Dendrochronológia - letokruhy ako záznamy o klimatických zmenách

Rastové letokruhy stromu zrezaného vodorovne k zemi možno použiť na datovanie stromu a drevených predmetov z neho vyrobených. Ollikainen / iStock / Getty Images

Dendrochronológia je formálny termín pre datovanie letokruhov, veda, ktorá používa rastové krúžky stromov ako podrobný záznam klimatických zmien v regióne, ako aj spôsob, ako priblížiť dátum výstavby drevených predmetov mnohých typov.

Kľúčové poznatky: Dendrochronológia

• Dendrochronológia alebo datovanie letokruhov je štúdium rastových letokruhov v listnatých stromoch s cieľom identifikovať absolútne dátumy drevených predmetov.
• Kruhy stromov vytvára strom, keď rastie do obvodu, a šírka daného letokruhu závisí od klímy, takže porast stromov bude mať takmer identický vzor letokruhov.
• Metódu vynašli v 20. rokoch 20. storočia astronóm Andrew Ellicott Douglass a archeológ Clark Wissler.
• Nedávne aplikácie zahŕňajú sledovanie klimatických zmien, identifikáciu čakajúcich kolapsov svahov, hľadanie amerických stromov pri stavbe zákopov z prvej svetovej vojny a používanie chemických podpisov v tropických stromoch na identifikáciu minulých teplôt a zrážok.
• Datovanie letokruhov sa používa aj na kalibráciu rádiokarbónových dátumov.

Vzhľadom na techniky archeologického datovania je dendrochronológia mimoriadne presná: ak sú rastové prstence v drevenom objekte zachované a môžu byť spojené s existujúcou chronológiou, výskumníci môžu určiť presný kalendárny rok - a často aj sezónu - strom bol vyťatý, aby bol vyrobený. .

Kvôli tejto presnosti sa dendrochronológia používa na kalibráciu rádiokarbónové datovanie tým, že vede k meraniu atmosférických podmienok, o ktorých je známe, že spôsobujú zmeny rádiokarbónových dát.

Rádiokarbónové dátumy, ktoré boli kalibrovaný v porovnaní s dendrochronologickými záznamami sa označujú skratkami ako cal BP, alebo kalibrované roky pred súčasnosťou.

Čo sú krúžky stromov?

Prierez stromom ilustrujúcim vrstvu kambia. Lukaves / iStock / Getty Images

Datovanie letokruhov funguje, pretože strom sa zväčšuje – nielen do výšky, ale aj do obvodu – v merateľných letokruhoch každý rok počas svojho života. Prstence sú kambium vrstva, kruh buniek, ktorý leží medzi drevom a kôrou az ktorého pochádza nová kôra a bunky dreva; každý rok sa vytvorí nové kambium a predchádzajúce kambium zostane na mieste. Ako veľké bunky kambia rastú v každom roku, merané ako šírka každého prstenca, závisí od teploty a vlhkosti - aké teplé alebo chladné, suché alebo vlhké boli jednotlivé ročné obdobia.

Environmentálne vstupy do kambia sú predovšetkým regionálne klimatické variácie, zmeny teploty, suchosti a chemického zloženia pôdy, ktoré sú spolu zakódované ako variácie v šírke konkrétneho prstenca, v hustote alebo štruktúre dreva a/alebo v chemickom zložení. bunkové steny. Vo svojej najzákladnejšej podobe, počas suchých rokov, sú bunky kambia menšie, a preto je vrstva tenšia ako počas vlhkých rokov.

Na druhoch stromov záleží

Nie všetky stromy je možné merať alebo používať bez dodatočných analytických techník: nie všetky stromy majú kambizem, ktoré sa vytvára ročne. V tropických oblastiach sa napríklad ročné rastové krúžky systematicky nevytvárajú alebo rastové krúžky nie sú viazané na roky, alebo neexistujú žiadne krúžky. Vždyzelené kambia sú obyčajne nepravidelné a nevytvárajú sa ročne. Stromy v arktických, subarktických a alpských oblastiach reagujú odlišne v závislosti od veku stromu – staršie stromy majú zníženú účinnosť vody, čo má za následok zníženú odozvu na zmeny teploty.

Vynález dendrochronológie

Jedným z prvých bolo letokruhové zoznamovanie absolútne metódy datovania vyvinutý pre archeológiu a vynašli ho astronóm Andrew Ellicott Douglass a archeológ Clark Wissler v prvých desaťročiach 20. storočia.

Douglass sa väčšinou zaujímal o históriu klimatických zmien vystavených v letokruhoch; bol to Wissler, kto navrhol použiť túto techniku ​​na identifikáciu, kedy boli postavené nepálené pueblo na juhozápade Ameriky, a ich spoločná práca vyvrcholila výskumom v starovekých ľudí mesto Showlow, neďaleko moderného mesta Showlow, Arizona, v roku 1929.

The Beam Expeditions

Archeológovi Neilovi M. Juddovi sa pripisuje zásluha za to, že presvedčil National Geographic Society, aby založila Prvá lúčová expedícia , v ktorej boli zhromaždené a zaznamenané časti guľatiny z obsadených pueb, misijných kostolov a prehistorických ruín z amerického juhozápadu spolu s časťami zo živých borovíc ponderosa. Šírky prsteňov boli prispôsobené a krížovo datované a do 20. rokov 20. storočia boli chronológie postavené takmer pred 600 rokmi. Prvou ruinou viazanou na konkrétny kalendárny dátum bola Kawaikuh v oblasti Jeddito, postavená v 15. storočí; Drevené uhlie z Kawaikuh bolo prvé drevené uhlie použité v (neskorších) rádiouhlíkových štúdiách.

V roku 1929 vykopával Showlow Lyndon L. Hargrave and Emil W. Haury a dendrochronológia uskutočnená na Showlow viedla k prvej jedinej chronológii pre juhozápad, ktorá sa rozprestierala na obdobie viac ako 1200 rokov. The Laboratórium výskumu letokruhov bola založená Douglassom na univerzite v Arizone v roku 1937 a výskum vykonáva dodnes.

Vytvorenie sekvencie

Za posledných asi sto rokov sa vytvorili sekvencie letokruhov pre rôzne druhy po celom svete s takými dlhými reťazcami dátumov, ako je napr. 12 460-ročný sled v strednej Európe dokončená na duboch v Hohenheimskom laboratóriu a trvá 8 700 rokov štetinová borovica sekvencia v Kalifornii. Budovanie chronológie klimatických zmien v dnešnom regióne bolo najprv jednoducho záležitosťou zosúladenia prekrývajúcich sa vzorov letokruhov v starších a starších stromoch; ale takéto snahy už nie sú založené len na šírkach letokruhov.

Vlastnosti ako hustota dreva, elementárne zloženie (nazývané dendrochémia) jeho zloženia, anatomické vlastnosti dreva astabilné izotopyzachytené v jeho bunkách sa použili v spojení s tradičnou analýzou šírky letokruhov na štúdium účinkov znečistenia ovzdušia, absorpcie ozónu a zmien kyslosti pôdy v priebehu času.

Stredoveký Lübeck

V roku 2007 opísal nemecký drevársky vedec Dieter Eckstein drevené artefakty a stavebné krokvy v Stredoveké mesto Lübeck, Nemecko, vynikajúci príklad nespočetných spôsobov, ako možno túto techniku ​​použiť.

Stredoveká história Lübecku zahŕňa niekoľko udalostí, ktoré súvisia so štúdiom letokruhov a lesov, vrátane zákonov prijatých koncom 12. a začiatkom 13. storočia, ktoré ustanovujú niektoré základné pravidlá trvalej udržateľnosti, dva ničivé požiare v rokoch 1251 a 1276 a populačný krach medzi približne 1340 a 1430 vyplývajúce z Čierna smrť .

• Stavebný boom v Lübecku sa vyznačuje rozsiahlym využívaním mladších stromov, ktoré signalizujú dopyt prevyšujúci schopnosť lesov obnoviť sa; busty, ako napríklad po čiernej smrti, ktorá zdecimovala obyvateľstvo, sú označené dlhým obdobím bez výstavby, po ktorom nasleduje použitie veľmi starých stromov.
• V niektorých bohatších domoch boli krokvy použité počas výstavby vyrúbané v rôznych časoch, niektoré trvali viac ako rok; väčšina ostatných domov má v rovnakom čase vyrúbané krokvy. Eckstein tvrdí, že je to preto, že drevo pre bohatší dom sa získavalo na trhu s drevom, kde sa stromy rúbali a skladovali, kým sa nedali predať; kým menej dobre situované stavby domov sa stavali just-in-time.
• Dôkazom diaľkového obchodu s drevom je drevo dovážané pre umelecké diela, ako je Triumfálny kríž a Obrazovka Katedrála svätého Jakuba . Bolo identifikované, že bol vyrobený z dreva, ktoré bolo špeciálne dovezené z 200-300-ročných stromov z poľsko-baltských lesov, pravdepodobne pozdĺž zavedených obchodných ciest z prístavov Gdansk, Riga alebo Konigsberg.

Tropické a subtropické prostredie

Cláudia Fontana a kolegovia (2018) zdokumentovali pokroky pri vypĺňaní veľkej medzery v dendrochronologickom výskume v tropických a subtropických oblastiach, pretože stromy v týchto klimatických podmienkach majú buď zložité prstencové vzory, alebo vôbec žiadne viditeľné letokruhy. To je problém, pretože keďže globálna klimatická zmena prebieha, musíme čoraz dôležitejšie pochopiť fyzikálne, chemické a biologické procesy, ktoré ovplyvňujú hladiny pozemského uhlíka. Tropické a subtropické oblasti sveta, ako napríklad brazílsky Atlantický les Južnej Ameriky, uchovávajú približne 54 % celkovej biomasy planéty. Najlepšie výsledky pre štandardný dendrochronologický výskum sú so vždyzeleným Araucaria angustifolia (borovica paraná, brazílska borovica alebo svietnik), so sekvenciou vytvorenou v dažďovom pralese medzi 1790 – 2009 CE); predbežné štúdie (Nakai et al. 2018) ukázali, že existujú chemické signály, ktoré sledujú zrážky a zmeny teploty, ktoré možno využiť na získanie ďalších informácií.

Eliptické prstence na tomto strome z Turecka ukazujú, že strom rástol niekoľko rokov naklonený na svahu, pričom časť smerujúca k svahu je identifikovaná podľa úzkeho prstenca na pravej strane obrázku. Mehmet Gokhan Bayhan / iStock / Getty Images

Štúdia z roku 2019 (Wistuba a kolegovia) zistila, že letokruhy môžu tiež varovať pred hroziacimi kolapsmi svahov. Ukazuje sa, že stromy, ktoré sú naklonené zosuvom pôdy, zaznamenávajú excentrické eliptické letokruhy. Zostupné časti prstencov sa rozširujú ako tie nahor a v štúdiách vykonaných v Poľsku Malgorzata Wistuba a kolegovia zistili, že tieto náklony sú dôkazom tri až pätnásť rokov pred katastrofickým kolapsom.

Iné aplikácie

Už dlho bolo známe, že tri mohyly z obdobia Vikingov z 9. storočia neďaleko nórskeho Osla (Gokstad,Oseberg, a Tune) bola vlámaná v určitom období staroveku. Votrelci znehodnotili lode, poškodili hrobové vybavenie a vytiahli a rozohnali kosti nebožtíka. Našťastie pre nás, vykrádači po sebe zanechali nástroje, ktorými sa vlámali do kôp, drevené rýle a nosidlá (malé rúčky slúžiace na vynášanie predmetov z hrobiek), ktoré boli analyzované pomocou dendrochronológie. Bill a Daly (2012) pri viazaní fragmentov letokruhov v nástrojoch do zavedených chronológií zistili, že všetky tri mohyly boli otvorené a hrobové vybavenie bolo poškodené počas 10. storočia, pravdepodobne ako súčasť Harald Bluetooth kampaň na konverziu Škandinávcov na kresťanstvo.

Wang a Zhao použili dendrochronológiu, aby sa pozreli na dátumy jedného z nich Cesty Hodvábnej cesty používané počas obdobia Qin-Han nazývaného Qinghai Route. Na vyriešenie protichodných dôkazov o tom, kedy bola trasa opustená, sa Wang a Zhao pozreli na zvyšky dreva z hrobiek pozdĺž trasy. Niektoré historické zdroje uvádzali, že trasa Qinghai bola opustená v 6. storočí nášho letopočtu: dendrochronologická analýza 14 hrobiek pozdĺž trasy identifikovala pokračovanie používania až do konca 8. storočia. Štúdia Kristofa Hanecu a kolegov (2018) opísala dôkazy o dovoze amerického dreva na stavbu a údržbu 440 míľ (700 km) dlhej obrannej línie zákopov z prvej svetovej vojny pozdĺž západného frontu.

Vybrané zdroje

• Bill, Jan a Aoife Daly. ' Plienenie lodných hrobov z Osebergu a Gokstadu: príklad mocenskej politiky? ' Antika 86,333 (2012): 808–24. Tlačiť.
• Fontana, Claudia a kol. ' Dendrochronológia a klíma v brazílskom atlantickom lese: Ktoré druhy, kde a ako .' Neotropická biológia a ochrana 13.4 (2018). Tlačiť.
• Haneca, Krištof, Sjoerd van Daalen a Hans Beeckman. ' Drevo pre priekopy: Nový pohľad na archeologické drevo zo zákopov z prvej svetovej vojny na Flámskych poliach .' Antika 92 366 (2018): 1619–39. Tlačiť.
• Manning, Katie a spol.' Chronológia kultúry: Porovnávacie hodnotenie európskych prístupov k datovaniu neolitu .' Antika 88,342 (2014): 1065–80. Tlačiť.
• Nakai, Wataru a kol. Príprava vzorky tropických stromov bez prstencov na meranie δ18O v izotopovej dendrochronológii .' trópy 27.2 (2018): 49.–58. Tlačiť.
• Turkon, Paula a kol. ' Aplikácie dendrochronológie v severozápadnom Mexiku. ' Latinskoamerický starovek 29.1 (2018): 102–21. Tlačiť.
• Wang, Shuzhi a Xiuhai Zhao.' Prehodnotenie trasy Qinghai Hodvábnej cesty pomocou dendrochronológie. ' Dendrochronológia 31,1 (2013): 34–40. Tlačiť.