Kierownik zespołu: dr hab. inż. Sławomira Pawełczyk
Czas trwania
4.11.2009 – 3.11.2012
Opis
Grant Ministerstwa Nauki i Szkolnictwa Wyższego, decyzja nr 1557/B/P01/2009/37.
Cele
Projekt obejmuje badania zmian stosunków izotopów stabilnych węgla (13C/12C), tlenu (18O/16O) oraz azotu (15N/14N) w przyrostach rocznych drzew w zestawieniu z tradycyjnymi technikami dendrochronologicznymi (szerokość przyrostu, gęstość drewna) dla obszarów górskich Europy Środkowej. Badania dotyczą ostatnich 150 lat, a zatem okresu najintensywniejszych przemian środowiska wywołanych narastającą antropopresją i zmianami klimatycznymi. Przewidziane w projekcie badania obejmują 3 stanowiska świerka (Picea abies L. Karst) tworzące transekt o przebiegu północny-zachód /południowy-wschód o długości ponad 650 km (Sudety, Karkonosze, Masyw Śnieżki; Tatry, Dolina Roztoki; Ukraina, Czarnohora, Howerla). Wybrany gatunek jest najbardziej popularnym w obszarach górskich Europy drzewem rosnącym w strefie górnej granicy lasu, siedlisku gdzie sygnał klimatyczny najsilniej obecny jest w przyrostach rocznych. Wyselekcjonowane stanowiska reprezentują zróżnicowane nasilenie antropopresji oraz wyrazistość sygnału klimatycznego. Dla części wybranego okresu badań istnieje instrumentalny zapis meteorologiczny a dla ostatnich dekad również dostępne są wyniki badań dotyczących zanieczyszczeń (gazy fitotoksyczne SO2 i NO2, O3 itp.).
Rozwój drzewa zależy od uwarunkowań genetycznych oraz czynników zewnętrznych, wśród których dominują elementy środowiskowe i klimatyczne. Z tego względu analiza przyrostów rocznych jest wykorzystywana w wielu dziedzinach badań, między innymi w rekonstrukcjach ekologicznych i klimatycznych, ocenie stopnia zanieczyszczenia środowiska oraz tworzeniu prognoz. Przy użyciu tradycyjnych technik dendrochronologicznych, możliwe jest częściowe odtworzenie informacji środowiskowej zapisanej w drewnie wtórnym. Współczesne globalne zmiany środowiska (ocieplenie, zwiększenie zanieczyszczeń, głównie CO2 czy O3) wpływają na zróżnicowanie wrażliwości drzew rosnących w podobnych warunkach na czynniki klimatyczne. Dotyczy to zarówno lasów nizinnych jak i górnej granicy lasu, która tradycyjnie określana jest jako optymalna dla badań dendroklimatycznych. Zjawisko to znane jako „divergence” utrudnia opracowanie jednolitych modeli liniowej zależności szerokości przyrostów i gęstości drewna od warunków klimatycznych takich jak temperatura powietrza i opady atmosferyczne. Pomiary szerokość przyrostów, gęstości drewna późnego oraz anomalii anatomicznych zostaną wzbogacone o pomiary stosunków izotopów stabilnych, które w wielu przypadkach są lepszym nośnikiem informacji. Wykorzystanie ich wymaga jednak lepszego poznania czasowej dynamiki zmian tych wielkości w tym szczególnie, zaznaczającego się wyraźnie w XIX, XX i XXI wieku, wpływu działalności człowieka. Zmiany stosunków izotopowych węgla (δ13C) w drewnie przyrostów rocznych są czułym wskaźnikiem zmian koncentracji CO2 oraz mogą wskazywać inne zanieczyszczenia powietrza, głównie SO2. Pozwalają one na badanie efektu Suessa związanego ze spalaniem paliw kopalnych. Poza tym stosunki izotopów stabilnych węgla (δ13C) i tlenu (δ18O) w poszczególnych słojach odzwierciedlają zmiany klimatu. Również zmiany stosunków izotopowych azotu (δ15N) mogą być wskaźnikami antropogenicznej emisji NOx, jak również efektów klimatycznych.
Realizacja projektu umożliwi wykorzystanie drzew jako wskaźników stopnia degradacji środowiska przez działalność ludzką na badanych obszarach. Stosunki stabilnych izotopów węgla w przyrostach rocznych drzew są doskonałym indykatorami ponieważ pozwalają monitorować poziom zanieczyszczeń nie tylko obecnie, ale również w przeszłości, co umożliwia predykcję degradacji jakości powietrza. Analizy przeprowadzone dla stanowisk o zróżnicowanym nasileniu antropopresji oraz zestawienie danych pochodzących z pięciu niezależnie uzyskanych źródeł zapisu dendrochronologicznego i izotopowego (szerokość słojów, gęstość drewna, δ13C, δ18O, δ15N) pozwoli zidentyfikować główne mechanizmy różnicujące ten zapis w okresie przedindustrialnym i współczesnym. Możliwe to będzie przy zestawieniu danych dendrochronologicznych i izotopowych oraz synchronicznych z nimi pomiarami meteorologicznymi i informacjami o zanieczyszczeniach w wybranych, obszarach. Kompleksowość badań zwiększy zapewne potencjał wykorzystania informacji zawartych w drzewach Uzyskany komplementarny obraz czasowych i przestrzennych zmian sygnałów dendrochronologicznego i izotopowego posłuży do zbudowania modelu klimat/antropopresja – przyrosty drzew/izotopy. Model ten będzie uwzględniał w skali cząstkowej, pojedynczy element analiz, zaś w skali całościowej będzie łączył wszystkie elementy, co zapobiegnie kompensacji błędów dla różnych przedziałów czasowych. Celem projektu jest nie tylko określenie antropopresji, ale także jej znaczenia w zmianach specyfiki i intensywności zapisu dendrochronologicznego zmian klimatu. Zidentyfikowanie tych czynników i uwzględnienie ich w analizach dendroklimatycznych przyczyni się do zwiększenia dokładności rekonstrukcji oraz prognoz zmian klimatu dla Europy Środkowej. Efektem końcowym projektu będzie statystyczny model reprezentujący zapis klimatu w przyrostach drewna wtórnego oparty na analizach pięciu niezależnych 150-letnich ciągów danych uwzględniający czynnik antropresji. Model ten będzie uwzględniał zmienność przestrzenną i czasową rodzaju oraz wyrazistości zapisu. W oparciu o ten model możliwe będzie opracowanie dokładniejszych i pełniejszych rekonstrukcji oraz prognoz zmian klimatu w skali gór Środkowej Europy i włączenie tego regionu do sieci dendrochronologicznych rekonstrukcji zmian klimatu dla całej Europy.
Partnerzy
Wykonawcą projektu jest również dr Ryszard Kaczka z Uniwersytetu Śląskiego.