Dendrologia to jedna z najliczniej rozgałęzionych nauk botanicznych. Wiek XX przyniósł ogromny rozkwit poszczególnych dyscyplin, wprzęgając je w poszukiwania odpowiedzi na pytanie, jak i dlaczego zmienia się klimat. Przez świat przetacza się polityczna, gospodarcza, naukowa, a także publiczna debata, której najważniejszym celem jest przeciwdziałanie następstwom zmian klimatu bądź przystosowanie się do nich. Aby jednak poznać przyczyny zachodzących zmian, niezbędna jest wiedza o tym, jak przebiegały one na przestrzeni dziejów Ziemi.

Zespół prof. zw. dr. hab. Tadeusza Niedźwiedzia: dr Magdalena Opała-Owczarek, dr hab. Oimahmad Rahmonov oraz dr Łukasz Małarzewski

Ogromny wkład w gromadzenie informacji na ten temat wnosi dendrochronologia – naukowa metoda datowania zjawisk przyrodniczych polegająca na analizie wzoru przyrostów rocznych drzew, co pozwala na określenie zarówno ich wieku, jak i na prześledzenie zmian klimatycznych, które zachodziły w okresie ich wzrostu.

Pod kierownictwem prof. zw. dr. hab. Tadeusza Niedźwiedzia z Katedry Klimatologii na Wydziale Nauk o Ziemi czteroosobowy zespół, w którego skład wchodzą: dendroklimatolog dr Magdalena Opała-Owczarek z Katedry Klimatologii, adiunkt w Katedrze Geografii Fizycznej dr hab. Oimahmad Rahmonov oraz meteorolog, elektronik i fizyk atmosfery z Centrum Studiów Polarnych dr Łukasz Małarzewski, od marca 2014 roku realizuje projekt badawczy, którego celem jest porównanie zmienności warunków termicznych w ostatnim tysiącleciu w górach Azji Środkowej i Europy Środkowej. Miejscem badań są okolice zachodniego Pamiro-Ałaju w Górach Zerawszańskich w Tadżykistanie. Trzyletni projekt finansuje Narodowe Centrum Nauki.

Biała plama

Ten niezwykły obszar badań naukowcy zawdzięczają pochodzącemu z Tadżykistanu dr. hab. Oimahmadowi Rahmonovowi, który studiując biologię w Duszanbe w ramach wymiany studenckiej, trafił w latach 90. XX wieku na WNoZ w Sosnowcu. Pochłonęły go wówczas badania przemian zachodzących na Pustyni Błędowskiej i tak temat suchego klimatu zagościł w kręgu zainteresowań badacza. Pozostał w Polsce, poświęcając swoją pracę naukową m.in. związkom pomiędzy sukcesją roślinności a rozwojem gleby w obrębie ekosystemów ekstremalnych na przykładzie piaszczystych, wysokogórskich obszarów Azji Środkowej. Z jednego z wyjazdów w rodzinne strony przywiózł kilka próbek pobranych z jałowców, które od dawna wzbudzały zainteresowanie naukowca. Wstępnych obliczeń dokonywała dr Magdalena Opała-Owczarek, wynik okazał się sensacyjny. Pobrane próbki pochodziły z jałowców, których wiek sięga… tysiąca lat. Próbki trafiły na biurko profesora Niedźwiedzia i wkrótce zapadła decyzja o przygotowaniu projektu badań tych cennych okazów z okolic zachodniego Pamiro-Ałaju w Górach Zerawszańskich.

– Nie miałem wątpliwości – wspomina dr hab. Oimahmad Rahmonov – że lasy w Górach Zerawszańskich są wielowiekowe, świadczy o tym między innymi tamtejszy niezwykle suchy klimat, do którego jednak owe jałowce przystosowały się biologicznie i stanowią unikatowy materiał badawczy.

– Na przykładzie okazów jałowca zerawszańskiego i turkiestańskiego możliwe stało się badanie historii klimatu ostatniego tysiąclecia – wyjaśnia prof. Tadeusz Niedźwiedź. – Badania te są unikatowe w skali światowej klimatologii, region ten bowiem stanowi kluczowe ogniwo w pracach nad rekonstrukcją zmienności warunków klimatycznych i udostępnia nowe informacje na temat charakteru zmian warunków klimatycznych okresu ocieplenia średniowiecznego, małej epoki lodowej, a także okresu przejściowego pomiędzy nimi.

Wyjątkowość tych badań polegała również na tym, że dotychczasowe rekonstrukcje wielowiekowe klimatu Azji Środkowej wykorzystujące metodę dendroklimatyczną koncentrowały się przede wszystkim na Wyżynie Tybetańskiej oraz Karakorum. Obszar zachodniego Pamiro-Ałaju pozostawał białą plamą na mapie badań dotyczących zmienności klimatu. Trudności w dotarciu do górzystych obszarów, bariera językowa, sytuacja geopolityczna byłych republik radzieckich, a także względy logistyczne sprawiły, że miejsce to było niedostępne zarówno dla naukowców z Europy Zachodniej, jak i ze Stanów Zjednoczonych. Dla rodowitego Tadżyka nie stanowiło to jednak bariery.

Wyprawy do Tadżykistanu

Tadżykistan graniczy z Uzbekistanem, Kirgistanem, Chinami i Afganistanem. Miejsce urokliwe, góry majestatyczne, ale jest to kraj, w którym poruszanie się wymaga znakomitej znajomości miejscowych realiów. Pierwszy, najłatwiejszy etap podroży – 5 tysięcy km do Duszanbe – badacze pokonali samolotem, później czekała ich kilkudziesięciogodzinna wyprawa samochodowa przez grań Gór Zerawszańskich, w rejon Gór Fańskich. Bywało, że zaskakiwały ich zasypane drogi lub nieczynne tunele. Nie dotarliby zapewne do celu wyprawy, gdyby nie pomoc doktora O. Rahmonova, ponieważ transport publiczny w Tadżykistanie prawie nie istnieje.

Obszar prowadzenia badań zespołu prof. Tadeusza Niedźwiedzia – Góry Zerawszańskie w zachodnim Pamiro-Ałaju

Pierwsza baza znajdowała się na wysokości 2200 m n.p.m., korzystają z niej także rosyjscy alpiniści, którzy chętnie zdobywają okoliczne szczyty (5000–6000 m n.p.m.), dlatego zapewne przypomina nasze rodzime schroniska górskie. Bez znajomości miejscowych obyczajów, języka (język rosyjski zna tylko starsze pokolenie, młodzi posługują się językiem tadżyckim, urzędowym), kultury nie warto zapuszczać się w głąb kraju. Dr Magdalena Opała-Owczarek z nieukrywanym zachwytem wspomina gościnność mieszkańców Gór Fańskich. Wszechobecna herbata poradziła sobie nawet ze skutkami oszu – popularnej miejscowej potrawy (ryż, baranie mięso, kunduk, warzywa i ostre przyprawy). Spotykani w drodze do górskich baz pasterze, w których towarzystwie mogli odpocząć, a nawet rozbić namioty i bezpiecznie przenocować, przyjaźnie karmili ich chlebem i herbatą.

Naukowcy korzystali z dwóch stacjonarnych obozowisk: Kulikalon w górach Zeravshan w południo-zachodniej części prowincji Sughd w zachodnim Tadżykistanie i Iskanderkul nad jeziorem polodowcowym w Górach Hisarskich, jednej z największych atrakcji turystycznych kraju.

Obszary penetracji znajdowały się na wysokości do 3000 m n.p.m., ponieważ powyżej las już nie rośnie, panują tam bowiem zbyt surowe warunki. Wysokość ta jest także ewenementem. W Tatrach warunki umożliwiające wzrost lasów kończą się na wysokości około 1500 m n.p.m., czyli na Hali Gąsiennicowej, wyżej zbyt niska temperatura stanowi barierę nie do pokonania. W Tadżykistanie obszar ten jest dwukrotnie wyższy.

Z Pamiro-Ałaju do Sosnowca

Jałowiec ma wyjątkowo trwałe drewno i rzadko atakują go szkodniki, dlatego stanowi znakomity materiał badawczy. W odróżnieniu od geomorfologów dr Magdalena Opała-Owczarek szuka drzew niemal idealnych, ponieważ rosnąc, najdokładniej zapisują warunki klimatyczne. Nie mogą więc być to drzewa zranione przez ludzi, zwierzęta czy procesy rzeźbotwórcze. Drugim, równie istotnym materiałem badawczym, jest drewno historyczne, czyli użyte do budowli, a także pniaki i kłody.

Próbki materiału pobierane są za pomocą świdra Presslera, który umożliwia wyjęcie fragmentu pnia. Wierceń dokonuje się na wysokości pierśnicy, czyli około 1,3 metra nad poziomem gruntu, standard ten obowiązuje na całym świecie.

– Ingerencja jest minimalna – zapewnia badaczka – to jeden, najwyżej dwa kilkumilimetrowe odwierty, a ponieważ drzewa iglaste szybko zalewają się żywicą, wystarczy kilka miesięcy do całkowitego zaleczenia rany.

Pobrany rdzeń trafia do specjalnych pojemników. Bezpieczny transport do Polski to jedno z najważniejszych wyzwań, z którym muszą poradzić sobie naukowcy. W sosnowieckim laboratorium pobrana próbka zostaje wklejona w drewnianą listewkę i dokładnie wyszlifowana, co zwiększa wyrazistość słojów, odsłania przekrój poprzeczny i ułatwia dalsze badanie. Tu kończy się praca fizyczna, a wkracza analityka. Kiedyś pomiary dokonywane były za pomocą specjalistycznego okularu, jednak w przypadku tysiącletnich próbek metoda ta jest bardzo niemiarodajna. W ramach realizowanego projektu zakupiony został specjalistyczny skaner z oprogramowaniem. System pomiarowy WinDendroDensity automatycznie wykrywa i zlicza kolejne przyrosty. Zważywszy, że próbek jest kilkaset, a przyrosty roczne są mikroskopijne, skaner ten jest niezastąpioną pomocą. Dostarcza danych o szerokości każdego przyrostu, a zabarwienia pikseli odsłaniają dane umożliwiające odtworzenie warunków klimatycznych w danym roku. Słoje pobranego rdzenia, podobnie jak ściętego drzewa, odsłaniają całą swoją historię, w przypadku jałowców z Gór Zerawszańskich – tysiącletnią.

Z osiągnięć dendrochronologii, dla której drewno nie ma tajemnic, korzystają nie tylko klimatolodzy: profesor T. Niedźwiedź przytacza przykład wykrycia fałszerstwa słynnych skrzypiec Stradivariusa. To również dzięki tej metodzie naukowej można ocenić wiek obrazów malowanych na deskach czy drewnianych budowli odkrywanych przez archeologów.

Metodę dendroklimatyczną i sposób datowania, które stosują naukowcy, wyróżnia spośród innych metod paleoklimatycznych rozdzielczość roczna, co sprawia, że jest to metoda bardzo dokładna.

Pozwala nawet na wydzielenie drewna wczesnego (powstającego na wiosnę) i drewna późnego (z drugiej połowy lata), dostarczając tym samym informacji o poszczególnych sezonach.

Co mówią tysiącletnie jałowce?

Wyniki badań dostarczają informacji o zmianach klimatu, jakie zachodziły w Azji Środkowej w ostatnim tysiącleciu, i umożliwiają dendroklimatyczną rekonstrukcję warunków termicznych na tym obszarze z uwzględnieniem okresów zwilgocenia, małej epoki lodowcowej (Little Ice Age), okresów suchych i cieplejszych. Wyniki te pozwolą na porównanie z danymi uzyskanymi na obszarach Europy, która w tym zakresie została przebadana w miarę dokładnie. Naukowcy poszukują odpowiedzi na pytanie, czy naturalne zmiany klimatyczne zachodzące w różnych systemach wysokogórskich w ostatnim millenium są synchroniczne, czy przebiegają niezależnie od siebie, a ewentualne różnice wynikają z oddziaływania w zimie w Azji Środkowej wyżu syberyjskiego, zaś w obszarach górskich Europy Środkowej oscylacji północnoatlantyckiej.

Pozyskane rezultaty badawcze zostaną włączone do banku danych paleoklimatycznych ITRDB NOAA Paleoclimatology Program, Word Data Center for Paleoclimatology w Boulder w Colorado, które są wykorzystywane w badaniach zmian globalnych oraz do testowania modeli klimatycznych. Zakończenie projektu przewidziane jest w marcu 2017 roku.

Pierwsze publikacje, które są pokłosiem badań, ukazały się już w prestiżowym, wysoko notowanym na liście filadelfijskiej czasopiśmie naukowym „Dendrochronologia”. Efekty pracy zespołu zostały nie tylko zauważone, ale spotkały się z ogromnym zainteresowaniem w międzynarodowych kręgach specjalistów, efektem są stale napływające zaproszenia do udziału w prestiżowych konferencjach i sympozjach organizowanych przez renomowane ośrodki zajmujące się rekonstrukcjami dendrochronologicznymi. Członkowie zespołu prof. zw. dr. hab. T. Niedźwiedzia gościli na konferencjach m.in. w Nepalu, Argentynie, Szwajcarii. Dr Magdalena Opała-Owczarek wiosną 2016 roku podczas wizyty w Sztokholmie została zaproszona do współpracy ze szwedzkimi dendrochronologami w dziedzinie analiz gęstości drewna jałowców. Te dane są zaczątkiem wielu wątków naukowych penetracji.

Obszar zachodniego Pamiro-Ałaju stanowił białą plamę w wielowiekowych rekonstrukcjach klimatu Azji Środkowej. Zespół badaczy z Wydziału Nauk o Ziemi Uniwersytetu Śląskiego wypełnił tę lukę, choć – jak zgodnie przyznają naukowcy – Tadżykistan to kopalnia materiałów, a realizowany projekt może dać początek kolejnym.