В 1951 году в Калифорнии в районе Белых гор строители прокладывали шоссе. Оно проходило по пустынной, скалистой местности с рощами причудливых полумертвых деревьев.
На эти деревья невозможно было смотреть без изумления. И не только потому, что их вид необычен: при высоте немногим более десяти метров стволы достигают толщины трех метров. Причем они перевиты и скручены так, будто здесь играл великан. Лишь ничтожная часть их ветвей покрыта короткими иглами. Голые стволы, по которым лишь с подветренной стороны тянутся узкие полоски коры, иссечены жестокими бурями и ветрами с песком и льдом. Собственно говоря, все дерево мертво, живой остается лишь одна ветвь, которую и питает этот жалкий остаток коры. Однако самое удивительное не их вид, а то, что эти деревья были уже зрелыми, когда в Афинах царил Золотой век, они были современниками могущества и падения Древнего Рима, свидетелями нашествия и отступления ледников. Их название — остистые сосны.
Деревья эти настолько уникальны, что особо выдающиеся из них получили имена. Так, «Патриарх» интересен тем, что имеет окружность ствола около одиннадцати метров, а «Мафусаил» является нынешним чемпионом долголетия — ему 4600 лет. Территория, где растут остистые сосны, взята под охрану. Ломать деревья, как-либо портить их, срывать ветви здесь категорически запрещено.
Растут остистые сосны чрезвычайно медленно. И это не удивительно, ведь они настоящие альпинисты и селятся на высоте около 3000 метров. Места здесь сухие (дождей выпадает лишь 250 миллиметров в год), а почва скудная, каменистая. Не удивителен поэтому и малый прирост древесины. На таком скудном пайке не потолстеешь. Суровые природные условия определили и долголетие сосен. Из-за медленного роста их древесина, плотная и смолистая, не гниет. Да и насекомым сосна пришлась не по вкусу. Даже погибнув, дерево может простоять до двух тысяч лет, а упав, сохраняется еще столько же. Не страшны этим соснам и лесные пожары — из-за каменистой почвы их здесь почти не бывает. Приспособлена для борьбы за жизнь и хвоя, она сохраняется лет 20 — 30, что помогает выживать на протяжении многих лет, если вдруг ухудшаются метеорологические условия.
Но являются ли остистые сосны чемпионами долголетия?
Оказывается, не только спартанская обстановка, в которой растут эти деревья, позволяет прожить долгую жизнь. Можно отыскать тысячелетние деревья и там, где условия благоприятные, где воды и тепла вдоволь. В национальном парке у подножия гор Сьерра-Невада растет секвойя, названная по имени одного из североамериканских героев «генералом Шерманом». Ее возраст — около трех с половиной тысяч лет. Не намного уступают ей и другие секвойи. В отличие от остистых сосен — и это, конечно, зависит от «хорошего питания» — они настоящие гиганты. Диаметр ствола «генерала Шермана» более пятнадцати метров. Но и это не предел: в дупле одной секвойи предприимчивый делец разместил ресторан. И не такой маленький — на 50 мест!
Есть деревья-долгожители и в нашей стране. Уже найдены лиственницы-великаны, которым около тысячи двухсот лет. А в Средней Азии растут и более почтенные старцы. К ним относится растущий в горах можжевельник — арча туркестанская. Она может жить две тысячи лет. И это, по-видимому, не предел. Наверняка нас ждут еще сюрпризы, ведь искать такие деревья у нас в стране стали немногим более десяти лет назад, и огромные просторы Сибири, некоторые горные районы в этом отношении еще не исследованы.
Но мы немного увлеклись рассказами о деревьях. Пора переходить к сути дела.
Возьмите любой спил дерева. Видите, как четко на нем проступают кольца — темные и светлые? Вот они-то и помогают нам разобраться в том, сколько прожило дерево.
Деревья растут за счет камбия — слоя клеток, лежащего между корой и древесиной. Цикл роста начинается весной, когда природные условия наиболее благоприятны: много влаги, тепла. В этот период образуются крупные, хорошо развитые клетки. Но вот наступает лето, и влажность уменьшается. Теперь клетки становятся более плотными, мелкими и имеют темный цвет. К зиме дерево «засыпает».
За один сезон образуются два слоя: светлый и темный. Благодаря такой разнице в цвете и видны на срезе дерева годичные кольца. Подсчитав их количество, можно сказать, сколько лет дереву. Эта простая операция отсчета годичных колец чрезвычайно важна для археологов и историков, так как позволяет датировать многие события, многие памятники древнего зодчества. Она стала основой метода дендрохронологии. Но об этом чуть-чуть позже. А сейчас приглядитесь повнимательнее к спилу дерева. Видите кольца? В центре дерева, то есть в начале его жизни, они толстые, а затем, ближе к краю — когда дерево становится старше — сжимаются. Но вот два соседних кольца сильно различаются: одно широкое, другое узкое. Отчего? Познакомимся с одной, сейчас уже ставшей уникальной статьей. Ей более восьмидесяти лет, и до последнего времени она была недоступна даже для многих специалистов. Ее автор — профессор Новороссийского университета Федор Никифорович Шведов. Вот что он писал:
«В 1881 году мне попался ствол акации, срубленной в этом же году вблизи университета в Одессе. Рассматривая поперечный разрез этого ствола, я заметил, что годичные слои, ясно выделявшиеся на торцовой поверхности, следовали в отношении толщины определенному порядку, образуя поочередно концентрические зоны сгущения и разрежения… Осенью следующего, то есть 1882 года, аллея Херсонской улицы в Одессе предназначалась к вырубке… Я выбрал в различных местах два здоровых экземпляра акации около метра в окружности. Через два года, когда обрубки стволов совершенно высохли, их торцевые поверхности были отполированы и подвергнуты исследованию…»
Что же на них искал профессор Шведов?
Он пытался найти зависимость между шириной годичных колец и количеством осадков. Уже первые наблюдения показали, что в особо засушливые 1881 и 1882 годы образовались тоненькие кольца. Казалось, взаимосвязь установлена. Однако исследователь не торопился с опубликованием результатов. Потребовалось еще десять лет, чтобы догадки получили неоспоримые подтверждения. Вот тогда, в 1892 году, в «Метеорологическом вестнике» и появилась статья «Деревья как летопись засух». Сопоставляя прирост годичных колец акаций с распространением осадков по данным нескольких метеорологических станций юго-запада России, Шведов сделал вывод о повторяемости засух и на основе своей «дендрометоды» — так он назвал свой метод определения климата по срезам деревьев — предсказал, когда в черноземной полосе России следует ожидать очередную засуху. Родилась новая наука — дендроклиматология, позволяющая по годичным кольцам деревьев определить климат прошлых лет.
В начале нашего столетия изучал изменение ширины годичных колец и молодой астроном Э. Дуглас из Лоульсонской лаборатории во Флагштафе. Он пытался отыскать связь между количеством пятен на Солнце и климатом на Земле и выбрал кольца деревьев как индикатор климата. Дуглас, как и до него Шведов, считал, что в теплые годы с обильными дождями образуются широкие кольца. И наоборот, узкие свидетельствовали о тяжелых климатических условиях. Отсчитывая число колец, он мог достаточно точно указать, в каком году какая была погода, и связать погодные условия с активностью Солнца.
Мы не будем здесь касаться результатов его работы, но отметим, что впоследствии Дуглас создал в Аризонском университете специальную лабораторию дендрохронологии, ставшую сейчас в этой области ведущей лабораторией мира.
Но о метеорологических условиях можно судить не только по ширине годичных колец.
В годы резкого колебания климата возникают различные пороки древесины. Так, у дуба образуется довольно распространенная болезнь — внутренняя заболонь. Она наблюдалась в 1940 году после холодной с сильными и продолжительными морозами зимы, которой предшествовали два чрезвычайно засушливых лета. Но такой же вид имеют и кольца, образовавшиеся в 1890 — 1892 годах. Значит, можно полагать, что и эти годы были засушливыми летом и морозными зимой.
О вторжении холодных воздушных масс рассказывают и поврежденные клетки в кольцах, образовавшиеся в теплое время. Так, наши знакомые — остистые сосны Невады и Калифорнии — свидетельствуют о необычайно резких похолоданиях в летние месяцы 1453, 1601, 1884, 1902, 1941 и 1965 годов. Причем последние похолодания подтверждают и метеорологи.
Ученые-дендроклиматологи, изучающие климат прошлых лет по деревьям, разгадали уже многое. Так, им удалось точно установить, что 900 лет назад на нашем континенте было время, очень богатое осадками — дожди лили, как в тропиках. А за 1400 лет до этого Землю охватили жесточайшие засухи.
Считается, что кольцо должно быть толще со стороны, обращенной на юг, ведь здесь более благоприятные условия для его роста. Однако советский исследователь Н. В. Ловелиус, работая на Севере, заметил, что деревья, которые растут на открытом месте, чтобы лучше противостоять напору ветров, откладывают большое количество древесины с наветренной стороны. А раз так, то по виду спила можно судить о том, какие в данной местности преобладают ветры, и не только в настоящее время, но и в далекие эпохи. Так, в пойме одной из рек были обнаружены пни древних деревьев, которые росли на Севере, далеко за нынешней полярной границей леса. Но как они могли там выжить? При обследовании пней (а некоторые из них имели диаметр до пятидесяти сантиметров) выяснилось, что наибольший прирост древесины у них не с той стороны, где ожидалось. А раз так, то можно сделать вывод: когда-то, около пяти тысяч лет назад, циркуляция атмосферы была совсем иной. Это и обеспечивало северу более мягкий климат. Другими методами такие сведения не всегда можно получить.
Итак, по толщине колец многолетних деревьев, по их виду можно с точностью до одного — двух лет проследить, как изменялся климат Земли, когда и в каких областях свирепствовали засухи. Это интересно не только само по себе, но и открывает широкие возможности для историков и археологов. И вот почему.
Однажды Дуглас наткнулся в Северной Аризоне на большой участок спиленного леса. Он увидел массу пней. Но его удивило не это, а то, что рисунок расположения годичных колец на них был необычайно схож. Не знаю, в этот момент или позже, но это наблюдение позволило Дугласу вывести такое правило: если два куска древесины имеют одинаково расположенные по толщине кольца, то можно смело сказать, что деревья, из которых они взяты, росли в одно и то же время. Это правило стало краеугольным камнем дендрохронологии.
Предположим, что одно дерево начало расти в 1860 году, а другое — в 1890. В 1910 году первое дерево срубили и сделали из него балку для дома. Другое росло еще 65 лет. Если оно развивалось нормально, то в первые двадцать лет роста оно имело такую же последовательность толщин колец, как в последние двадцать лет жизни дерева, спиленного ранее. Таким образом, отыскав одинаковую последовательность толщин колец, мы можем сказать, что это были годы, когда существовали и росли оба дерева одновременно.
Зная, когда спилили одно из них — например, второе, — мы можем по годичным кольцам вычислить и год вырубки первого, а значит, и определить время строительства дома, для которого была сделана балка.
Мы можем продолжить нашу работу: найти еще более древнее дерево и отыскав на нем аналогичную последовательность толщин колец, уйти еще дальше в глубь времени.
Теперь, выбрав на ранее выпиленном образце какую-нибудь другую последовательность колец, относящихся к другому, более раннему известному периоду времени, и отыскав ее у других, еще более старых деревьев (в работе нам могут помочь так называемые сигнатурные годы, то есть годы, когда годичные кольца либо очень узкие, либо чрезмерно широкие, — по ним хорошо ориентироваться в срезах), мы можем узнать, когда росли и эти деревья. Так, идя от одного дерева к другому, более старому, можно забраться в прошлое довольно далеко по шкале времени.
Может сложиться неправильное мнение, что дендрохронологические исследования можно проводить только по спиленным деревьям. Спору нет, с ними работать удобнее — кольца на пнях и бревнах видны очень хорошо. А как быть, если дерево живое? Не губить же его. В этом случае из ствола специальным сверлом можно аккуратно вырезать стерженек размером с карандаш. Этот образец тщательно шлифуют — так кольца на нем становятся особенно хорошо видны. Затем их толщину с точностью до сотых долей миллиметра измеряют под микроскопом. Дереву эти пробы не вредят — отверстия от сверла заполняются целебной смолой.
Но эти данные относятся к одному дереву. А как же объективно измерить различные образцы? Для этого создана специальная шкала. Составляется она так: сначала создается некая математическая модель. Для данного дерева вычисляется толщина колец при условии, что климат не изменялся. В этом случае различие в кольцах соответствует лишь возрастным изменениям, а все отклонения рассказывают о неустойчивости климата. Отклонения от нормы выражают математически в «индексах толщины». Располагая их в хронологическом порядке, получают дендрохронологическую шкалу. Последовательность индексов никогда не повторяется, поэтому, найдя кусок древесины и отыскав схожую последовательность индексов на шкале, можно сказать, когда росло это дерево, привязать кольца к определенным годам.
Однако на самом деле все не так просто, как кажется. Ученые только мечтают об образцах древесины с ярко выраженными четкими кольцами. К сожалению, таких образцов нет. Чтобы в дереве образовались характерные, бросающиеся в глаза черты, должны быть резкие изменения климата. Но если дерево растет в благоприятных условиях, то изменения климата будут мало сказываться на ширине колец. Они из года в год будут примерно одинаковыми. Такие «вялые» образцы в работу, как правило, не идут. По ним нельзя вести датировку.
Бывают и другие затруднения. В годы с особо жесткими условиями образуются настолько узкие кольца, что их можно пропустить. Особенно с такими деревьями, как остистые сосны, у которых, например, на тринадцати сантиметрах радиуса можно насчитать до тысячи и более колец. Здесь, далее несмотря на микроскопы и автоматы, помогающие ученым, можно потерять несколько колец. А это уже годы. Случается зачастую и так, что после установившегося лета, когда уже, как вы помните, начинают образовываться маленькие клеточки древесины, внезапный обильный дождь вызывает дополнительный рост больших клеток. В этом случае образуется еще одно кольцо. Для натренированного исследователя такие «фальшивые» кольца сразу же видны, но неискушенный человек может и сосчитать их. И сразу же появятся лишние годы. Это только часть ловушек, которые расставляет природа исследователям.
Как видите, работа у дендрохронологов не такая уж простая. И тем не менее эти исследования ведутся во многих странах мира, и сейчас с помощью таких «долгожителей», как секвойи, остистые сосны, арчи туркестанские, составлена шкала, уходящая в прошлое на 10 000 лет. С по мощью таких шкал уже сделано много интересных открытий. Вот одно из них.
Бесспорно, раскопки Новгорода необычайно интересны. Этот город возник в конце первого тысячелетия. Его возводили на влажной почве, и хотя это обстоятельство доставляло массу хлопот его жителям, зато оказало большую помощь историкам, так как именно благодаря сырости в земле осталось множество мельчайших предметов быта. Сохранились бревенчатые мостовые, детали деревянных украшений домов, мебель, деревянная посуда. Там, где почва сухая, люди роют колодцы, строят подвалы. При этом они разрушают остатки старых сооружений, которые были на этом месте. Жителям Новгорода, спасаясь от влаги, приходилось поднимать свои дома на бревенчатых кладях.
Многие старые сооружения, к великой радости археологов, хорошо сохранились в земле. Эти-то деревянные останки и послужили для точной датировки построек в Древнем Новгороде.
Раньше для возведения домов и храмов лес заготовляли в зимнее время, чтобы с наступлением теплых дней начать строительство. Поэтому последнее кольцо прироста древесины, которое можно увидеть на бревне из фундамента, будет соответствовать году, предшествующему дате закладки этого сооружения.
Каждая закладка храма в Новгороде была крупным событием, и запись о нем делалась в летописях. Поэтому, взяв по кусочку древесины из фундаментов нескольких церквей, удалось построить дендрохронологическую шкалу, охватывающую более полутора столетий.
Это было начало.
Ученым особенно повезло» когда в 1951 — 1962 годах был вскрыт самый большой раскоп. Он доставил исследователям богатый материал: целый квартал древнего города, пересеченный тремя улицами — Великой, Козьмодемьянской и Холопьей. Но особенно полезной оказалась обнаруженная мостовая.
Новгородцы очень ревностно следили за дорогами, и как только они переставали соответствовать «техническим требованиям» — их подновляли: перекрывали новым слоем бревен. Так возникло многоярусное сооружение, в котором ученые насчитали двадцать восемь настилов. Исследование срезов бревен от каждого яруса позволило еще больше раздвинуть шкалу времени.
С помощью шкалы стало возможным установить, когда был сделан каждый ярус. А заодно и датировать многие находки, обнаруженные в каждом слое. Самый древний настил одной из улиц — бывшей Козьмодемьянской — был изготовлен в 953 году, пятнадцатый настил сверху — в двадцатые — тридцатые годы XIII века, а девятый был сооружен в сороковые — шестидесятые годы XIV века. Получалось, что «службы коммунального хозяйства» Новгорода подновляли мостовую через каждые тридцать лет.
Дендрохронологическая шкала помогла и дальше прочитать «деревянную книгу» Новгорода. С ее помощью удалось определить время не только закладки, но и постройки некоторых зданий, о которых по летописям было известно очень мало или не говорилось вообще ничего.
А вот еще пример, когда деревья помогли установить истину.
Середина XIX века была периодом территориального и политического споров на американском Юго-Западе. Конец войны с Мексикой в 1848 году был скреплен договором, который признавал все требования индейцев. В том числе и известного по многим романам племени навахо. Тем не менее все туземцы были согнаны с исконных земель и переселены в далекие резервации в США. Через двадцать лет был заключен новый договор, и племени навахо разрешили вернуться в родные края. Но конгресс требовал, чтобы они доказали свои права на земли, особенно на отторгнутые в 1848—1868 годы. И эти свидетельства были даны. Не только устные рассказы, воспоминания и другие документы, но и деревья подтверждали права индейцев. Были найдены заброшенные жилища индейцев, и по бревнам, пошедшим на создание жилищ и различных предметов обихода, ученые установили время их создания.
Таким образом, вы видите, что деревья-долгожители — это как бы живые компьютеры, автоматически вводящие в свою память данные о климате и условиях жизни на Земле за многие века. Методы дендрохронологии позволяют точно определить время постройки или перестройки древних строений, образования болот, наносов, похоронивших под собой деревья, изменения климатических условий, а также датировать исторические события, о которых нет сведений в летописях.
Но мы отклонились от нашего повествования. И теперь постараемся ответить на вопрос, как дендрохронология помогает радиоуглеродному методу.