Dendrokronologi - Treringer som registreringer av klimaendringer

Vekstringene til et tre skåret horisontalt til bakken kan brukes til å datere treet og tregjenstander laget av det. Ollikainen / iStock / Getty Images

Dendrokronologi er den formelle betegnelsen for datering av treringer, vitenskapen som bruker vekstringene til trær som en detaljert oversikt over klimaendringer i en region, samt en måte å tilnærme konstruksjonsdatoen for treobjekter av mange typer.

Viktige takeaways: Dendrokronologi

• Dendrokronologi, eller treringdatering, er studiet av vekstringer i løvtrær for å identifisere absolutte datoer for treobjekter.
• Treringer skapes av treet etter hvert som det vokser i omkrets, og bredden på en gitt trering er avhengig av klimaet, så en bestand med trær vil alle ha et nesten identisk mønster av treringer.
• Metoden ble oppfunnet på 1920-tallet av astronomen Andrew Ellicott Douglass og arkeologen Clark Wissler.
• Nylige applikasjoner inkluderer sporing av klimaendringer, identifisering av ventende skråningskollapser, finne amerikanske trær i konstruksjon av grøfter fra første verdenskrig og bruk av kjemiske signaturer i tropiske trær for å identifisere tidligere temperatur og nedbør.
• Treringdatering brukes også til å kalibrere radiokarbondatler.

Ettersom arkeologiske dateringsteknikker går, er dendrokronologi ekstremt presis: hvis vekstringene i en tregjenstand er bevart og kan knyttes til en eksisterende kronologi, kan forskere bestemme det nøyaktige kalenderåret – og ofte årstiden – treet ble hugget ned for å gjøre det .

På grunn av denne presisjonen brukes dendrokronologi til å kalibrere radiokarbondatering , ved å gi vitenskapen et mål på de atmosfæriske forholdene som er kjent for å forårsake at radiokarbondateringer varierer.

Radiokarbondatler som har vært kalibrert sammenlignet med dendrokronologiske poster er betegnet med forkortelser som cal BP, eller kalibrert år før nåtid.

Hva er treringer?

Tverrsnitt av et tre som illustrerer kambiumlaget. Lukaves / iStock / Getty Images

Dating med trering fungerer fordi et tre vokser seg større – ikke bare høyden, men får omkrets – i målbare ringer hvert år i løpet av livet. Ringene er kambiumlaget, en ring av celler som ligger mellom tre og bark og som nye bark og treceller stammer fra; hvert år opprettes et nytt kambium som lar det forrige være på plass. Hvor store kambiumets celler vokser hvert år, målt som bredden på hver ring, avhenger av temperatur og fuktighet – hvor varmt eller kjølig, tørt eller vått hvert års sesonger var.

Miljøtilførsler til kambiumet er primært regionale klimatiske variasjoner, endringer i temperatur, tørrhet og jordkjemi, som sammen er kodet som variasjoner i bredden på en bestemt ring, i treets tetthet eller struktur, og/eller i den kjemiske sammensetningen av celleveggene. På sitt mest grunnleggende, i tørre år, er kambiumets celler mindre, og dermed er laget tynnere enn i våte år.

Treslag betyr noe

Ikke alle trær kan måles eller brukes uten ekstra analytiske teknikker: ikke alle trær har kambier som lages årlig. I tropiske områder, for eksempel, dannes ikke årlige vekstringer systematisk, eller vekstringer er ikke bundet til år, eller det er ingen ringer i det hele tatt. Eviggrønne kambier er vanligvis uregelmessige og dannes ikke årlig. Trær i arktiske, subarktiske og alpine områder reagerer forskjellig avhengig av hvor gammelt treet er – eldre trær har redusert vanneffektivitet som resulterer i redusert respons på temperaturendringer.

Oppfinnelsen av dendrokronologi

Trering-datering var en av de første absolutte datingmetoder utviklet for arkeologi, og den ble oppfunnet av astronomen Andrew Ellicott Douglass og arkeologen Clark Wissler i de første tiårene av det 20. århundre.

Douglass var mest interessert i historien om klimatiske variasjoner utstilt i treringer; det var Wissler som foreslo å bruke teknikken for å identifisere når adobe pueblos fra den amerikanske sørvesten ble bygget, og deres felles arbeid kulminerte med forskning ved eldgamle folk byen Showlow, nær den moderne byen Showlow, Arizona, i 1929.

Stråleekspedisjonene

Arkeolog Neil M. Judd er kreditert for å ha overbevist National Geographic Society om å etablere Første stråleekspedisjon , der tømmerseksjoner fra okkuperte pueblos, misjonskirker og forhistoriske ruiner fra det amerikanske sørvesten ble samlet og registrert sammen med de fra levende ponderosa-furutrær. Ringbreddene ble matchet og kryssdatert, og på 1920-tallet ble kronologier bygget tilbake nesten 600 år. Den første ruinen knyttet til en bestemt kalenderdato var Kawaikuh i Jeddito-området, bygget på 1400-tallet; Trekull fra Kawaikuh var det første trekullet som ble brukt i (de senere) radiokarbonstudier.

I 1929 ble Showlow gravd ut av Lyndon L. Hargrave og Emil W. Haury , og dendrokronologi utført på Showlow resulterte i den første enkeltkronologien for sørvest, som strekker seg over en periode på over 1200 år. De Laboratorium for tre-ringforskning ble etablert av Douglass ved University of Arizona i 1937, og den driver fortsatt forskning i dag.

Bygge en sekvens

I løpet av de siste hundre årene eller så har treringsekvenser blitt bygget for forskjellige arter over hele verden, med så lange datostrenger som en 12.460 års sekvens i Sentral-Europa ferdigstilt på eiketrær ved Hohenheim-laboratoriet, og en 8700 år lang bristlecone furu sekvens i California. Å bygge en kronologi over klimaendringer i en region i dag var først bare et spørsmål om å matche overlappende treringmønstre i eldre og eldre trær; men slik innsats er ikke lenger bare basert på treringbredder.

Egenskaper som tretetthet, grunnstoffsammensetningen (kalt dendrokjemi) av sminken, de anatomiske egenskapene til treet, ogstabile isotoperfanget i cellene har blitt brukt i forbindelse med tradisjonell treringbreddeanalyse for å studere luftforurensningseffekter, opptak av ozon og endringer i jordsurhetsgrad over tid.

Middelalderens Lübeck

I 2007 beskrev den tyske treforskeren Dieter Eckstein tregjenstander og bygningssperrer innenfor Middelalderbyen Lübeck, Tyskland, et utmerket eksempel på de utallige måtene teknikken kan brukes på.

Lübecks middelalderhistorie inkluderer flere hendelser som er relevante for studiet av treringer og skoger, inkludert lover vedtatt på slutten av 1100- og begynnelsen av 1200-tallet som etablerte noen grunnleggende bærekraftsregler, to ødeleggende branner i 1251 og 1276, og en befolkningskrasj mellom ca. 1340 og 1430 som følge av Svartedauden .

• Byggeboomer i Lübeck er preget av utstrakt bruk av yngre trær, som signaliserer at etterspørselen overgår skogenes evne til å gjenopprette; byster, slik som etter at svartedauden desimerte befolkningen, er betegnet med en lang periode uten konstruksjon i det hele tatt, etterfulgt av bruk av svært gamle trær.
• I noen av de rikere husene ble sperrene som ble brukt under byggingen kuttet ned til forskjellige tider, noen spenner over mer enn ett år; de fleste andre hus har sperrer hugget ned samtidig. Eckstein antyder at det er fordi ved til det rikere huset ble skaffet på et tømmermarked, hvor trærne ville blitt hugget og lagret til de kunne selges; mens mindre velstående huskonstruksjoner ble bygget just-in-time.
• Bevis på langdistansehandel med tømmer er sett i treverk importert til kunstverk som triumfkorset og skjermen ved St. Jacobi-katedralen . Det ble identifisert som å ha blitt konstruert av tre som spesifikt hadde blitt fraktet inn fra 200-300 år gamle trær fra de polsk-baltiske skogene, sannsynligvis langs etablerte handelsruter fra Gdansk, Riga eller Konigsberg havner.

Tropiske og subtropiske miljøer

Cláudia Fontana og kolleger (2018) dokumenterte fremskritt i å fylle et stort gap i dendrokronologisk forskning i tropiske og subtropiske områder, fordi trær i disse klimaene har enten komplekse ringmønstre eller ingen synlige treringer i det hele tatt. Det er et problem fordi siden globale klimaendringer er i gang, må vi forstå de fysiske, kjemiske og biologiske prosessene som påvirker terrestriske karbonnivåer, blir stadig viktigere. De tropiske og subtropiske områdene i verden, som den brasilianske Atlanterhavsskogen i Sør-Amerika, lagrer omtrent 54 % av planetens totale biomasse. De beste resultatene for standard dendrokronologisk forskning er med evergreen Araucaria angustifolia (Paraná furu, brasiliansk furu eller kandelabertre), med en sekvens etablert i regnskogen mellom 1790–2009 e.Kr.); Foreløpige studier (Nakai et al. 2018) har vist at det er kjemiske signaler som sporer nedbør og temperaturendringer, som kan utnyttes for å få mer informasjon.

De elliptiske ringene på dette treet fra Tyrkia viser at treet vokste skrått i en skråning i flere år, den delen som vender mot oppoverbakken identifisert av smalheten til ringen på høyre side av bildet. Mehmet Gokhan Bayhan / iStock / Getty Images

En studie fra 2019 (Wistuba og kolleger) fant at treringer også kan varsle om forestående skråningskollapser. Det viser seg at trær som vippes av ras, registrerer eksentriske elliptiske treringer. De nedadgående delene av ringene vokser bredere enn de oppover, og i studier utført i Polen fant Malgorzata Wistuba og kollegaer at disse tiltene er bevis mellom tre og femten år før en katastrofal kollaps.

Andre applikasjoner

Det hadde lenge vært kjent at tre båtgravrøyser fra 900-tallet fra vikingtiden nær Oslo (Gokstad,Oseberg, og Tune) hadde blitt brutt inn på et tidspunkt i antikken. Inntrengerne gjorde skipene skadet, skadet gravgodset og trakk ut og spredte beinene til den avdøde. Heldigvis for oss, etterlot plyndrerne verktøyene de brukte til å bryte seg inn i haugene, trespader og bårer (små håndterte plattformer som ble brukt til å frakte gjenstander ut av gravene), som ble analysert ved hjelp av dendrokronologi. Bill og Daly (2012) knyttet fragmenter av treringer i verktøyene til etablerte kronologier, og oppdaget at alle tre haugene ble åpnet og gravgodset skadet i løpet av 1000-tallet, sannsynligvis som en del av Harald Bluetooth sin kampanje for å konvertere skandinaver til kristendommen.

Wang og Zhao brukte dendrokronologi for å se på datoene til en av de Silkeveisruter brukt under Qin-Han-perioden kalt Qinghai-ruten. For å løse motstridende bevis for når ruten ble forlatt, så Wang og Zhao på trerester fra graver langs ruten. Noen historiske kilder hadde rapportert at Qinghai-ruten ble forlatt på 600-tallet e.Kr.: dendrokronologisk analyse av 14 graver langs ruten identifiserte en fortsatt bruk gjennom slutten av 800-tallet. En studie av Kristof Haneca og kolleger (2018) beskrev bevis for import av amerikansk tømmer for å konstruere og vedlikeholde den 440 mi (700 km) lange forsvarslinjen til skyttergravene fra første verdenskrig langs vestfronten.

Utvalgte kilder

• Bill, Jan og Aoife Daly. ' Plyndringen av skipsgravene fra Oseberg og Gokstad: Et eksempel på maktpolitikk? ' Antikken 86.333 (2012): 808–24. Skrive ut.
• Fontana, Claudia, et al. ' Dendrokronologi og klima i den brasilianske Atlanterhavsskogen: Hvilken art, hvor og hvordan .' Neotropisk biologi og bevaring 13.4 (2018). Skrive ut.
• Haneca, Kristof, Sjoerd van Daalen og Hans Beeckman. ' Timber for the Trenches: Et nytt perspektiv på arkeologisk tre fra første verdenskrigs skyttergraver i Flanders Fields .' Antikken 92.366 (2018): 1619–39. Skrive ut.
• Manning, Katie, et al.» The Chronology of Culture: En sammenlignende vurdering av europeiske neolittiske datingtilnærminger .' Antikken 88.342 (2014): 1065–80. Skrive ut.
• Nakai, Wataru, et al. Prøveforberedelse av ringløse tropiske trær for δ18O-måling i isotopdendrokronologi .' Tropene 27.2 (2018): 49–58. Skrive ut.
• Turkon, Paula, et al. ' Anvendelser av dendrokronologi i Nordvest-Mexico. ' Latinamerikansk antikken 29.1 (2018): 102–21. Skrive ut.
• Wang, Shuzhi og Xiuhai Zhao. Re-evaluering av silkeveiens Qinghai-rute ved hjelp av dendrokronologi. ' Dendrokronologi 31.1 (2013): 34–40. Skrive ut.