Dendrochronologie: Was uns Baumringe über Vergangenheit und Gegenwart verraten

Die Dendrochronologie

Die Dendrochronologie ist das Studium der Daten aus dem Wachstum von Baumringen. Aufgrund der weitreichenden und vielfältigen Anwendungsmöglichkeiten dieser Daten können Spezialisten aus vielen akademischen Disziplinen kommen. Es gibt keine Studienabschlüsse in Dendrochronologie, da die Methode selbst, obwohl sie in allen Bereichen nützlich ist, ziemlich begrenzt ist. Die meisten Personen, die sich mit der Untersuchung von Baumringen befassen, kommen aus einer der folgenden Disziplinen:

• Archäologie – zur Datierung von Materialien und Artefakten aus Holz. In Verbindung mit anderen Methoden können Baumringe zur Darstellung von Ereignissen verwendet werden.
• Chemiker – Baumringe sind die Methode, mit der Radiokarbondaten kalibriert werden.
• Klimawissenschaft – insbesondere im Bereich der Paläoklimatologie, wo wir anhand der Baumringe etwas über die Umweltbedingungen der Vergangenheit, lokal oder global, lernen können. Dies kann uns auch Aufschluss über den Klimawandel in der Zukunft geben
• Dendrologie – dazu gehören auch Forstwirtschaft und Naturschutz. Dendrologen sind Baumforscher und untersuchen alle Aspekte von Bäumen (1). Baumringe können ihnen Aufschluss über das gegenwärtige lokale Klima geben

Die Dendrochronologie ist aber auch für Kunsthistoriker, Mediävisten, Klassizisten, Altertumswissenschaftler und Historiker von Nutzen, da sie einige der Materialien datieren müssen, mit denen sie in ihren Forschungsprojekten zu tun haben werden. In der Regel reicht ein Bachelor-Abschluss in einer der oben genannten Disziplinen aus, um die Daten aus der Dendrochronologie zu studieren.

Ein paar Anmerkungen zu Bäumen

Bäume sind eine allgegenwärtige Form des pflanzlichen Lebens auf dem Planeten Erde. Sie sind die Lungen der Welt, atmen Kohlendioxid ein und atmen den Sauerstoff aus, von dem das tierische Leben abhängt. Sie leben unter den unterschiedlichsten Bedingungen: in gemäßigten und tropischen Gebieten sowie in Trockengebieten, in Gebirgslandschaften, in den Regenwäldern am Äquator und in den gemäßigten Hochebenen Skandinaviens – sie sind überall zu finden. Sie werden in Parks und Gärten auf der ganzen Welt zur Dekoration verwendet. Es gibt sie in allen Formen und Größen, von den kleinsten Setzlingen bis hin zu den kolossalen Redwoods in Nordamerika – man könnte sagen, dass wir sie für selbstverständlich halten, und doch sind sie von entscheidender Bedeutung, wenn es darum geht, uns etwas über viele Aspekte unserer Vergangenheit zu lehren.

Bäume haben sich vor etwa 380 Millionen Jahren entwickelt (2). Davor sahen die Vorfahren der Bäume vielleicht etwas baumähnlich aus, aber sie waren keine Bäume im eigentlichen Sinne. Das Zeitalter der echten Bäume begann mit der Entwicklung von Holz in der späten Devon-Zeit. Davor hatten ihre Vorfahren eine erkennbare Baumform, von der man annimmt, dass es sich um eine riesige Farnart handelte, die den Prozess der Entwicklung eines verholzten Stammes einleitete. Das Holz hilft dem sich entwickelnden Baum, stark zu bleiben, wenn er älter wird und in die Höhe wächst, neue Äste bildet und mehr Sonnenlicht für die Photosynthese-Reproduktion aufnimmt. Holz ist, wie wir alle wissen, ein solides und starkes Material, das wegen seiner Langlebigkeit und Stärke geschätzt wird. In jeder Wachstumsphase (in der Regel jährlich, aber nicht immer, wir werden dieses Problem später untersuchen) wird ein neuer Ring im Körper des Baumes angelegt. Wir können dies an jedem Baumstumpf sehen, eine Reihe von konzentrischen Ringen, die das Kernholz umkreisen und sich zum Rand hin auffächern. Die äußeren Ringe stellen natürlich die jüngsten Jahre des Baumes dar, und Sie werden feststellen, dass nicht alle Ringe gleich sind – manche sind dünner, manche dicker, manche heller und manche dunkler. Diese stellen Wachstumsmuster dar, die die Bedingungen der Jahreszeit oder des Jahres widerspiegeln (4), und es sind diese Ringe, auf denen die gesamte Studie der Dendrochronologie beruht.

Was ist Dendrochronologie?

Die Dendrochronologie ist die Studie des Wachstums von Baumringen, und wir können viel aus ihrer Untersuchung lernen. Wir können organisches archäologisches Material datieren und eine chronologische Aufzeichnung erstellen, anhand derer Artefakte datiert werden können (3). Wir können viel über das Klima der Vergangenheit lernen, darüber, wie sich saisonale Wetterausbrüche oder Perioden des Klimawandels auf das Baumwachstum ausgewirkt haben und wie sich dies in Zukunft auf unser Klima auswirken könnte. Der amerikanische Astronom A. E. Douglass, der ein starkes Interesse an der Erforschung des Klimas hatte, entwickelte die Methode um 1900 (4). Er stellte die Theorie auf, dass Baumringe als Ersatzdaten verwendet werden könnten, um die Klimastudie weiter zurückzuverfolgen, als es bisher möglich war. Er hatte Recht, und je mehr Bäume zu den Aufzeichnungen hinzukamen, desto größer war der Umfang der Daten, die extrapoliert werden konnten, und desto vollständiger war das Bild, das wir uns von unserem vergangenen Klima machen konnten. Erst in den 1970er Jahren erkannten Archäologen die Vorteile der Verwendung von Jahrringdaten in ihrem eigenen Bereich (8), obwohl Douglass selbst seine Methode zur Datierung vieler prähistorischer nordamerikanischer Artefakte und Monumente verwendet hatte, die zuvor nicht zufriedenstellend in eine eindeutige Chronologie eingeordnet werden konnten.

In jeder Wachstumssaison bilden die Bäume einen neuen Ring, der die Wetterbedingungen der jeweiligen Wachstumssaison widerspiegelt. Für sich allein genommen kann ein einzelner Datensatz nur wenig über die Umweltbedingungen in einem bestimmten Jahr des Baumwachstums und natürlich über das Alter des Baumes zum Zeitpunkt des Fällens aussagen, aber wenn wir Hunderte und Tausende von Baumringaufzeichnungen zusammenfassen, können wir viel mehr erfahren. Am wichtigsten ist, dass sie uns – vorausgesetzt, es gibt keine Lücken in den Aufzeichnungen (und selbst wenn es kurze Lücken gibt) – das genaue Jahr verraten, in dem ein bestimmter Baumring gewachsen ist (4). Selbst mit diesen beiden einfachen Datensätzen, die wir aus den Baumringdaten extrapolieren können, ist das Potenzial also enorm. Es handelt sich um eine genaue und zuverlässige Datierungsmethode mit einer Vielzahl von Anwendungsmöglichkeiten in Umweltstudien, Archäologie und allem, was dazwischen liegt.

Die Methode hat sich immer mehr durchgesetzt und ist heute eine unverzichtbare Methode in vielen Disziplinen. In den 1980er Jahren begannen an der Universität von Arizona (6) und (7) mehrere bahnbrechende Studien zur Untersuchung der Borstenkiefer in Kalifornien und der Hohenheimer Eiche in Deutschland. Dank dieser Studien verfügen wir heute über eine 8.600 Jahre umfassende Chronologie für die Borstenkiefer und eine etwa 12.500 Jahre umfassende Chronologie für die Eiche. Dieser enorme und umfassende Datensatz ist sowohl für europäische als auch für nordamerikanische Studien zum Paläoklima und zur Vorgeschichte von grundlegender Bedeutung (8).

Dendrochronologie Defining Principles (3):

• Uniformität – dass jeder einzelne Baumringdatensatz an der Gesamtsumme der vorhandenen Datensätze kalibriert werden kann, um ihn in die Chronologie einordnen zu können. Nach der Kalibrierung sollten wir in der Lage sein, genau zu sagen, in welchem Jahr ein bestimmter Ring entstanden ist
• Einschränkende Faktoren – bestimmte Wetter- und Klimabedingungen wirken sich auf das Wachstum der Jahrringe in einem bestimmten Jahr oder einer bestimmten Jahreszeit aus
• Aggregation – Die Stärke der Jahrringaufzeichnungen besteht darin, dass Abweichungen von den lokalen Bedingungen berücksichtigt werden und jeder Jahrringdatensatz sich gut in die bestehenden Aufzeichnungen einfügen sollte
• Ökologische Amplitude – Bestimmte Baumarten wachsen nur in bestimmten Gebieten. Einige mögen feuchte, salzige Böden, andere bevorzugen trockene, saure Böden; es gibt Vorlieben für Temperatur und Feuchtigkeit, und die meisten haben eine Höhenbegrenzung. Die besten Aufzeichnungen stammen von den Rändern des Landes, das die Baumarten bevorzugen, denn hier sehen wir die größten Variationen im Wachstum der Jahresringe

Ein großer Nachteil der Dendrochronologie ist, dass wir nur die Ringe im Baum datieren können. Dies sagt weder etwas darüber aus, wann der Baum gefällt wurde, noch darüber, wann er genutzt wurde (8). In der Vergangenheit kann Holz von guter Qualität wiederverwendet worden sein (10), und für den Archäologen ist es wichtig, andere Aufzeichnungen mit den neuen Daten zu vergleichen. Einige Bäume eignen sich auch besser als andere für Studien (5).

Hinweise zur Zuverlässigkeit

Baumarten sind sehr unterschiedlich. In diesem Artikel wird davon ausgegangen, dass das Wachstum einjährig ist und eine bestimmte Wachstumsperiode hat. Die meisten Baumarten sind zuverlässig; die Eiche ist die zuverlässigste Baumart für Jahresringe – es ist kein einziger Fall bekannt, in dem ein Jahresring fehlte. Erle und Kiefer sind dafür berüchtigt, dass sie gelegentlich ein Jahr „auslassen“, was schon verwirrend genug ist, wenn man bedenkt, dass diese Baumarten manchmal auch „doppelt“ wachsen, indem sie zwei Ringe in derselben Wachstumsperiode haben (8). Birke und Weide werden wegen ihres unregelmäßigen Wachstumszyklus überhaupt nicht verwendet. Seit den Klimaveränderungen seit der industriellen Revolution sind einige der neueren dendrochronologischen Aufzeichnungen unberechenbar geworden (9), und in höheren Lagen sind die Jahrringdaten zurückgegangen – wir sehen mehr Schwankungen als je zuvor (11).

In Zeiten, bevor es eine moderne Holzbehandlung gab, haben die Menschen den Bäumen nach dem Fällen und vor der Verwendung des Holzes oft den Saft entzogen. Die Entfernung des Saftes und manchmal auch des Kernholzes kann die Zuverlässigkeit des Holzes als Artefakt für die Datierung ernsthaft beeinträchtigen (10).

Eine gute dendrochronologische Studie hängt stark davon ab, dass es kein sich wiederholendes Muster gibt. Aufgrund des sich ändernden Klimas erwarten wir, dass jedes Jahr ein bestimmtes Muster in den Aufzeichnungen aufweist (9). Es ist unwahrscheinlich, dass sich ein Muster perfekt wiederholt, aber es ist durchaus möglich. Alle Permutationen müssen untersucht und die Aufzeichnungen gegebenenfalls mit bekannten externen Informationen abgeglichen werden.

Radiokohlenstoffdatierung

Teil der dendrochronologischen Aufzeichnungen ist auch die Messung der Kohlenstoffmenge in der Baumprobe, denn aufgrund dieser langen Aufzeichnungen kennen wir das genaue Datum, an dem ein Baumring im lebenden Organismus entstanden ist. Diese fortlaufende Aufzeichnung ist für die Datierung von organischem Material durch Radiokohlenstoffdatierung von entscheidender Bedeutung. Die Menge des Radiokohlenstoff-14-Isotops im Artefakt wird zur Kalibrierung mit den Daten der Baumringe verglichen und immer mit organischem Material bekannten Alters kalibriert (8). Die umfassende Natur der Baumringaufzeichnungen ist die perfekte Datenbank für die Kalibrierung, wenn wir versuchen, organisches Material zu datieren. Die meisten Aufzeichnungen sind einmalig, was theoretisch ein absolutes Datum für das Artefakt ergeben sollte; wenn sie ein identisches Isotopniveau aufweisen, können wir mit Sicherheit davon ausgehen, dass sie das gleiche Alter haben (12). Ein genaues Jahr zu finden, ist selten so eindeutig, so dass eine Spanne von Daten gewählt wird, so dass die Radiokohlenstoffdaten immer mit einem Fehlerfaktor behaftet sind. 4750BP +/-30 Jahre zum Beispiel.

Verwendung in der Archäologie

Sweet Track – er ist bekannt als „Der älteste Fußweg der Welt“, ein seltsamer Titel, der nicht leichtfertig vergeben wird. Er ist mit Sicherheit der älteste datierbare Fußweg der Welt, wenn wir Fußweg als etwas Künstliches und absichtlich Geschaffenes definieren, um sich in einem geografischen Gebiet fortzubewegen, und nicht als einen Weg, der sich durch Trampeln entwickelt hat.

Bis in die 1980er Jahre war es notorisch schwierig, von Wasser aufgeweichte archäologische Stätten zu datieren, was für die Forscher frustrierend war, weil organisches Material wie Holz selten in Gebieten zu finden ist, in denen es leicht überleben könnte. Bis zu dieser Zeit gab es so gut wie keine Chronologie für die prähistorische Periode in England (15, S. 210). Die Dendrochronologie war hier eine enorme Hilfe, und als ein Teil des Sweet Track in den Somerset Levels in wassergesättigtem Boden gefunden wurde, gab dies den Forschern, die sich mit der Eisenzeit und früheren Perioden befassten, Hoffnung, die sich in den folgenden Jahrzehnten durchaus erfüllte. Die Somerset Levels standen in prähistorischer Zeit die meiste Zeit des Jahres unter Wasser und wurden erst in der nachmittelalterlichen Zeit trockengelegt, und der Track verlief über eine Strecke von fast 2 km vom Hochland bis zu einer Insel in den Levels (14). Anhand von Baumringdaten, die von einigen der noch erhaltenen großen Holzbalken stammen (die überlebten, weil sie vom Wasser aufgeweicht waren), konnten der Weg selbst und die nahegelegenen Siedlungen auf etwa 3806 v. Chr. zum Zeitpunkt der Fertigstellung datiert werden (15, S. 218). Dies war ein Datum, das die Forscher bereits vermutet hatten, wenn auch weitaus breiter als vor der Bestätigung, aber von diesem Zeitpunkt an wurde die Dendrochronologie zu einem grundlegenden Instrument für die Datierung archäologischer Überreste.

Verwendung in der Klimastudie

Im Kampf gegen den Klimawandel ist es die Vergangenheit, auf die wir schauen, um herauszufinden, wie unsere Zukunft aussehen könnte. Die Untersuchung von Baumringdaten ist von entscheidender Bedeutung, um zu verstehen, wie unser regionales und globales Paläoklima zu einem bestimmten Zeitpunkt aussah, vor allem angesichts des Mangels an anderen Quellen, aus denen wir solche Informationen erhalten könnten. Die Methode hat sich in den letzten 20 Jahren enorm verbessert. Während die meisten Klimatologen untersuchen, wie der Mensch das Klima beeinflusst, konzentriert sich die Dendrochronologie für die Klimawissenschaft auf die Veränderungen der Vegetation, die sich aus den natürlichen Prozessen des Klimawandels ergeben (16 S. 129-130). Die Methode der Veränderung mag anders gewesen sein, aber die Ergebnisse sind dieselben, und sie können uns viel über den Anstieg des Kohlenstoffs in der Vergangenheit sagen. Dies ist von entscheidender Bedeutung, um zu verstehen, wie eine Welt nach dem Klimawandel aussehen wird, insbesondere für Bäume und die Auswirkungen auf das Baumwachstum in der Zukunft.

Von besonderem Interesse für Klimaforscher sind die beiden Ereignisse, die als Kleine Eiszeit (LIA) und Mittelalterliche Warmzeit (MWP) bekannt sind; beides waren Perioden, in denen der nordatlantische Raum – über mehrere hundert Jahre – ungewöhnliche Klimabedingungen erlebte. Beide hatten tiefgreifende Auswirkungen auf das Klima in Europa und im östlichen Nordamerika. In Europa, wo es nur wenige langlebige Bäume gibt, die auf dem amerikanischen Kontinent viel häufiger sind (16, S. 132-133), sind die Daten aus der LIA und der MWP von grundlegender Bedeutung für das Verständnis des modernen Klimawandels. In Nordamerika ist das Gegenteil der Fall, da wir weit zurück in die Paläoklimaaufzeichnungen blicken können, die oft mehrere tausend Jahre alt sind, um Daten über einen viel längeren Zeitraum zu erhalten.

• https://www.ffa.org/ffa2015/Career%20Explorer/Dendrologists.pdf
• http://www.academia.edu/4470066/Wood_anatomy_and_evolution_a_case_study_in_the_Bignoniaceae
• http://web.utk.edu/~grissino/principles.htm
• http://dendro.cornell.edu/whatisdendro.php
• http://www.ltrr.arizona.edu/lorim/good.html
• https://journals.uair.arizona.edu/index.php/radiocarbon/article/view/4172
• https://journals.uair.arizona.edu/index.php/radiocarbon/article/view/787
• http://www.helm.org.uk/guidance-library/dendrochronology-guidelines/dendrochronology.pdf
• http://web.utk.edu/~grissino/downloads/Harley%20and%20Grissino-Mayer%20Sustainability.pdf
• http://dendro.cornell.edu/articles/kuniholm2000.pdf
• http://arizona.openrepository.com/arizona/bitstream/10150/303131/1/ltrr-0064.pdf
• http://www.radiocarbon.com/tree-ring-calibration.htm
• Koch, E.R. & Kairiukstis L. A. 1990: Methods of Dendrochronology: Applications in the Environmental Sciences. Springer.
• http://www.bosci.net/papers/sweettrackdate.pdf
• http://www.treeringsociety.org/TRBTRR/TRBvol47_61-69.pdf
• http://earthsciences.ucr.edu/gcec_pages/docs/geo224/Martinelli%202004-GlbPlnChg-Climate%20from%20dendrochronology.pdf

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MG Mason hat einen BA in Archäologie und einen MA in Landschaftsarchäologie, beide von der University of Exeter. Sein persönliches Interesse an der Umweltwissenschaft wuchs parallel zu seinen formalen Studien und war schließlich Teil seines Postgraduiertenstudiums, in dem er sowohl natürliche als auch menschliche Veränderungen der Umwelt im Südwesten Englands untersuchte; sein besonderes Interesse gilt der Luftbildfotografie. Er hat Erfahrung mit GIS (digitaler Kartierung), arbeitet aber derzeit als freiberuflicher Autor, da er aufgrund des wirtschaftlichen Abschwungs Schwierigkeiten hat, eine relevante Arbeit zu finden. Er lebt derzeit in Südwestengland.

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