Studying Dendrochronology
Dendrochronologia to badanie danych pochodzących z przyrostu słojów drzew. Ze względu na rozległe i różnorodne zastosowania tych danych, specjaliści mogą pochodzić z wielu dyscyplin akademickich. Nie ma stopni naukowych w dendrochronologii, ponieważ chociaż jest to przydatne w całej tablicy, sama metoda jest dość ograniczona. Większość osób zajmujących się badaniem słojów drzew pochodzi z jednej z kilku dyscyplin:
- Archeologia – w celu datowania materiałów i artefaktów wykonanych z drewna. W połączeniu z innymi metodami, słoje drzew mogą być wykorzystywane do wykreślania wydarzeń.
- Chemicy – słoje drzew są metodą, dzięki której kalibruje się daty radiowęglowe.
- Klimatologia – szczególnie w dziedzinie paleoklimatologii, gdzie możemy dowiedzieć się o warunkach środowiskowych w przeszłości, lokalnie lub globalnie, w oparciu o to, co mówią nam słoje drzew. Dzięki temu możemy również dowiedzieć się o zmianach klimatu w przyszłości
- Dendrologia – która obejmuje również gospodarkę leśną i ochronę lasów. Dendrolodzy są naukowcami zajmującymi się drzewami i badają wszystkie aspekty drzew (1). Pierścienie drzew mogą powiedzieć im o obecnym lokalnym klimacie
Though dendrochronologia ma również zastosowania dla historyków sztuki, absolwentów studiów średniowiecznych, klasyków, starożytnych i historyków ze względu na konieczność datowania niektórych materiałów, które pola będą obsługiwać w swoich projektach badawczych. Zazwyczaj, stopień licencjata w każdej z powyższych dyscyplin są wystarczające do badania danych, które wychodzi z dendrochronologii.
Kilka uwag na temat drzew
Drzewa są wszechobecną formą życia roślinnego na planecie Ziemia. Są płucami świata, wdychają dwutlenek węgla i wydychają tlen, od którego zależy życie zwierząt. Żyją w najróżniejszych warunkach: na obszarach o klimacie umiarkowanym i tropikalnym oraz w miejscach suchych, od krajobrazów górskich po lasy deszczowe na równiku i umiarkowane wyżyny Skandynawii – są wszędzie. Są wykorzystywane do dekoracji parków i ogrodów na całym świecie. Są we wszystkich kształtach i rozmiarach, od najmniejszych sadzonek do kolosalnych sekwoi w Ameryce Północnej – można powiedzieć, że uważamy je za oczywiste, a jednak są one niezbędne do nauczania nas o wielu aspektach naszej przeszłości.
Drzewa wyewoluowały około 380 milionów lat temu (2). Wcześniej przodkowie drzew mogli wyglądać nieco jak drzewa, ale nie byli drzewami w żadnym właściwym sensie. Początek ery prawdziwych drzew nastąpił wraz z ewolucją drewna w późnym dewonie. Wcześniej ich przodkowie mieli rozpoznawalną formę drzewa, uważaną za formę gigantycznego rodzaju paproci, która rozpoczęła proces rozwoju zdrewniałej łodygi. Drewno pomaga rozwijającemu się drzewu pozostać silnym, gdy się starzeje i rośnie w górę, budując nowe gałęzie i pobierając więcej światła słonecznego do reprodukcji fotosyntezy. Drewno jest solidnym i mocnym materiałem, jak wszyscy wiemy, cenionym za swoją długowieczność i wytrzymałość. W każdym sezonie wzrostu (zazwyczaj rocznego, ale nie zawsze, zbadamy ten problem później) nowy pierścień jest osadzany w ciele drzewa. Możemy to zaobserwować na każdym pniaku, seria koncentrycznych pierścieni okrążających serce drzewa i rozchodzących się w kierunku krawędzi. Oczywiście zewnętrzne słoje reprezentują najmłodsze lata drzewa i można zauważyć, że nie wszystkie słoje są jednolite – niektóre są cieńsze, niektóre grubsze, niektóre jasne, a niektóre ciemne. Reprezentują one wzorce wzrostu, które odzwierciedlają warunki panujące w danym sezonie lub roku (4) i to właśnie na tych słojach opiera się całe badanie dendrochronologii.
Czym jest dendrochronologia?
Dendrochronologia to badanie wzrostu słojów drzew i możemy się wiele nauczyć z ich badania. Możemy datować organiczny materiał archeologiczny i stworzyć chronologiczny zapis, na podstawie którego artefakty mogą być datowane (3). Możemy się wiele nauczyć o klimacie w przeszłości, o tym, jak nietypowe warunki pogodowe w ciągu całego sezonu lub okresy zmian klimatycznych wpłynęły na wzrost drzew i jak mogą wpłynąć na nasz klimat w przyszłości. Amerykański astronom A.E. Douglass, który był bardzo zainteresowany badaniem klimatu, opracował tę metodę około 1900 roku (4). Teoretyzował on, że słoje drzew mogą być wykorzystane jako dane przybliżone, aby rozszerzyć badania klimatu dalej wstecz, niż było to wcześniej dopuszczalne. Miał rację, a im więcej drzew zostało dodanych do zapisu, tym większy rozmiar danych można było ekstrapolować i tym pełniejszy obraz naszego przeszłego klimatu mogliśmy zbudować. Dopiero w latach 70. archeolodzy dostrzegli korzyści płynące z wykorzystania danych o słojach drzew w swojej dziedzinie (8), mimo że sam Douglass wykorzystał swoją metodę do datowania wielu prehistorycznych północnoamerykańskich artefaktów i zabytków, które wcześniej nie zostały w zadowalający sposób umieszczone w określonej chronologii.
W każdym sezonie wzrostu drzewa tworzą nowy pierścień, który odzwierciedla warunki pogodowe tego sezonu wzrostu. Na własną rękę, pojedynczy rekord może nam powiedzieć tylko trochę o warunkach środowiskowych czasu w konkretnym roku wzrostu drzewa, i oczywiście wiek drzewa przy ścięciu, ale kiedy umieścić setki i tysiące rekordów pierścieni drzew razem, to może nam powiedzieć o wiele więcej. Co najważniejsze, zakładając, że nie ma luk w zapisie (a nawet jeśli są krótkie luki), może nam to powiedzieć dokładny rok, w którym dany pierścień drzewa rósł (4). Potencjał, nawet z tymi dwoma prostymi zestawami danych, które możemy ekstrapolować z danych o słojach drzew, jest ogromny. Jest to dokładna i niezawodna metoda datowania z dużą liczbą zastosowań w badaniach środowiskowych, archeologii i wszystkiego pomiędzy.
Metoda ta szła od siły do siły i jest obecnie istotną metodą w wielu dyscyplinach. Od lat 80-tych na Uniwersytecie w Arizonie rozpoczęto kilka przełomowych badań (6), (7) badających sosnę bristlecone w Kalifornii i dąb hohenheim w Niemczech. Dzięki tym badaniom mamy obecnie chronologię liczącą 8 600 lat dla sosny bristlecone i około 12 500 lat dla dębu. Ten ogromny i obszerny zbiór danych ma fundamentalne znaczenie zarówno dla europejskich, jak i północnoamerykańskich badań paleoklimatu i prehistorii (8).
Zasady definiowania dendrochronologii (3):
- Jednolitość – każdy indywidualny zapis słojów drzewa może być skalibrowany w stosunku do sumy istniejących zapisów, aby można go było umieścić w chronologii. Po skalibrowaniu, powinniśmy być w stanie dokładnie określić, w którym roku dany pierścień został utworzony
- Czynniki ograniczające – że pewne warunki pogodowe i klimatyczne mają wpływ na przyrost pierścieni drzew w danym roku lub sezonie
- Agregacja – Siłą zapisu słojów drzew jest to, że zmiany dla warunków lokalnych są brane pod uwagę i każdy zestaw danych o słojach drzew powinien ładnie wpasować się w istniejący zapis
- Ekologiczna amplituda – Niektóre gatunki drzew będą rosły tylko na pewnych obszarach. Niektóre lubią wilgotną, słoną glebę, a inne wolą suchą, kwaśną; istnieją preferencje dotyczące temperatury, wilgotności, a większość ma limit wysokości. Najlepsze rekordy są te podjęte z marginesów ziemi, że gatunki wolą, ponieważ to tutaj widzimy najbardziej różnice w rozwoju pierścieni drzew
Jest jedna główna wada dendrochronologii i to jest to, że możemy tylko datować pierścienie w drzewie. Nie mówi to nic ani o tym, kiedy dane drzewo zostało ścięte, ani o dacie jego wykorzystania (8). W dawnych czasach drewno dobrej jakości mogło być ponownie wykorzystane (10) i dla archeologa ważne jest sprawdzenie innych zapisów z nowymi danymi. Niektóre drzewa są również lepsze niż inne do badań (5).
Notatki na temat wiarygodności
Gatunki drzew różnią się znacznie. W tym artykule przyjmujemy założenie, że wzrost jest roczny z wyraźnym sezonem wegetacyjnym. Większość gatunków drzew jest wiarygodna; dąb jest najbardziej wiarygodnym typem drzewa dla słojów – nie ma ani jednego znanego przypadku brakującego słoja przyrostu rocznego. Olcha i sosna są znane z tego, że czasami „brakuje im roku”, co jest wystarczająco mylące bez faktu, że gatunki te również czasami „podwajają się”, posiadając dwa pierścienie w tym samym okresie wzrostu (8). Brzoza i wierzba nie są w ogóle wykorzystywane ze względu na nieregularny charakter ich cyklu wzrostu. Od czasu zmian klimatycznych po rewolucji przemysłowej, niektóre z ostatnich zapisów dendrochronologicznych stały się nieregularne (9), a na wyższych wysokościach, dane dotyczące słojów drzew zmniejszyły się – widzimy więcej zmienności niż kiedykolwiek wcześniej (11).
W czasach przed nowoczesną obróbką drewna, ludzie często osuszali drzewa z soków po ścięciu i przed wykorzystaniem drewna. Usunięcie soku, a czasami twardzieli, może poważnie wpłynąć na wiarygodność drewna jako artefaktu do datowania (10).
Dobre badanie dendrochronologiczne zależy w dużej mierze od braku powtarzającego się wzorca. Spodziewamy się, ze względu na zmienny charakter klimatu, że każdy rok będzie miał wyraźny wzór w zapisie (9). Prawdopodobnie żaden wzór nie powtórzy się idealnie, ale jest to z pewnością możliwe. All permutations must be examined and, if necessary, check the record against known external information.
Radiocarbon Dating
Part of the dendrochronological record is also to measure the amount of carbon in the tree sample, because of this lengthy record we will know the exact date that a tree ring was created inside the living organism. Ten ciągły zapis jest niezbędny do datowania materiału organicznego poprzez datowanie radiowęglowe. Ilość izotopu radiowęglowego-14 w artefakcie jest porównywana z danymi dotyczącymi słojów drzew w celu kalibracji, i zawsze jest kalibrowana w odniesieniu do materiału organicznego o znanym wieku (8). Kompleksowy charakter zapisu słojów drzew stanowi doskonałą bazę danych, w stosunku do której można dokonać kalibracji, gdy próbujemy datować materiały organiczne. Większość zapisów będzie unikalna i to powinno, w teorii, dać absolutną datę artefaktu; jeśli mają identyczny poziom izotopu, możemy bezpiecznie stwierdzić, że są w tym samym wieku (12). Znalezienie dokładnego roku rzadko jest tak jednoznaczne, więc wybiera się zakres dat, stąd daty radiowęglowe zawsze obarczone są współczynnikiem błędu. 4750BP +/-30 years for example.
Uses in Archaeology
Sweet Track – it is known as „The Oldest Footpath in the World” which is a curious title not given out lightly. Jest to z pewnością najstarszy datowany szlak pieszy na świecie, jeśli zdefiniujemy szlak pieszy jako coś sztucznego i celowo stworzonego w celu poruszania się po obszarze geograficznym, a nie jako ścieżkę, która rozwinęła się w wyniku deptania.
Do lat 80-tych XX wieku notorycznie trudno było datować podmokłe stanowiska archeologiczne, co było frustrujące dla badaczy, ponieważ materiał organiczny, taki jak drewno, rzadko znajduje się w miejscach, w których mógłby łatwo przetrwać. Do tego czasu nie istniała prawie żadna chronologia dla okresu prehistorycznego w Anglii (15, s. 210). Dendrochronologia bardzo w tym pomogła i kiedy część Sweet Track została znaleziona w podmokłej glebie na Somerset Levels, dało to badaczom epoki żelaza i wcześniejszych okresów nadzieję, która w ciągu następnych dziesięcioleci z pewnością została zrealizowana. Somerset Levels były podmokłe przez większość roku w czasach prehistorycznych i nie zostały osuszone aż do okresu postśredniowiecznego, a tor biegł przez prawie 2 km od wysokiego terenu do tego, co było wówczas wyspą na poziomach (14). Dane o słojach drzew pobrane z niektórych z ocalałych rozległych belek (które przetrwały, ponieważ były podmokłe) zdołały skutecznie datować sam tor i pobliskie osady na około 3806 r. p.n.e. w momencie ukończenia (15, s. 218). Była to data, którą badacze podejrzewali, choć znacznie szerzej niż przed potwierdzeniem, ale od tego momentu dendrochronologia stała się fundamentalnym narzędziem w datowaniu pozostałości archeologicznych.
Usługi w badaniach klimatu
W walce ze zmianami klimatu, to właśnie w przeszłość patrzymy, aby dowiedzieć się, jak może wyglądać nasza przyszłość. Badanie danych o słojach drzew jest niezbędne do zrozumienia, jak wyglądał nasz regionalny i globalny paleoklimat w dowolnym czasie, zwłaszcza w świetle braku innych źródeł, z których moglibyśmy uzyskać takie informacje. W ciągu ostatnich 20 lat metoda ta uległa ogromnemu udoskonaleniu. Podczas gdy większość klimatologów zwraca uwagę na to, jak człowiek wpływa na klimat, dendrochronologia na potrzeby nauki o klimacie skupia się na zmianach w roślinności, które wynikają z naturalnych procesów zmiany klimatu (16 str. 129-130). Metoda zmian mogła być inna, ale wyniki są takie same i mogą nam wiele powiedzieć o rosnących poziomach węgla w przeszłości. W związku z tym, jest to niezbędne do zrozumienia, jak będzie wyglądał świat po zmianach klimatycznych, szczególnie na drzewach, oraz wpływu na wzrost drzew w przyszłości.
Szczególnie interesujące dla klimatologów są dwa wydarzenia znane jako Mała Epoka Lodowa (LIA) i Średniowieczny Okres Ocieplenia (MWP); oba były okresami, w których obszar północnego Atlantyku – przez kilkaset lat – doświadczał niezwykłych warunków klimatycznych. Oba miały głęboki wpływ na klimat Europy i wschodniej części Ameryki Północnej. W Europie, gdzie brakuje długowiecznych drzew, które są o wiele bardziej powszechne w obu Amerykach (16 str. 132-133), dane z LIA i MWP mają fundamentalne znaczenie dla zrozumienia współczesnych zmian klimatycznych. W Ameryce Północnej jest odwrotnie, ponieważ możemy sięgnąć daleko wstecz do zapisu paleoklimatycznego, często liczonego w tysiącach lat, aby uzyskać dane z dużo dłuższego okresu.
- 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
- Koszt, 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
- Autor
- Recent Posts
- Guide to Parasitology – November 19, 2018
- Deserts as Ecosystems and Why They Need Protecting – November 19, 2018
- Conservation: History and Future – September 14, 2018
Featured Article
Climatology: The Science of Global Weather Systems over the Long Term