Dendrokronologian opiskelu
Dendrokronologia on puiden vuosirenkaiden kasvusta saatujen tietojen tutkimista. Koska nämä tiedot ovat laajoja ja monipuolisia sovelluksia, asiantuntijoita voi olla monilta akateemisilta tieteenaloilta. Dendrokronologiassa ei ole tutkintoja, koska vaikka siitä on hyötyä kaikilla aloilla, menetelmä itsessään on melko rajallinen. Useimmat ihmiset, jotka ryhtyvät tutkimaan puurenkaita, tulevat tyypillisesti joltakin seuraavista tieteenaloista:
- Arkeologia – puusta valmistettujen materiaalien ja esineiden ajoittamiseksi. Kun niitä käytetään yhdessä muiden menetelmien kanssa, puiden renkaiden avulla voidaan piirtää tapahtumia.
- Kemistit – puiden renkaat ovat menetelmä, jolla radiohiiliajoitukset kalibroidaan.
- ilmastotiede – erityisesti paleoklimatologian alalla, jossa voimme saada tietoa menneisyyden ympäristöolosuhteista, paikallisesti tai maailmanlaajuisesti, sen perusteella, mitä puiden renkaat kertovat meille. Laajemmassa merkityksessä tämä voi myös opettaa meille ilmastonmuutoksesta tulevaisuudessa
- Dendrologia – joka käsittää myös metsänhoidon ja -suojelun. Dendrologit ovat puututkijoita, jotka tutkivat puita kaikilta osin (1). Puiden renkaat voivat kertoa heille tämänhetkisestä paikallisesta ilmastosta
Vaikka dendrokronologialla on käyttöä myös taidehistorioitsijoille, keskiajan tutkinnon suorittaneille, klassisteille, antiikin tutkijoille ja historioitsijoille, koska on tarpeen ajoittaa joitakin aineistoja, joita alat käsittelevät tutkimusprojekteissaan. Tyypillisesti kandidaatin tutkinto jollakin edellä mainituista tieteenaloista riittää dendrokronologiasta saatavien tietojen tutkimiseen.
Joitakin huomioita puista
Puut ovat maapallolla kaikkialle levinnyt kasvien elämänmuoto. Ne ovat maailman keuhkot, jotka hengittävät sisäänsä hiilidioksidia ja ulos happea, josta eläinkunta on riippuvainen. Ne elävät myös kaikenlaisissa olosuhteissa: lauhkeilla ja trooppisilla alueilla ja kuivilla paikoilla, vuoristomaisemista päiväntasaajan sademetsiin ja Skandinavian lauhkeisiin ylänköihin, niitä on kaikkialla. Niitä käytetään koristeena puistoissa ja puutarhoissa kaikkialla maailmassa. Niitä on kaikenkokoisia ja -muotoisia pienimmistä taimista Pohjois-Amerikan valtaviin punapuihin – voisi sanoa, että pidämme niitä itsestäänselvyyksinä, mutta ne ovat kuitenkin elintärkeitä, koska ne opettavat meille monia asioita menneisyydestämme.
Puut kehittyivät noin 380 miljoonaa vuotta sitten (2). Sitä ennen puiden esi-isät saattoivat näyttää hieman puun näköisiltä, mutta ne eivät olleet puita missään varsinaisessa merkityksessä. Todellisten puiden aikakauden alku tuli puun kehittymisen myötä devonikauden lopulla. Sitä ennen niiden esi-isillä oli tunnistettava puumuoto, jonka uskotaan olleen jättiläismäinen saniaislaji, joka aloitti puumaisen varren kehitysprosessin. Puu auttaa kehittyvää puuta pysymään vahvana, kun se ikääntyy ja kasvaa ylöspäin, rakentaa uusia oksia ja imee enemmän auringonvaloa fotosynteesin lisääntymistä varten. Kuten kaikki tiedämme, puu on vankka ja vahva materiaali, jota arvostetaan sen pitkäikäisyyden ja lujuuden vuoksi. Jokaisella kasvukaudella (yleensä vuosittain, mutta ei aina, tarkastelemme tätä ongelmaa myöhemmin) puun runkoon syntyy uusi rengas. Voimme nähdä tämän missä tahansa puun kannossa, sarjan samankeskisiä renkaita, jotka kiertävät puun ydintä ja levittäytyvät kohti reunaa. Uloimmat renkaat edustavat luonnollisesti puun nuorimpia vuosia, ja saatat huomata, että kaikki renkaat eivät ole yhdenmukaisia – jotkut ovat ohuempia, jotkut paksumpia, jotkut vaaleita ja jotkut tummia. Nämä edustavat kasvumalleja, jotka heijastavat vuodenajan tai vuoden olosuhteita (4), ja juuri näihin vuosirenkaisiin koko dendrokronologian tutkimus perustuu.
Mitä on dendrokronologia?
Dendrokronologia on puun vuosirenkaiden kasvun tutkimista, ja niiden tutkimisesta voimme oppia paljon. Voimme ajoittaa orgaanista arkeologista materiaalia ja luoda kronologisen tietueen, jota vasten esineitä voidaan ajoittaa (3). Voimme oppia paljon menneestä ilmastosta, siitä, miten oudot, koko vuodenaikaa kestävät sääolosuhteet tai ilmastonmuutosjaksot ovat vaikuttaneet puiden kasvuun ja miten se voi vaikuttaa ilmastoon tulevaisuudessa. Amerikkalainen astronomi A E Douglass, joka oli erittäin kiinnostunut ilmaston tutkimisesta, kehitti menetelmän noin vuonna 1900 (4). Hän esitti teorian, jonka mukaan puiden vuosirenkaita voitaisiin käyttää proxy-tietoina, joiden avulla ilmastotutkimus voitaisiin ulottaa kauemmaksi taaksepäin kuin aiemmin oli sallittua. Hän oli oikeassa, ja mitä enemmän puita lisättiin tietoihin, sitä laajemmat tiedot voitiin ekstrapoloida ja sitä kattavamman kuvan saimme menneestä ilmastostamme. Vasta 1970-luvulla arkeologit näkivät puurengastietojen käytön hyödyt omalla alallaan (8), vaikka Douglass itse oli käyttänyt menetelmäänsä monien esihistoriallisten pohjoisamerikkalaisten esineiden ja muistomerkkien ajoittamiseen, joita ei aiemmin ollut pystytty tyydyttävästi sijoittamaan lopulliseen kronologiaan.
Puut luovat jokaisena kasvukautena uuden vuosirenkaan, joka kuvastaa kyseisen kasvukauden sääolosuhteita. Yksittäinen vuosirengasmerkintä voi yksinään kertoa meille vain vähän puun tietyn kasvuvuoden aikaisista ympäristöolosuhteista ja tietenkin puun iästä kaadettaessa, mutta kun yhdistämme satoja ja tuhansia vuosirengasmerkintöjä, se voi kertoa meille paljon enemmän. Kaikkein tärkeintä on se, että jos tiedoissa ei ole aukkoja (ja vaikka aukkoja olisikin lyhyitä), se voi kertoa meille tarkan vuoden, jolloin tietty vuosirengas kasvoi (4). Näillä kahdella yksinkertaisella tietokokonaisuudella, joita voimme ekstrapoloida vuosirengastiedoista, on siis valtava potentiaali, jopa näillä kahdella yksinkertaisella tietokokonaisuudella, joita voimme ekstrapoloida vuosirengastiedoista. Kyseessä on tarkka ja luotettava ajoitusmenetelmä, jolla on lukuisia käyttökohteita ympäristötutkimuksessa, arkeologiassa ja kaikessa siltä väliltä.
Menetelmä on kehittynyt yhä vahvemmaksi, ja se on nykyään elintärkeä menetelmä useilla eri tieteenaloilla. 1980-luvulta alkaen Arizonan yliopistossa (6), (7) aloitettiin useita uraauurtavia tutkimuksia, joissa tutkittiin Kalifornian bristlecone-mäntyä ja hohenheimin tammea Saksassa. Näiden tutkimusten ansiosta meillä on nyt 8 600 vuoden kronologia bristlecone-männylle ja noin 12 500 vuoden kronologia tammelle. Tämä valtava ja kattava aineisto on perustavanlaatuinen sekä Euroopan että Pohjois-Amerikan paleoilmastoa ja esihistoriaa koskevissa tutkimuksissa (8).
Dendrokronologian määrittelyperiaatteet (3):
- Yhtäläisyys – että mikä tahansa yksittäinen vuosirengasrekisteri voidaan kalibroida olemassa olevien rekistereiden yhteenlaskettuun kokonaismäärään nähden, jotta se voidaan sijoittaa kronologiaan. Kalibroituina meidän pitäisi pystyä kertomaan tarkasti, minä vuonna tietty rengas on syntynyt
- rajoittavat tekijät – että tietyillä sää- ja ilmasto-olosuhteilla on vaikutusta vuosirenkaiden kasvuun tiettynä vuonna tai vuodenaikana
- Aggregoituminen – Vuosirenkaiden ennätyksen vahvuus on se, että paikallisista olosuhteista johtuvat vaihtelut on otettu huomioon, ja minkä tahansa vuosirenkaiden tietokokonaisuuden pitäisi mahtua hyvin olemassa olevaan ennätyksen sisään
- Ekologinen amplitudi – Tietyt puulajit kasvavat vain tietyillä alueilla. Jotkut pitävät kosteasta, suolaisesta maaperästä ja toiset kuivasta, happamasta maaperästä; on olemassa lämpötilaa ja kosteutta koskevia mieltymyksiä, ja useimmilla on korkeusraja. Parhaat tallenteet on otettu maan reunoilta, joita laji suosii, koska juuri siellä näemme eniten vaihtelua vuosirenkaiden kasvussa
Dendrokronologiassa on yksi suuri haittapuoli, ja se on se, että voimme ajoittaa vain puun vuosirenkaat. Tämä ei kerro mitään siitä, milloin kyseinen puu kaadettiin tai milloin sitä käytettiin (8). Menneinä aikoina hyvälaatuista puuta on saatettu käyttää uudelleen (10), ja arkeologin kannalta on tärkeää verrata muita tietoja uusiin tietoihin. Jotkin puut ovat myös toisia parempia tutkimuskohteita (5).
Huomautuksia luotettavuudesta
Puulajit vaihtelevat suuresti. Tässä artikkelissa oletamme, että kasvu on yksivuotista ja että sillä on selkeä kasvukausi. Useimmat puulajit ovat luotettavia; tammi on puulajeista luotettavin vuosirenkaiden suhteen – ei ole yhtään tunnettua tapausta, jossa vuosirengas olisi puuttunut. Pihlaja ja mänty ovat tunnettuja siitä, että niistä puuttuu toisinaan yksi vuosirengas, mikä on tarpeeksi hämmentävää ilman sitäkin, että näillä lajeilla on myös toisinaan kaksi vuosirengasta saman kasvukauden aikana (8). Koivua ja pajua ei käytetä lainkaan, koska niiden kasvusykli on epäsäännöllinen. Teollisen vallankumouksen jälkeisten ilmastomuutosten vuoksi jotkut uudemmat dendrokronologiset tallenteet ovat muuttuneet epäsäännöllisiksi (9), ja korkeammissa paikoissa puiden vuosirenkaiden tiedot ovat pienentyneet – vaihtelu on suurempaa kuin koskaan aikaisemmin (11).
Aikoina ennen nykyaikaista puunkäsittelyä ihmiset usein valuttivat puista mehua kaadon jälkeen ja ennen puutavaran käyttöä. Mehun ja joskus myös sydänpuun poistaminen voi vaikuttaa vakavasti puun luotettavuuteen artefaktina ajoitusta varten (10).
Hyvä dendrokronologinen tutkimus riippuu suuresti toistuvan kuvion puuttumisesta. Odotamme ilmaston muuttuvan luonteen vuoksi, että jokaisella vuodella on selvä kuvio tietueessa (9). Mikään kuvio ei todennäköisesti toistu täydellisesti, mutta se on varmasti mahdollista. Kaikki permutaatiot on tutkittava ja tarvittaessa tarkistettava tietue tunnettujen ulkoisten tietojen perusteella.
Radiohiiliajoitus
Osa dendrokronologista tietuetta on myös mitata puunäytteessä olevan hiilen määrä, koska tämän pitkän tietueen ansiosta tiedämme tarkan päivämäärän, jolloin vuosirengas on syntynyt elävän organismin sisällä. Tämä jatkuva kirjaus on siis elintärkeä, kun orgaanista materiaalia ajoitetaan radiohiiliajoituksen avulla. Radiohiili-14-isotoopin määrää artefaktissa verrataan puun renkaita koskeviin tietoihin kalibrointia varten, ja se kalibroidaan aina tunnetun ikäistä orgaanista materiaalia vastaan (8). Puurengasrekisterin kattavuus on täydellinen tietokanta, jota vasten voidaan kalibroida, kun yritetään ajoittaa orgaanista materiaalia. Useimmat tietueet ovat ainutlaatuisia, ja tämän pitäisi teoriassa antaa artefaktille absoluuttinen päivämäärä; jos niiden isotooppipitoisuus on sama, voimme varmasti päätellä, että ne ovat samanikäisiä (12). Täsmällisen vuosiluvun löytäminen on harvoin niin yksiselitteistä, joten valitaan päivämäärien vaihteluväli, minkä vuoksi radiohiiliajoituksiin sisältyy aina virhetekijä. Esimerkiksi 4750BP +/-30 vuotta.
Käyttökohteet arkeologiassa
Makea polku – se tunnetaan nimellä ”maailman vanhin polku”, mikä on erikoinen titteli, jota ei anneta kevyesti. Se on varmasti maailman vanhin ajoitettavissa oleva polku, jos määrittelemme polun keinotekoiseksi ja tarkoituksellisesti tietyllä maantieteellisellä alueella liikkumista varten luoduksi poluksi eikä poluksi, joka on syntynyt tallaamisen tuloksena.
Veden varassa olevien arkeologisten löytöpaikkojen ajoittaminen 1980-luvulle asti oli tunnetusti hankalaa, mikä turhautti tutkijoita, koska puun kaltaista orgaanista materiaalia harvoin löytyy alueilta, joissa se saattaisi helposti säilyä. Siihen asti Englannin esihistorialliselle ajalle ei ollut juuri minkäänlaista kronologiaa (15, s210). Dendrokronologia auttoi tässä valtavasti, ja kun osa Sweet Trackista löydettiin Somerset Levelsin tasangolta vedellä kyllästyneestä maaperästä, se antoi rautakauden ja sitä varhaisempien kausien tutkijoille toivoa, joka seuraavien vuosikymmenten aikana varmasti toteutui. Somerset Levels oli esihistoriallisena aikana suurimman osan vuodesta vedellä peitetty, ja se kuivatettiin vasta keskiajan jälkeen, ja tie kulki lähes kahden kilometrin pituisen matkan korkealta maastosta tasangolla sijaitsevalle saarelle (14). Joistakin säilyneistä laajoista puista (jotka säilyivät, koska ne olivat vettyneitä) otettujen vuosirengastietojen perusteella pystyttiin ajoittamaan itse rata ja sen läheisyydessä sijainneet asutukset noin vuoteen 3806 eKr. valmistumishetkellä (15, s. 218). Tätä päivämäärää tutkijat epäilivät, vaikkakin paljon laajemmin kuin ennen vahvistusta, mutta siitä lähtien dendrokronologiasta tuli perustavanlaatuinen työkalu arkeologisten jäännösten ajoittamisessa.
Käyttökohteet ilmastotutkimuksessa
Kaikkea ilmastonmuutosta vastaan taistellessamme katsomme menneisyyteen selvittääksemme, miltä tulevaisuutemme voisi näyttää. Puurengastietojen tutkiminen on elintärkeää sen ymmärtämiseksi, miltä alueellinen ja maailmanlaajuinen paleoilmastomme näytti kaikkina aikoina, erityisesti kun otetaan huomioon, että muita lähteitä, joista voisimme saada tällaista tietoa, ei ole. Menetelmä on kehittynyt valtavasti viimeisten 20 vuoden aikana. Siinä missä useimmat ilmastotieteilijät tarkastelevat sitä, miten ihminen vaikuttaa ilmastoon, ilmastotieteen dendrokronologia keskittyy kasvillisuuden muutoksiin, jotka ovat seurausta luonnollisista ilmastonmuutosprosesseista (16 s. 129-130). Muutosmenetelmä on saattanut olla erilainen, mutta tulokset ovat samat, ja se voi kertoa meille paljon hiilipitoisuuden kasvusta menneisyydessä. Tässä mielessä se on elintärkeää sen ymmärtämiseksi, miltä ilmastonmuutoksen jälkeinen maailma näyttää, erityisesti puiden osalta, ja sen vaikutuksista puiden kasvuun tulevaisuudessa.
Erityisen kiinnostavia ilmastotieteilijöille ovat kaksi tapahtumaa, jotka tunnetaan nimillä Pieni jääkausi (LIA) ja Keskiaikainen lämpenemiskausi (MWP); kumpikin niistä oli ajanjaksoja, jolloin Pohjois-Atlantin alueella vallitsivat – useiden satojen vuosien ajan – epätavalliset ilmasto-olosuhteet. Molemmilla oli suuri vaikutus Euroopan ja itäisen Pohjois-Amerikan ilmastoon. Euroopassa, jossa on vähän pitkäikäisiä puita, jotka ovat paljon yleisempiä Amerikassa (16 s. 132-133), LIA:n ja MWP:n tiedot ovat olennaisen tärkeitä nykyaikaisen ilmastonmuutoksen ymmärtämisen kannalta. Pohjois-Amerikassa tilanne on päinvastainen, sillä voimme tarkastella paljon pidemmän ajanjakson tietoja kaukaa paleoilmastoaineistosta, joka on usein tuhansia vuosia vanha.
- 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
- Kokki, 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
- Tekijä
- Viimeisimmät kirjoitukset
- Parasitologian opas – 19. marraskuuta 2018
- Aavikot ekosysteemeinä ja miksi niitä pitää suojella – 19. marraskuuta 2018
- Conservation: Historia ja tulevaisuus – 14. syyskuuta 2018
Featured Article
Klimatologia: The Science of Global Weather Systems over the Long Term