Dendrohronoloģija — koku gredzeni kā klimata pārmaiņu rekordi

Koka augšanas gredzenus, kas nogriezti horizontāli pret zemi, var izmantot koka un no tā izgatavoto koka priekšmetu datēšanai. Ollikainen / iStock / Getty Images

Dendrohronoloģija ir oficiālais termins koku gredzenu datēšanai, zinātnei, kas izmanto koku augšanas gredzenus kā detalizētu klimata pārmaiņu ierakstu reģionā, kā arī veidu, kā tuvināt daudzu veidu koka priekšmetu būvniecības datumu.

Galvenās atziņas: dendrohronoloģija

• Dendrohronoloģija jeb koku gredzenu datēšana ir lapu koku augšanas gredzenu izpēte, lai noteiktu koka priekšmetu absolūtos datumus.
• Koka gredzenus veido koks, augot apkārtmēram, un konkrētā koka gredzena platums ir atkarīgs no klimata, tāpēc koku audzei būs gandrīz identisks koku gredzenu raksts.
• Šo metodi 20. gadsimta 20. gados izgudroja astronoms Endrjū Elikots Duglass un arheologs Klārks Vislers.
• Nesenie lietojumi ietver klimata pārmaiņu izsekošanu, gaidāmo nogāžu sabrukumu identificēšanu, Amerikas koku atrašanu Pirmā pasaules kara tranšeju būvniecībā un ķīmisko parakstu izmantošanu tropu kokos, lai noteiktu pagātnes temperatūru un nokrišņus.
• Koka gredzenu datēšana tiek izmantota arī radiooglekļa datumu kalibrēšanai.

Ņemot vērā arheoloģiskās datēšanas metodes, dendrohronoloģija ir ārkārtīgi precīza: ja koka priekšmeta augšanas gredzeni ir saglabāti un tos var sasaistīt esošā hronoloģijā, pētnieki var noteikt precīzu kalendāra gadu un bieži vien arī sezonu, koks tika nocirsts, lai to izveidotu. .

Šīs precizitātes dēļ kalibrēšanai tiek izmantota dendrohronoloģija radiooglekļa datēšana , sniedzot zinātnei mērījumus par atmosfēras apstākļiem, kas, kā zināms, izraisa radiooglekļa datuma atšķirības.

Radiooglekļa datumi, kas ir bijuši kalibrēts salīdzinot ar dendrohronoloģiskiem ierakstiem, tiek apzīmēti ar saīsinājumiem, piemēram, cal BP, vai kalibrēti gadus pirms šī brīža.

Kas ir koku gredzeni?

Koka šķērsgriezums, kas ilustrē kambija slāni. Lukaves / iStock / Getty Images

Koka gredzenu iepazīšanās darbojas, jo koks katru gadu tā dzīves laikā izmērāmos gredzenos aug lielāks — ne tikai augstums, bet arī apkārtmērs. Gredzeni ir kambija slānis, šūnu gredzens, kas atrodas starp koksni un mizu un no kura rodas jaunas mizas un koksnes šūnas; katru gadu tiek izveidots jauns kambijs, atstājot iepriekšējo vietā. Cik lielas kambija šūnas aug katru gadu, mērot kā katra gredzena platumu, ir atkarīgs no temperatūras un mitruma — cik silts vai vēss, sauss vai mitrs bija katru gadu.

Vides ievade kambijā galvenokārt ir reģionālās klimatiskās izmaiņas, temperatūras, sausuma un augsnes ķīmiskās sastāva izmaiņas, kas kopā tiek kodētas kā izmaiņas konkrēta gredzena platumā, koksnes blīvumā vai struktūrā un/vai koksnes ķīmiskajā sastāvā. šūnu sienas. Pamatā sausos gados kambija šūnas ir mazākas un līdz ar to slānis ir plānāks nekā mitros gados.

Koku sugas nozīme

Ne visus kokus var izmērīt vai izmantot bez papildu analītiskām metodēm: ne visiem kokiem ir kambijs, kas tiek izveidots katru gadu. Piemēram, tropiskajos reģionos gada augšanas gredzeni netiek sistemātiski veidoti, vai arī augšanas gredzeni nav piesaistīti gadiem, vai arī gredzenu nav vispār. Mūžzaļie kambiji parasti ir neregulāri un neveidojas katru gadu. Koki arktiskajos, subarktiskajos un Alpu reģionos reaģē atšķirīgi atkarībā no koka vecuma — vecākiem kokiem ir samazināta ūdens efektivitāte, kā rezultātā samazinās reakcija uz temperatūras izmaiņām.

Dendrohronoloģijas izgudrojums

Koku gredzenu iepazīšanās bija viena no pirmajām absolūtās iepazīšanās metodes izstrādāta arheoloģijai, un to 20. gadsimta pirmajās desmitgadēs izgudroja astronoms Endrjū Elikots Duglass un arheologs Klārks Vislers.

Duglasu galvenokārt interesēja koku gredzenos izstādīto klimatisko izmaiņu vēsture; Tas bija Vislers, kurš ieteica izmantot šo tehniku, lai noteiktu, kad tika uzbūvēti Adobe pueblos Amerikas dienvidrietumos, un viņu kopīgais darbs vainagojās ar pētījumiem senie cilvēki Šolovas pilsēta netālu no mūsdienu Šolovas pilsētas Arizonā, 1929. gadā.

Siju ekspedīcijas

Arheologs Nīls M. Džads ir pārliecinājis Nacionālo ģeogrāfijas biedrību izveidot Pirmā staru ekspedīcija , kurā tika savākti un reģistrēti baļķu griezumi no okupētajām pueblos, misijas baznīcām un aizvēsturiskām drupām no Amerikas dienvidrietumiem, kā arī no dzīvām ponderosa priedēm. Gredzenu platumi tika saskaņoti un datēti, un līdz 20. gadsimta 20. gadiem hronoloģijas tika izveidotas gandrīz 600 gadus atpakaļ. Pirmās drupas, kas saistītas ar konkrētu kalendāra datumu, bija Kawaikuh Jeddito apgabalā, kas celta 15. gadsimtā; kokogles no Kawaikuh bija pirmā kokogle, ko izmantoja (vēlākajos) radiooglekļa pētījumos.

1929. gadā Šolovu veica Lindons L. Hārgreivs un Emīls V. Harijs , un Showlow veiktā dendrohronoloģija radīja pirmo vienoto hronoloģiju dienvidrietumiem, kas ilga vairāk nekā 1200 gadus. The Koku gredzenu izpētes laboratorija 1937. gadā izveidoja Duglass Arizonas Universitātē, un tā joprojām veic pētījumus šodien.

Secības veidošana

Apmēram pēdējo simts gadu laikā visā pasaulē dažādām sugām ir izveidotas koku gredzenu sekvences ar tik garām datumu virknēm kā 12 460 gadu secība Centrāleiropā uz ozoliem pabeidza Hohenheimas laboratorija un 8700 gadu saru priede secība Kalifornijā. Klimata pārmaiņu hronoloģijas veidošana reģionā šodien bija tikai jautājums par vecāku un vecāku koku pārklājošos koku gredzenu modeļus; taču šādi centieni vairs nav balstīti tikai uz koku gredzenu platumiem.

Tādas īpašības kā koksnes blīvums, elementārais sastāvs (ko sauc par dendroķīmiju), koksnes anatomiskās īpašības unstabili izotopitās šūnās ir izmantotas kopā ar tradicionālo koku gredzenu platuma analīzi, lai pētītu gaisa piesārņojuma ietekmi, ozona uzņemšanu un augsnes skābuma izmaiņas laika gaitā.

Viduslaiku Lībeka

2007. gadā vācu koka zinātnieks Dīters Ekšteins aprakstīja koka artefaktus un ēkas spāres. Viduslaiku pilsēta Lībeka, Vācija, lielisks piemērs neskaitāmajiem tehnikas izmantošanas veidiem.

Lībekas viduslaiku vēsturē ir iekļauti vairāki notikumi, kas ir saistīti ar koku gredzenu un mežu izpēti, tostarp 12. gadsimta beigās un 13. gadsimta sākumā pieņemtie likumi, kas nosaka dažus ilgtspējības pamatnoteikumus, divi postoši ugunsgrēki 1251. un 1276. gadā, kā arī iedzīvotāju avārija aptuveni 1340. gadā. un 1430, kas izriet no Melnā nāve .

• Būvniecības uzplaukums Lībekā ir raksturīgs ar plašo jaunāku koku izmantošanu, kas liecina par pieprasījumu, kas pārsniedz mežu spēju atgūties; krūšutēli, piemēram, pēc tam, kad Melnā nāve iznīcināja iedzīvotājus, tiek apzīmētas ar ilgu laiku, kad netika celta vispār, kam seko ļoti vecu koku izmantošana.
• Dažās turīgākajās mājās būvniecības laikā izmantotās spāres tika nozāģētas dažādos laikos, dažas aptvēra vairāk nekā gadu; lielākajai daļai citu māju tajā pašā laikā ir nozāģētas spāres. Ekšteins norāda, ka tas ir tāpēc, ka koksne bagātākai mājai tika iegūta kokmateriālu tirgū, kur koki būtu nozāģēti un uzglabāti, līdz tos varētu pārdot; savukārt mazāk nodrošinātas māju konstrukcijas tika uzceltas tieši laikā.
• Pierādījumi par kokmateriālu tirdzniecību lielos attālumos ir redzami koksnē, kas importēta mākslas darbiem, piemēram, Triumfa krustam un ekrānam. Jēkaba ​​katedrāle . Tika identificēts, ka tas ir būvēts no koka, kas tika īpaši ievests no 200-300 gadus veciem kokiem no Polijas-Baltijas mežiem, iespējams, pa noteiktiem tirdzniecības ceļiem no Gdaņskas, Rīgas vai Kēnigsbergas ostām.

Tropu un subtropu vide

Cláudia Fontana un kolēģi (2018) dokumentēja progresu, aizpildot lielu robu dendrohronoloģiskajos pētījumos tropu un subtropu reģionos, jo kokiem šajos klimatiskajos apstākļos ir vai nu sarežģīti gredzenu raksti, vai vispār nav redzamu koku gredzenu. Tā ir problēma, jo, tā kā notiek globālās klimata pārmaiņas, mums ir jāsaprot fizikālie, ķīmiskie un bioloģiskie procesi, kas ietekmē sauszemes oglekļa līmeni, kļūst arvien svarīgāki. Pasaules tropu un subtropu reģioni, piemēram, Brazīlijas Atlantijas mežs Dienvidamerikā, glabā apmēram 54% no visas planētas biomasas. Labākie rezultāti standarta dendrohronoloģiskajiem pētījumiem ir ar mūžzaļo Araucaria angustifolia (Parānas priede, Brazīlijas priede vai svečturi), ar secību, kas noteikta lietus mežā laikā no 1790. līdz 2009. gadam mūsu ēras laikā); provizoriskie pētījumi (Nakai et al. 2018) ir parādījuši, ka pastāv ķīmiski signāli, kas izseko nokrišņiem un temperatūras izmaiņām, ko var izmantot, lai iegūtu vairāk informācijas.

Eliptiskie gredzeni uz šī Turcijas iegūtā koka parāda, ka koks vairākus gadus ir audzis slīpi uz nogāzes, un daļa, kas vērsta pret slīpumu, tiek identificēta pēc gredzena šauruma attēla labajā pusē. Mehmet Gokhan Bayhan / iStock / Getty Images

2019. gada pētījums (Wistuba un kolēģi) atklāja, ka koku gredzeni var arī brīdināt par gaidāmo nogāžu sabrukšanu. Izrādās, ka koki, kas sasvērušies zemes noslīdēšanas rezultātā, ieraksta ekscentriskus elipsveida koku gredzenus. Gredzenu lejupvērstās daļas aug platākas nekā augšupvērstās, un Polijā veiktajos pētījumos Malgorzata Vistuba un kolēģi atklāja, ka šie slīpumi ir redzami trīs līdz piecpadsmit gadus pirms katastrofālā sabrukuma.

Citas lietojumprogrammas

Jau sen bija zināms, ka trīs 9. gadsimta vikingu laikmeta laivu kapu pilskalni netālu no Oslo, Norvēģijā (Gokstad,Osebergs, un Tune) kādā senatnes brīdī bija uzlauzts. Ielūdzēji sabojāja kuģus, sabojāja kapu piedevas un izvilka un izklīdināja mirušā kaulus. Mums par laimi, laupītāji atstāja instrumentus, ar kuriem viņi ielauzās pilskalnos, koka lāpstas un nestuves (mazas platformas ar rokturiem, ko izmantoja priekšmetu iznešanai no kapenēm), kas tika analizēti, izmantojot dendrohronoloģiju. Sasaistot koku gredzenu fragmentus darbarīkos pēc noteiktām hronoloģijām, Bils un Deilijs (2012) atklāja, ka visi trīs pilskalni tika atvērti un kapu priekšmeti tika bojāti 10. gadsimta laikā, iespējams, daļa no Haralds Bluetooth kampaņa, lai skandināvus pievērstu kristietībai.

Vans un Džao izmantoja dendrohronoloģiju, lai aplūkotu viena no datumiem Zīda ceļa maršruti izmantoja Qin-Han periodā, ko sauca par Qinghai maršrutu. Lai atrisinātu pretrunīgos pierādījumus par to, kad maršruts tika pamests, Vans un Džao aplūkoja koka atliekas no kapenēm maršrutā. Daži vēstures avoti ziņoja, ka Qinghai maršruts tika pamests mūsu ēras 6. gadsimtā: dendrohronoloģiskā analīze par 14 kapiem, kas atradās maršrutā, atklāja, ka tas turpinājās izmantot līdz 8. gadsimta beigām. Kristofa Haneka un kolēģu (2018) pētījums aprakstīja pierādījumus par Amerikas kokmateriālu importu, lai izveidotu un uzturētu 440 jūdzes (700 km) garo Pirmā pasaules kara tranšeju aizsardzības līniju gar rietumu fronti.

Atlasītie avoti

• Bils, Jans un Aoife Deilija. ' Kuģu kapu izlaupīšana no Osebergas un Gokstades: varas politikas piemērs? ' Senatne 86.333 (2012): 808.–24. Drukāt.
• Fontana, Klaudija u.c. ' Dendrohronoloģija un klimats Brazīlijas Atlantijas mežā: kuras sugas, kur un kā .' Neotropiskā bioloģija un saglabāšana 13.4 (2018). Drukāt.
• Haneka, Kristofs, Sjoerds van Dālens un Hanss Bikmens. ' Kokmateriāli tranšejām: jauns skatījums uz arheoloģisko koksni no Pirmā pasaules kara ierakumiem Flandrijas laukos .' Senatne 92,366 (2018): 1619–39. Drukāt.
• Menings, Keitija un citi. Kultūras hronoloģija: Eiropas neolīta datēšanas pieeju salīdzinošs novērtējums .' Senatne 88.342 (2014): 1065–80. Drukāt.
• Nakai, Vataru u.c. Tropu koku bez gredzena paraugu sagatavošana δ18O mērījumiem izotopu dendrohronoloģijā .' Tropi 27.2 (2018): 49.–58. Drukāt.
• Turkon, Paula u.c. ' Dendrohronoloģijas pielietojumi Meksikas ziemeļrietumos. ' Latīņamerikas senatne 29.1 (2018): 102.–21. Drukāt.
• Van, Shuzhi un Xiuhai Zhao. Zīda ceļa Qinghai maršruta atkārtota novērtēšana, izmantojot dendrohronoloģiju. ' Dendrohronoloģija 31.1 (2013): 34.–40. Drukāt.