Paul R. Sheppard, Malcolm K. Cleaveland, Paolo Cherubini, Peter Ratcliff, John Topham. (2010). Adverse implications of misdating in dendrochronology: Addressing the re-dating of the “Messiah” violin. Dendrochronologia. 28, 149-159;
  28. Schwartz M. (2021). Re-dating the "Messiah" violin attributed to Antonio Stradivari. Mediterranean Archaeology and Archaeometry. 21, 29–35;
  29. Martina Weber, Silvia Ulrich. (2016). Forensic Palynology: How Pollen in Dry Grass Can Link to a Crime Scene. Soil in Criminal and Environmental Forensics. 15-23.
https://www.dia-m.ru/news/programma-vebinarov-i-meropriyatiy-diaem/

Комментарии