Сибирская дендрохронологическая лаборатория
Отбор дендрохронологического материала
Полевые работы нашей лаборатории проводится ежегодно по двум основным направлениям. Первое - экологическое, связанное с исследованием природных условий произрастания древесной растительности и количественной оценкой событий прошлого. Второе - историческое, ориентированное на определение возраста сооружения памятников археологии и архитектуры.
Экологическое направление
Связано с проведением отбора образцов с произрастающих деревьев и остатков древесины, сохранившихся на дневной поверхности (полупогребенной) в условиях труднодоступной местности. Объектом наших исследований как правило выступает сосна обыкновенная, лиственница сибирская и сосна сибирская. В зависимости от территории расположения участка и целей исследования, процесс планирования работ и подход к отбору образцов может разниться. Однако, в общем работа выполняется по единому алгоритму.
I. Предварительный анализ района исследования с привлечением космоснимков/карт и др. доступной информации. По результатам выполнения которого отмечаются наиболее перспективные участки древесной растительности. Далее, исходя из общего расположения намеченных участков составляется оптимальный экспедиционный маршрут.
II. Натурное обследование перспективных участков. Многолетний опыт полевых исследований Сибирской дендрохронологической лаборатории показал, что можно выделить отдельные природные зоны, в условиях которых проведение работ по отбору образцов имеет свою специфику.
Верхняя граница леса
В условиях сурового горного климата (лимитирующий фактор - температура) основным объектом для отбора древесных образцов выступает лиственница сибирская, в отдельных случаях - сосна сибирская. При отборе образцов в этой зоне мы отдаем предпочтение каменистым, выположенным (с небольшим перепадом высот - плакор) участкам с хорошим увлажнением и слабой задернованностью.
Опыт полевых работ по продлению древесно-кольцевых хронологий показал слабую перспективность участков с сильным уклоном. Это связано двумя моментами, первый - произраставшие в прошлом на крутом склоне деревья имеют выраженные эксцентричные кольца, второй - после гибели они медленно “сползают” вниз по склону и скапливаясь в руслах весеннего водостока и понижениях ландшафта, - перегнивают. Кроме того, слабо перспективны участки с древесными остатками, сохранившимися на задернованной растительностью поверхности, поскольку в таких условиях древесина быстро разрушается и/или сгорает при прохождении низовых пожаров.
При выполнении работ на верхней границе произрастания древесной растительности необходимо учитывать тот факт, что в условиях горной местности время доступности (открытости перевалов) и комфортного проведения экспедиционных работ ограничено периодом с конца июня по начало августа.
Степная и лесостепная зоны
В этой зоне мы как правило работаем с двумя древесными породами - сосна обыкновенная и лиственница сибирская. В условиях степной/лесостепной зоны основным лимитирующим фактором для произрастания деревьев выступает дефицит осадков. По этой причине при поиске участков для отбора образцов предпочтение отдается деревьям, произрастающим на хорошо дренированных почвах (со значительным поверхностным стоком), где деревьям на протяжении всего вегетационного периода испытывают дефицит влаги (например, на склонах южной экспозиции). Как правило, мы избегаем древесных насаждений, произрастающих в непосредственной близости от водоемов на заболоченных берегам рек и озер. Идеальной является ситуация, когда в степной зоне удается найти места с выходом скальных горных пород, на которых деревья произрастают куртинами или понижения в рельефе, где деревья формируют ленты. Желательно, чтоб деревья произрастали на участке с низкой задернованностью (продуктивностью), что снижает вероятность распространения пожаров и оказывает благотворное влияние на сохранность отмерших стволов деревьев. Эталонной является ситуация, когда участки отбора образцов испытывают минимальное антропогенное воздействие (т.е. они расположены на максимальном удалении от населенных пунктов, в местах малопригодных для ведения хозяйственной деятельности). В условиях данной зоны на эффективность проведения экспедиционных работ оказывают влияние затяжные проливные дожди, приводящие к наводнениям и размытию полотна грунтовых дорог.
Таежная (подтаежная) зона
Выбор участка отбора образцов зависит от древесной породы (сосна обыкновенная, сосна сибирская или лиственница сибирская). В условиях таежной (подтаежной) зоны деревья испытывают воздействие смешанного лимитирующего фактора. По этой причине немаловажным обстоятельством, определяющим выбор участка отбора образцов (т.е. условий произрастания деревьев) является постановка целей исследований.
Для сосны обыкновенной наиболее типичными для отбора являются участки леса на склонах и возвышенностях. Грунт в таких местах обычно песчаный, реже - это выходы гранитов, покрытых моховым и лишайниковым покровом. Преимущество отдается изреженным либо средней густоты древостоям, где сохранились перестойные сосны.
Лиственница в основной массе отбирается в смешанных лесах на слегка увлажненных суглинистых или супесчаных почвах, поросших кустарниками. Великовозрастные лиственницы обычно располагаются одиноко стоящими деревьями, которые заметно выбиваются размерами ствола и кроны из общего полога леса. Для закладки предпочтение отдается участкам с минимальным действием антропогенного фактора. Как и в лесостепной зоне доступность для проведения экспедиционных работ сильно зависит от погодных условий, делающих, при определенных условиях, лесные дороги совершенно непроходимыми.
Отбор кернов с произрастающих деревьев
Отбор образцов с произрастающих деревьев, в нашей лаборатории выполняется бурами Пресслера разной длины и диаметра (длиной от 300 до 1000 мм и диаметром от 5 до 12 мм). Их применение позволяет эффективно отобрать необходимое количество материала за небольшой временной интервал с минимальным ущербом для деревьев.
Процедура взятия образцов возможна, как вручную, так и с помощью аккумуляторного шуруповерта, оснащенного специальной насадкой и понижающим редуктором для контроля скорости и усилия вращения.
Перед началом работ по отбору образцов проводится описание участка. Полученная информация: название участка, GPS координаты, экспозиция, характеристики древостоя и т.д., - заносится в рабочую ведомость. Количество кернов, отбираемых с деревьев, зависит от стоящих научно-исследовательских задач и зоны в которой произрастают деревья. В лесостепной зоне мы, как правило, отбираем как минимум 25 кернов (т.е. 1 керн - 1 дерево), на верхней границе произрастания древесной растительности - 15. Отбор кернов осуществляется у корневой шейки или на высоте 1,3 м. Высота отбора кернов определяется условиями произрастания дерева, т.к. в экстремальных местообитаниях разница в количестве годичных колец на уровне корневой шейки и на высоте 1,3 м может быть весьма существенной. При наличии трещин и дефектов ствола (проявляется в виде фрагментация керна на кусочки), препятствующих отбору качественного керна буром диаметром 5 мм, мы применяем бур диаметром 12 мм, который в значительной мере позволяет обойти это ограничение. Сверление кернов производится в направлении перпендикулярном продольной оси ствола дерева, при этом важно, чтобы бур не отклонялся от перпендикулярного направления и проходил через сердцевинное кольцо или вблизи от него. К отбору кернов необходимо подходить особо тщательно, так как направление радиального бурения образцов в последующем определяет направление измерения характеристик прироста и качество хронологии (отклонение возможно лишь в пределах ширины зачищенной поверхности керна, но не более 4–5 мм). Керны обычно отбираются с деревьев разных возрастных групп, это облегчает поиск выпавших и «ложных» колец при выполнении процедуры перекрестной датировки. В случае отбора кернов, содержащих эксцентричные годичные кольца/сучки, они отбраковываются сразу при визуальном осмотре керна, а отбор керна производится заново. Если при осмотре керна на нем не видны годичные кольца, то, вероятно, бур нуждается в заточке. При сверлении старых деревьев у которых ствол содержит гниль, керны отбираются с разных сторон ствола на различной высоте, чтобы получить образец удовлетворительного качества.
В конечном итоге для каждого дерева с которого отобран керн, в учетной ведомости указывается: порядковый номер, диаметр и высота ствола дерева, его GPS координаты и фотографии . Вся информация заносится в учетную ведомость.
Керны упаковываются в специально подготовленные бумажные контейнеры (свернутый в трубочку и проклеенный лист бумаги формата А4). В таких контейнерах удобно транспортировать, сушить и хранить образцы до момента камеральной обработки (в пластиковых контейнерах они могут заплесневеть). На одном из контейнеров фиксируется следующая информация об участке сбора: код участка и керна, породный состав и дата взятия. Важно, чтоб внутренний диаметр контейнеров превышал диаметр древесных кернов, это необходимо для предотвращения перемешивания фрагментов керна, внутри контейнера.
Отбора образцов с остатков деревьев, сохранившихся на дневной поверхности/полупогребенной
Отмершая древесина - очень важный источник дендрохронологической информации, позволяющий существенно продлить древесно-кольцевые хронологии в прошлое (в нашем случае, удалось получилось непрерывную хронологию длительностью 3,5 тысячи лет). В ходе экспедиционных работ мы отбираем образцы с остатков древесины сохранившейся на дневной поверхности или частично/полностью погребенной в грунте.
Для взятия образцов с отмершей древесины применяются цепные бензопилы или электрические сабельные пилы. Образцы представляют собой поперечные спилы диаметром от 20 до 100 см в зависимости от сохранности древесины. Каждому найденному фрагменту древесины присваивается номер, производится фотофиксация, снимаются GPS координаты. Все данные вносятся в учетную ведомость. Древесный спил маркируется и упаковывается в стрейч-плёнку. В случае плохой сохранности (высокой фрагментации по трещинам и гнилям), перед упаковкой отдельные части такого образца тщательно маркируются, из них восстанавливается первоначальный вид спила для фотографии и только потом упаковываются.
При поиске фрагментов древесины, предпочтение отдается каменистым участкам, которые перемежаются курумниками, скальними выходами и дресвой, т.е. места где отсутствует растительный покров. Как правило в пределах участка, мы делаем сплошную выборку со всех найденных фрагментов древесины. В случаях, когда работы на месте проводятся впервые и образцов много, то для оценки потенциала спилы берутся случайным образом (на разной высоте над ур.м.) но не более 70 шт. Как показывает опыт такая стратегия обеспечивает построение тысячелетней древесно-кольцевой хронологии (с качественным перекрытием между сериями индивидуальными прироста), что позволяет оценить необходимость проведения дальнейших работ. При сборе образцов отмершей древесины предпочтение отдается не только большим и хорошо сохранившимся останкам (например, стволы деревьев), но и отдельным небольшим фрагментам. Особое внимание уделяется соответствию образцов ряду внешних признаков, которые указывают на значительный возраст древесных остатков, таких как: наличие на поверхности образца многочисленных следов разрушений от процесса выветривания, насыщенный и близкий к темно-красному/шоколадному цвет древесины и др.
Отбор древесных углей с археологических объектов и почвенных горизонтов.
Древесный уголь часто встречается в почвах, озерных и болотных отложениях четвертичного возраста, а также широко представлен в исторических и археологических памятниках. Тем не менее, до сих пор древесные угли считались не перспективными в дендрохронологическом плане материалом, пригодными только для определения видового состава и выполнения радиоуглеродного датирования. Однако развитие цифровых технологий и появление новых методических подходов сделало древесные угли крайне перспективным источником информации в дендрохронологии, особенно для участков с суровыми климатическими условиями (вследствие чего, даже небольшие угли содержат значительное число годичных колец). При отборе древесных углей в полевых условиях, основное внимание стоит уделить тщательной атрибуции и бережной упаковке, что позволит с минимальными потерям транспортировать их в лабораторию.
Историческое направление
При работе с архитектурными и археологическими памятниками мы преследуем две цели. Во первых, это установление времени заготовки древесины год/сезон, что необходимо для определения времени сооружения постройки. Во вторых, привлечение древесины с архитектурных и археологических памятников в степной/лесостепной зоне позволяет существенно продлить региональные древесно-кольцевые хронологии, тем самым получить принципиально новые (ранее не доступные) количественные данные о прошлом.
При отборе образцов с архитектурных и археологических памятников обязательным условием является их детальная атрибуция и фиксация. Как правило материал мы получаем в виде поперечных спилов, которые отбираются с деревянных элементов археологических сооружений и бревен, оставшихся после выполнения реставрационных работ на архитектурном памятнике. Толщина образцов зависит от степени сохранности древесины и изменяется в диапазоне от 20 до 80 мм (большая толщина затрудняет процедуру транспортировки, камеральной обработки и измерения годичных колец). При взятии поперечных спилов с растрескавшихся и подгнивших деревянных элементов, нужно аккуратно, не задевая древесину, удалить грунт примерно на 20 см по длине деревянной детали, затем, на участок выпиливания аккуратно обматывается клейкой лентой и с усилием стягивается. В ситуации, когда памятник археологии уже раскопан, но необходимо сохранить целостность открытых деревянных конструкций (in situ), с помощью цепной пилы можно выпилить клиновидные сектора. Как правило для предотвращения последующей деградации древесины образцов - производится упаковка их в пищевую пленку, затем образцы нумеруются с указанием объекта, стороны света, элемента деревянной конструкции, венца и тп. Очень важно данную информацию дублировать на самом образце (вкладывать внутрь пластиковую карточку) и в ведомости, т.к. не атрибутированный образец с точки зрения датировки памятника - бесполезен. Следует отметить, что лучше исключить использование клеевых пропиток, так как дальнейшая камеральная обработка образца может быть затруднена или невозможна.
В настоящее время при работе с памятниками архитектуры окружного (федерального) значения отбор поперечных и клиновидных спилов невозможен, поскольку: а) затруднительно получить официальное согласие органов надзора или собственников домов, т.к. отбор образцов связан с нанесением ущерба эстетическому виду, теплоизоляционным свойствам постройки; б) ограничено количество мест для взятия образцов, во многих случаях это возможно осуществить только с нижних венцов здания, с торцов, на строго ограниченном участке; в) невозможно отобрать образцы с построек с углами в «лапу». По этой причине для отбора образцов мы используем буры для взятия кернов.
Как правило для взятия образцов мы используем несколько видов буров. Условно их можно разделить на два типа - для влажной и сухой древесины. При отборе материала с сохранившихся в мерзлоте деревянных элементов археологических построек (как правило это древесина влажностью более 70 %) лучше воспользоваться буром Пресслера. Детально специфика отбора материала с таких построек изложена в работе Мыглан В.С., Жарников З.Ю., Визгалов Г.П., 2011. В случае, если при отборе образцов археологической древесины, деревянные элементы не нужно сохранять “in situ” для последующей консервации мы используем цепные пилы.
Использование бура Пресслера малоэффективно при отборе образцов с архитектурных построек где сохранилась кровля, что обеспечивает воздушно-сухое состояние влажности древесины стен и кровли, например, - Зашиверская церковь. В этом случае, бур Пресслера чрезвычайно сложно ввернуть на первоначальном этапе бурения, из-за чего часто происходило разрушения (смятия) периферийных (подкоровых) колец (Мыглан В.С., Слюсаренко И.Ю., Майничева А.Ю., 2009, Андреев и др., 2022, С. 284). Для получения качественного профессионального результата, в этом случае лучше использовать специальные буры для отбора образцов из сухой древесины. В своей практике мы использовали разные буры (первый производитель
- http://www.rinntech.de/content/view/32/53/lang,english/index.html, второй производитель - borers schneidwerkzeugmechanik.de). В настоящее время при работе мы используем буры второго производителя.
Важно отметить, что применение буров не наносит ущерб внешнему виду конструкции. Появляется возможность взять оптимальное количество образцов с любой необходимой части здания, т.е. выборочно отобрать образец из любого намеченного участка бревна, где сохранилось подкоровое кольцо или содержащего максимально возможное количество колец. Именно применение буров для сухой древесины позволило нам отобрать и получить обобщенные древесно-кольцевые хронологии хорошего качества по Казымскому, Братскому, Илимскому острогам и пр. архитектурным постройкам (Мыглан В.С., Слюсаренко И.Ю., Майничева А.Ю., 2010; Мыглан В.С. и др., 2010а, 2010б, 2010в). К безусловным достоинствам такого способа отбора образцов необходимо отнести высокую эффективность работы, т.е. за короткий промежуток времени можно отобрать значительное количество образцов. Кроме того, как показал опыт работы в п. Березово использование таких буров позволяет эффективно датировать кирпичные (каменные) строения, путем установления времени заготовки древесины для сооружения деревянных элементов и потолочных перекрытий (Мыглан В.С., Ведмидь Г.П., Майничева А.Ю., 2010).
Важным моментом, на котором стоит заострить внимание, является вопрос - сколько надо отобрать образцов для надежной датировки памятника? Как показала практика, если возможно, то необходимо отобрать максимально их количество (идеально - по одному с каждого элемента постройки). Это позволит в дальнейшем не только надежно установить время рубки деревьев для сооружения постройки, но и выявить следы более поздних перестроек отдельных элементов сооружения . Минимальное количество образцов зависит от особенностей (климатических, природных и степени антропогенной нагрузки) региона исследования и объектов изучения, но желательно отбирать не менее 20 образцов с одного объекта исследования.
Особое внимание необходимо уделить вопросам маркировки и упаковки образцов древесины. В дальнейшем это позволит избежать ошибок атрибуции при камеральной обработке и измерении образцов. Так например, керны взятые буром для сухой древесины из элемента постройки подвержены фрагментации (разломе керна на мелкие части). В случае если количество разломов невелико и каждую часть образца можно подписать, то такой керн нумеруется следующим образом оба края первого разлома нумеруют 0, второго 1, третьего 2 и т. д. (схематично это можно представить так --0/0---1/1----2/2 — и. т. д.). Такой способ маркировки обеспечивает надежную идентификацию частей керна. В случае если керн развалился на 6 и более частей, то образец выбрасывается и берется повторный. Для упаковки образцов используются бумажные контейнеры диаметром на 1–1,5 мм больше чем диаметр керна.
В отдельную частную задачу можно выделить построение древесно-кольцевых хронологий для датировки архитектурных и археологических памятников. Это связано с тем, что для значительного количества районов исследования такая задача нами (Сибирская дендрохронологическая лаборатория) решена - создана открытая для свободного доступа сеть опорных дендрохронологических станция для степной и лесостепной зон Сибири (https://www.sibdendro.com/dostignutye-rezultaty).
Тем не менее, в ряде случаев требуется проведение работы по построению древесно-кольцевой хронологии для датировки древесины из памятников. Идеальным является вариант, когда старые деревья произрастают недалеко от построек и их возраст превышает предполагаемую дату сооружения построек на 100 и более лет. На практике, из-за массовых заготовок леса в прошлом для хозяйственных нужд (строительства/отопления и т.п.) и пожаров возраст деревьев рядом с населенным пунктом не превышающий 120–150 лет. Единственным выходом из такой ситуации является сбор в исследуемом районе материала со старых деревянных построек, с целью построения древесно-кольцевой хронологии необходимой длины (путем проведения перекрестной датировки серий прироста с произрастающих деревьев и разновозрастных архитектурных построек). Это существенно увеличивает объем работ и может занять значительное время (например, для Тарского района Омской области хронология пригодная для датировки археологической древесины XVI в. строилась 9 лет, для Новосибирской области - 12 лет). Однако, несмотря на разные варианты и сложности, конечным итогом работы нашей лаборатории становится построение календарно привязанной длительной древесно-кольцевой хронологии по району исследования, пригодной для датировки архитектурных и археологических памятников.
