Прямые эксперименты в космосе и наземные исследования дают ценную информацию, отражающую свойства и закономерное развитие космической среды и ряда космических объектов. Однако временная шкала этих экспериментов слишком коротка, чтобы установить все закономерности, присущие тому или иному природному процессу, и вызывающие его изменения причины. Естественно, что ход природных процессов охватывает значительные интервалы времени и причинная обусловленность их развития может быть понята при оперировании с достаточно длинными временными рядами. Для этих целей можно успешно использовать исторические записи полярных сияний; изменяющуюся во времени ширину годичных слоев деревьев, отложений торфа; распространенность нуклидов в различных геосферах; процессы в биосфере, геологических объектах; сведения о миграции людей в прошлом и т. п.

По-видимому, наиболее ценные данные проистекают из колец деревьев, имеющих абсолютную временную шкалу. Еще в 1892 г. доктор физики, профессор Новороссийского университета В. Ф. Шведов в журнале “Метеорологический вестник” опубликовал статью “Дерево как летопись засух”, в которой на основании сопоставления прироста годичных колец спиленных акаций с распределением осадков по нескольким станциям юго-запада России сделал вывод о повторяемости через 9 лет засух на этой территории и указал на возможность использования дендрохронологических данных в целях прогнозирования природных изменений. Обширные исследования закономерностей колебаний ширины колец деревьев провел в начале нашего века американский астроном А. Е. Дуглас и получил убедительные доказательства влияния циклической деятельности Солнца на рост деревьев [1]. Ему удалось “уловить” ясную 11-летнюю периодичность в изменениях прироста колец. По праву Шведов и Дуглас явились основателями дендрохронологии — науки, давшей в руки исследователей важный фактор — время. После того как американский ученый У. Либби разработал радиоуглеродный метод датировки (за который в 1960 г. получил Нобелевскую премию), были начаты работы по датировке разнообразных событий прошлого по кольцам деревьев, что в археологии принципиально изменило понимание путей развития современной цивилизации. Проверка метода радиоуглеродных часов с помощью годичных колец деревьев известного возраста, начатая в 50-е годы X. Зюссом [2], показала, что в современных образцах ход часов нарушается. И это связано с флуктуациями атмосферного содержания радиоактивного углерода: понижением на проценты, вызванным со второй половины прошлого века выбросом в атмосферу большого количества углекислого газа за счет сжигания ископаемого топлива, в котором радиоактивный углерод полностью распался; резким увеличением на десятки процентов с 50-х годов нашего столетия за счет проведенных атомных испытаний в атмосфере. Заметим, что исследователям удалось умело извлечь интересные выводы из этого факта нарушения хода радиоуглеродных часов, вызванного антропогенным воздействием на атмосферный резервуар радиоуглерода в глобальном масштабе (изменение удельной активности углерода в обменной системе более быстрое по сравнению с естественным ходом), а именно, получить детальную картину изменения характеристик обменного углеродного цикла, что чрезвычайно важно для изучения и прогнозирования хода природных процессов.

Вскоре де Врие были продемонстрированы заметные флуктуации атмосферного содержания радиоуглерода вследствие естественных причин [3]. Автор попытался скоррелировать экспериментально обнаруженные колебания концентрации радиоуглерода в кольцах древесины и зернах пшеницы за последние несколько сотен лет с изменениями климата.

А после того, как и в более удаленном прошлом в образцах древесины известного возраста были обнаружены нарушения хода радиоуглеродных часов, началось интенсивное изучение естественных причин изменения уровня радиоуглерода. Благодаря этому удалось войти в “соприкосновение” с целым рядом интересных природных событий [4]. Начиная с 1965 г. такие исследования были начаты в нашей стране и в США.

Хотя со времени обоснования метода прошло всего около 40 лет, уже сейчас необычайно широк спектр применения радиоуглерода в различных областях наук: геологии четвертичного периода и палеогеографии, палеоклиматологии и археологии, океанографии и астрофизике, биологии и геофизике и т. д. Вполне определенно можно сказать, что ни один другой радиоактивный изотоп, кроме радиоуглерода, не является столь ценным источником для получения информации во многих областях исследований.

В целом наличие длинных рядов информации (например, содержание радиоуглерода в образцах древесины известного возраста за тысячи лет) о состоянии природных процессов позволяет как исследовать закономерности развития, так и прогнозировать эти процессы. При этом применение спектрального, корреляционного, регрессионного и других методов анализа временных рядов, а также методов топологической динамики способствует не только установлению качественных или количественных сторон характера связей, но и раскрытию некоторых механизмов исследуемых процессов.