Введение
Глава 1. Стабильные изотопы углерода и кислорода в годичных кольцах деревьев в палеоклиматологических и экофизиологических исследованиях 17
1.1. Стабильные изотопы углерода в годичных кольцах деревьев 18
1.2. Стабильные изотопы кислорода в годичных кольцах деревьев 21
1.3. Стабильные изотопы углерода и кислорода, как двойной подход к интерпретации экофизиологического и климатического сигналов 24
1.4. Применение экофизиологических и процессных моделей для интерпретации 13C и 18O в годичных кольцах хвойных 25
Глава 2. Материалы и методы исследования 26
2.1. Oбъекты и районы исследования 26
2.2. Характеристика исследуемых участков 32
2.2.1. Cеверо-восток Якутии (YAK) 32
2.2.2. Восточная часть полуострова Таймыр (TAY) 35
2.2.3. Высокогорный Алтай. Монгун тайга (MOG) 39
2.3. Метеорологические данные 40
2.4. Отбор образцов древесины для анализа стабильных изотопов углерода и кислорода 42
2.4.1. Подготовка древесных образцов к анализу стабильных изотопов углерода и кислорода 43
2.4.2. Экстракция целлюлозы из годичных колец деревьев и подготовка образцов к анализу 45
2.5. Измерение стабильных изотопов углерода и кислорода 46
2.5.1. Корректировка данных по соотношению 13С/12C и 18O/16О в целлюлозе годичных кольцах деревьев 47
2.5.2. Корректировка данных по соотношению 13С/12C относительно 13С атмосферного СО2 47
2.5.3. Дополнительные корректировки данных по соотношению 13С/12С относительно 813С атмосферного СОг и «пин» коррекции 1, 2 порядка 47
2.6. Расчет эффективности использования воды древесными растениями (iWUE) 48
2.7. Методы и модели реконструкции климата 48
2.8. Применение экофизиологических моделей для описания погодичной изменчивости стабильных изотопов в годичных кольцах на примере деревьев лиственниц, произрастающих на северо-востоке Якутии 51
2.8.1. Модели, описывающие соотношение стабильных изотопов углерода в годичных кольцах деревьев 51
2.8.1.1. Модель - «813С Орхидея» 51
2.8.1.2. Модель -LPX - Bern 52
2.8.1.3. Модель наземной биосферы (CLM 4.5) 54
2.8.1.4. Экофизиологическая имитационная модель Беньковой-Шашкина (BS) 54
2.8.2. Модели, описывающие соотношение стабильных изотопов кислорода в годичных кольцах 56
2.8.2.1. Механическая модель Роден-Лин-Элирингер (RLE) 57
2.8.2.2. Модель - «8180 Орхидея» 59
Глава 3. Изменения климата и окружающей среды на северо-востоке Якутии 60
3.1. Изотопный состав (813С, 818O) в древесине и целлюлозе годичных колец лиственниц Каяндера для средневекового и современного периодов 60
3.2. Построение длительных хронологий по 813С и 8180 в целлюлозе годичных колец лиственниц Каяндера с 516 г. н. э. по 2004 г. н. э 67
3.3. Климатические факторы, оказывающие влияние на изменение соотношения стабильных изотопов углерода и кислорода в годичных кольцах 69
3.4. Реконструкции климата для северо-востока Якутии по данным стабильных изотопов углерода и кислорода в целлюлозе годичных колец лиственниц Каяндера 69
3.4.1. Реконструкция температуры воздуха июля по данным 13С в целлюлозе 70
3.4.2. Реконструкция дефицита упругости водяного пара в июле по данным 13С в целлюлозе 71
3.4.3. Реконструкция суммарной продолжительности солнечного сияния в июле по данным 18О в целлюлозе 73
3.5. Особенности климатических изменений на cеверо - востоке Якутии 74
3.6. Применение экофизиологических моделей в исследовании биогеохимических циклов растительных экосистем 75
3.6.1. Сравнительный анализ измеренных и моделируемых данных по стабильным изотопам углерода 77
3.6.2. Оценки гидрологического режима по модельным данным соотношения стабильных изотопов кислорода 84
3.7. Выводы к главе 3 90
Глава 4. Тысячелетние изменения климата и окружающей среды на востоке Таймыра 91
4.1. Длительные хронологии по содержанию стабильных изотопов углерода и кислорода в целлюлозе годичных колец лиственниц Гмелина 91
4.1.1. 13С в целлюлозе годичных колец лиственниц Гмелина с 516 г. по 2009 г. н.э 91
4.1.2. 18O в целлюлозе годичных колец лиственниц Гмелина с 516 г. н.э. по 2009 г. н.э 92
4.2. Kлиматические факторы, оказывающие влияние на изменение соотношения стабильных изотопов углерода и кислорода 93
4.3. Реконструкция осадков июля по соотношению стабильных изотопов углерода в целлюлозе годичных колец 93
4.4. Реконструкция климатического индекса арктической циркуляции мая по данным 8180 в целлюлозе годичных колец лиственниц Гмелина для восточной части полуострова Таймыр 95
4.5. Выводы к главе 4 97
Глава 5. Изменения климата и окружающей среды в Алтае-Саянской Горной стране 98
5.1. Длительные хронологии по содержанию углерода и кислорода в целлюлозе годичных колец лиственницы сибирской 98
5.1.1. 813С в целлюлозе годичных колец лиственниц с 520 г. н.э. по 2016 г. н.э.. 98
5.1.2. 818О в целлюлозе годичных колец лиственниц с 520 г. н.э. по 2016 г. н.э 99
5.2. Климатические факторы, оказывающие влияние на изменение соотношения стабильных изотопов кислорода и углерода 100
5.3. Климатические реконструкции по 813С и 818О в целлюлозе годичных колец 100
5.3.1. Реконструкция осадков июля 100
5.3.2. Реконструкция дефицита упругости водяного пара в июне 102
5.3.3. Реконструкция температуры воздуха июля 103
5.3.4. Реконструкция суммарной продолжительности солнечного сияния в июле 104
5.4. Выводы к главе 5 105
Глава 6. Эффективность использования воды хвойными в течение последнего тысячелетия 106
6.1. Трансект в высоких широтах 108
6.2. Сибирский трансект 112
6.3. Высокогорные районы (градиентный подход) 113
6.4. Эффективность использования воды деревьями в XX веке: оценка на основе измеренных и модельных данных 116
6.5. Выводы к главе 6 124
Глава 7. Изменение климата и условий окружающей среды в высокоширотных районах севера Евразии 125
7.1. Источники палеоклиматической информации из субарктики Евразии 125
7.1.1. Многопараметрический подход для сопоставления палеоклиматической информации по данным разных косвенных источников 126
7.2. Изменения климата на востоке Таймыра 127
7.2.1. Современный период 127
7.2.2. Средневековый период потепления. 128
7.2.3. Климатический оптимум 129
7.3. Многопараметрический подход для сопоставления палеоклиматической информации по данным разных косвенных источников 132
7.4. Общий палеоклиматический сигнал в хвойных для высокоширотных районов Евразии 142
7.4.1. Влияние летней температуры воздуха на рост хвойных 142
7.4.2. Влияние облачных и солнечных периодов на рост хвойных 143
7.4.3. Индикация изменчивости осадков и индексов северо-атлантических 146
(NAO) и арктических (АО) циркуляционных масс по данным стабильных изотопов 147
7.5. Выводы к главе 7 148
Глава 8. Многопараметрический подход к изучению изменения климата и условий окружающей среды на Алтае по данным стабильных изотопов в целлюлозе годичных колец, ледниковых кернов и озерных отложений 150
8.1. Многопараметрический подход 150
8.1.1. Изменчивость радиального прироста древесных растений 154
8.1.2. Соотношение 18O/16O в целлюлозе годичных колец деревьев и в ледниковом керне Белуха 155
8.1.3. Сравнительный анализ климатических реконструкций по данным содержания стабильных изотопов в годичных кольцах деревьев и донных отложений оз. Телецкое 159
8.2. Ограничения многопараметрического подхода 162
8.3. Выводы к главе 8 163
Глава 9. Экофизиологический отклик хвойных из высокоширотных и высокогорных районов Евразии на мощные стратосферные извержения вулканов 164
9.1. Аномалии, зафиксированные параметрами годичных колец деревьев и стабильными изотопами после стратосферных вулканических извержений 168
9.1.1. Климатические аномалии после стратосферных извержений 535 г. и 540 г. н.э 170
9.1.2. Климатические аномалии после стратосферного извержения вулкана Самалос 1257 г. н. э 178
9.1.3. Климатические аномалии после стратосферного извержения вулкана Паркер 1640 г. н. э 178
9.1.4. Климатические аномалии после стратосферного извержения вулкана Тамбора 1815 г. н. э 179
9.1.5. Климатические аномалии после стратосферного извержения вулкана Пинатубо 1991 г. н. э 180
9.2. Климатические функции отклика между метеорологическими данными и параметрами годичного кольца 183
9.2.1. Влияние температуры воздуха на рост хвойных после стратосферных извержений вулканов 184
9.2.2. Влияние атмосферных осадков и дефицита упругости водяного пара на рост хвойных после стратосферных извержений вулканов 186
9.2.3. Влияние продолжительности солнечного сияния на рост деревьев после стратосферных извержений вулканов 187
9.3. Климатические аномалии, зафиксированные после стратосферных извержений вулканов по данным годичных колец, ледниковых кернов и споро пыльцевых спектров 189
9.3.1. Температурные аномалии 189
9.3.2. Аномалии в гидрологическом режиме 193
9.3.3. Смещение фаз атмосферных циркуляционных масс 194
9.4. Выводы к главе 9 196
Заключение 197
Основные выводы 198
Список литературы 201
Приложение 233
