Dendrochronologie - Baumringe als Aufzeichnungen des Klimawandels

Die Jahrringe eines waagerecht zum Boden geschnittenen Baumes können zur Datierung des Baumes und daraus hergestellter Holzobjekte verwendet werden. Ollikainen / iStock / Getty Images

Dendrochronologie ist der formale Begriff für die Datierung von Jahrringen, die Wissenschaft, die die Jahresringe von Bäumen als detaillierte Aufzeichnung des Klimawandels in einer Region verwendet, sowie eine Möglichkeit, das Herstellungsdatum für viele Arten von Holzobjekten anzunähern.

SCHLUSSELERKENNTNISSE: Dendrochronologie

• Dendrochronologie oder Jahrringdatierung ist die Untersuchung von Jahresringen in Laubbäumen, um absolute Daten von Holzobjekten zu identifizieren.
• Baumringe werden vom Baum erzeugt, wenn er im Umfang wächst, und die Breite eines bestimmten Baumrings hängt vom Klima ab, sodass ein Baumbestand alle ein nahezu identisches Muster von Baumringen aufweist.
• Die Methode wurde in den 1920er Jahren vom Astronomen Andrew Ellicott Douglass und dem Archäologen Clark Wissler erfunden.
• Zu den jüngsten Anwendungen gehören die Verfolgung des Klimawandels, die Identifizierung bevorstehender Hängeeinstürze, das Auffinden amerikanischer Bäume beim Grabenbau im Ersten Weltkrieg und die Verwendung chemischer Signaturen in tropischen Bäumen, um frühere Temperaturen und Niederschläge zu identifizieren.
• Baumringdatierungen werden auch verwendet, um Radiokarbondaten zu kalibrieren.

Im Hinblick auf archäologische Datierungstechniken ist die Dendrochronologie äußerst präzise: Wenn die Jahresringe in einem Holzobjekt erhalten bleiben und in eine bestehende Chronologie eingebunden werden können, können Forscher das genaue Kalenderjahr – und oft auch die Jahreszeit – bestimmen, in dem der Baum gefällt wurde, um ihn herzustellen .

Aufgrund dieser Genauigkeit wird die Dendrochronologie zur Kalibrierung verwendet Radiokohlenstoffdatierung , indem sie der Wissenschaft ein Maß für die atmosphärischen Bedingungen geben, von denen bekannt ist, dass sie zu Schwankungen der Radiokarbondaten führen.

Radiokarbondaten, die gewesen sind kalibriert im Vergleich zu dendrochronologischen Aufzeichnungen werden mit Abkürzungen wie cal BP oder kalibrierte Jahre vor der Gegenwart bezeichnet.

Was sind Baumringe?

Querschnitt eines Baumes zur Veranschaulichung der Kambiumschicht. Lukas / iStock / Getty Images

Die Jahrringdatierung funktioniert, weil ein Baum jedes Jahr in seinem Leben in messbaren Ringen größer wird – nicht nur an Höhe, sondern auch an Umfang. Die Ringe sind die Kambiumschicht, ein Zellring, der zwischen Holz und Rinde liegt und aus dem neue Rinden- und Holzzellen entstehen; Jedes Jahr wird ein neues Kambium geschaffen, wobei das vorherige an Ort und Stelle bleibt. Wie groß die Zellen des Kambiums in jedem Jahr wachsen, gemessen als Breite jedes Rings, hängt von Temperatur und Feuchtigkeit ab – wie warm oder kühl, trocken oder feucht die Jahreszeiten jedes Jahres waren.

Umwelteinträge in das Kambium sind hauptsächlich regionale klimatische Schwankungen, Änderungen der Temperatur, Trockenheit und Bodenchemie, die zusammen als Schwankungen in der Breite eines bestimmten Rings, in der Holzdichte oder -struktur und/oder in der chemischen Zusammensetzung kodiert werden die Zellwände. Grundsätzlich sind die Zellen des Kambiums in trockenen Jahren kleiner und die Schicht daher dünner als in feuchten Jahren.

Baumarten sind wichtig

Nicht alle Bäume können ohne zusätzliche Analysetechniken gemessen oder verwendet werden: Nicht alle Bäume haben Kambien, die jährlich erzeugt werden. In tropischen Regionen werden beispielsweise Jahresringe nicht systematisch gebildet oder Jahresringe sind nicht an Jahre gebunden oder es gibt überhaupt keine Jahresringe. Immergrüne Kambien sind häufig unregelmäßig und werden nicht jährlich gebildet. Bäume in arktischen, subarktischen und alpinen Regionen reagieren unterschiedlich, je nachdem, wie alt der Baum ist – ältere Bäume haben eine reduzierte Wassereffizienz, was zu einer reduzierten Reaktion auf Temperaturänderungen führt.

Erfindung der Dendrochronologie

Die Jahrringdatierung war eine der ersten Absolute Datierungsmethoden für die Archäologie entwickelt und in den ersten Jahrzehnten des 20. Jahrhunderts vom Astronomen Andrew Ellicott Douglass und dem Archäologen Clark Wissler erfunden.

Douglass interessierte sich hauptsächlich für die Geschichte der in Baumringen gezeigten klimatischen Schwankungen; Es war Wissler, der vorschlug, die Technik zu verwenden, um festzustellen, wann Adobe-Pueblos im amerikanischen Südwesten gebaut wurden, und ihre gemeinsame Arbeit gipfelte in der Forschung an der antike Menschen Stadt Showlow, in der Nähe der modernen Stadt Showlow, Arizona, im Jahr 1929.

Die Beam-Expeditionen

Dem Archäologen Neil M. Judd wird zugeschrieben, die National Geographic Society davon überzeugt zu haben, die zu gründen First Beam-Expedition , in dem Holzabschnitte von besetzten Pueblos, Missionskirchen und prähistorischen Ruinen aus dem amerikanischen Südwesten zusammen mit denen von lebenden Ponderosa-Kiefern gesammelt und aufgezeichnet wurden. Die Ringbreiten wurden angepasst und kreuzweise datiert, und in den 1920er Jahren wurden Chronologien fast 600 Jahre zurückgebaut. Die erste an ein bestimmtes Kalenderdatum gebundene Ruine war Kawaikuh in der Gegend von Jeddito, die im 15. Jahrhundert erbaut wurde; Holzkohle aus Kawaikuh war die erste Holzkohle, die in (späteren) Radiokarbonstudien verwendet wurde.

1929 wurde Showlow von Lyndon L. Hargrave und ausgegraben Emil W. Haury , und die auf Showlow durchgeführte Dendrochronologie ergab die erste einzelne Chronologie für den Südwesten, die sich über einen Zeitraum von über 1.200 Jahren erstreckte. Das Labor für Baumringforschung wurde 1937 von Douglass an der University of Arizona gegründet und forscht bis heute.

Erstellen einer Sequenz

In den letzten hundert Jahren wurden Baumringsequenzen für verschiedene Arten auf der ganzen Welt erstellt, mit so langen Datumsreihen wie a 12.460 Jahre Sequenz in Mitteleuropa an Eichen durch das Hohenheimer Laboratorium abgeschlossen und 8.700 Jahre lang Grannenkiefer Folge in Kalifornien. Der Aufbau einer Chronologie des Klimawandels in einer heutigen Region war zunächst einfach eine Frage des Abgleichs überlappender Baumringmuster in immer älteren Bäumen; aber solche Bemühungen basieren nicht mehr nur auf Baumringbreiten.

Merkmale wie die Holzdichte, die elementare Zusammensetzung (als Dendrochemie bezeichnet) seines Aufbaus, die anatomischen Merkmale des Holzes undstabile IsotopeDie in seinen Zellen eingefangenen Stoffe wurden in Verbindung mit der traditionellen Analyse der Baumringbreite verwendet, um die Auswirkungen der Luftverschmutzung, die Aufnahme von Ozon und Änderungen des Säuregehalts des Bodens im Laufe der Zeit zu untersuchen.

Medieval Lübeck

Im Jahr 2007 beschrieb der deutsche Holzwissenschaftler Dieter Eckstein Holzartefakte und Bausparren innerhalb der Mittelalterliche Stadt Lübeck, Deutschland, ein hervorragendes Beispiel für die unzähligen Möglichkeiten, wie diese Technik eingesetzt werden kann.

Die mittelalterliche Geschichte Lübecks umfasst mehrere Ereignisse, die für das Studium von Baumringen und Wäldern relevant sind, darunter Gesetze, die im späten 12. und frühen 13. Jahrhundert verabschiedet wurden und einige grundlegende Nachhaltigkeitsregeln aufstellten, zwei verheerende Brände in den Jahren 1251 und 1276 und einen Bevölkerungsabsturz zwischen etwa 1340 und 1430 resultierend aus der Schwarzer Tod .

• Der Bauboom in Lübeck ist geprägt von der extensiven Nutzung jüngerer Bäume, die eine Nachfrage signalisieren, die die Erholungsfähigkeit der Wälder übersteigt; Büsten, wie nach der Dezimierung der Bevölkerung durch den Schwarzen Tod, sind gekennzeichnet durch eine lange Zeit des Nichtbaus, gefolgt von der Verwendung sehr alter Bäume.
• In einigen der wohlhabenderen Häuser wurden die beim Bau verwendeten Sparren zu unterschiedlichen Zeiten gefällt, einige über mehr als ein Jahr; Bei den meisten anderen Häusern wurden gleichzeitig die Sparren abgeholzt. Eckstein schlägt vor, dass Holz für das wohlhabendere Haus auf einem Holzmarkt beschafft wurde, wo die Bäume gefällt und gelagert wurden, bis sie verkauft werden konnten; während weniger wohlhabende Hausbauten just-in-time gebaut wurden.
• Holz, das für Kunstwerke wie das Siegeskreuz und den Wandschirm importiert wurde, zeugt vom Holzhandel über große Entfernungen Dom St. Jacobi . Es wurde identifiziert, dass es aus Holz gebaut wurde, das speziell von 200 bis 300 Jahre alten Bäumen aus den polnisch-baltischen Wäldern verschifft worden war, wahrscheinlich entlang etablierter Handelsrouten von den Häfen Danzig, Riga oder Königsberg.

Tropische und subtropische Umgebungen

Cláudia Fontana und Kollegen (2018) dokumentierten Fortschritte beim Füllen einer großen Lücke in der dendrochronologischen Forschung in tropischen und subtropischen Regionen, da Bäume in diesen Klimazonen entweder komplexe Ringmuster oder überhaupt keine sichtbaren Baumringe aufweisen. Das ist ein Problem, denn seit der globale Klimawandel voranschreitet, müssen wir die physikalischen, chemischen und biologischen Prozesse verstehen, die sich auf den terrestrischen Kohlenstoffgehalt auswirken, und es wird immer wichtiger. Die tropischen und subtropischen Regionen der Welt, wie der brasilianische Atlantische Regenwald in Südamerika, speichern etwa 54 % der gesamten Biomasse des Planeten. Die besten Ergebnisse für die dendrochronologische Standardforschung erzielt man mit dem Evergreen Araucaria angustifolia (Paraná-Kiefer, brasilianische Kiefer oder Kandelaberbaum), mit einer Sequenz, die zwischen 1790–2009 n. Chr. Im Regenwald etabliert wurde); vorläufige Studien (Nakai et al. 2018) haben gezeigt, dass es chemische Signale gibt, die Niederschlags- und Temperaturänderungen verfolgen, die zur Gewinnung weiterer Informationen genutzt werden können.

Die elliptischen Ringe an diesem Baum aus der Türkei zeigen, dass der Baum über mehrere Jahre schief an einem Hang gewachsen ist, wobei der dem Hang zugewandte Teil durch die Enge des Rings auf der rechten Seite des Bildes gekennzeichnet ist. Mehmet Gökhan Bayhan / iStock / Getty Images

Eine Studie aus dem Jahr 2019 (Wistuba und Kollegen) ergab, dass Baumringe auch vor drohenden Einstürzen von Hängen warnen können. Es stellt sich heraus, dass Bäume, die durch Erdrutsche geneigt sind, exzentrische elliptische Baumringe aufweisen. Die abfallenden Teile der Ringe werden breiter als die abfallenden, und in Studien, die in Polen durchgeführt wurden, fanden Malgorzata Wistuba und Kollegen heraus, dass diese Neigungen zwischen drei und fünfzehn Jahren vor dem katastrophalen Einsturz erkennbar sind.

Andere Anwendungen

Es war lange bekannt, dass drei Bootsgrabhügel aus der Wikingerzeit aus dem 9. Jahrhundert in der Nähe von Oslo, Norwegen (Gokstad,Oseberg, und Tune) war irgendwann in der Antike eingebrochen worden. Die Eindringlinge verunstalteten die Schiffe, beschädigten die Grabbeigaben und zogen die Knochen der Verstorbenen heraus und zerstreuten sie. Zu unserem Glück ließen die Plünderer die Werkzeuge zurück, mit denen sie in die Hügel einbrachen, Holzspaten und Tragen (kleine Plattformen mit Griffen, mit denen Gegenstände aus den Gräbern getragen wurden), die mithilfe der Dendrochronologie analysiert wurden. Bill und Daly (2012) verknüpften Baumringfragmente in den Werkzeugen mit etablierten Chronologien und entdeckten, dass alle drei Hügel geöffnet und die Grabbeigaben im 10. Jahrhundert beschädigt wurden, wahrscheinlich als Teil von Harald Bluetooth Kampagne zur Bekehrung der Skandinavier zum Christentum.

Wang und Zhao nutzten die Dendrochronologie, um sich die Daten eines der Fälle anzusehen Routen der Seidenstraße während der Qin-Han-Zeit verwendet, die als Qinghai-Route bezeichnet wird. Um widersprüchliche Beweise darüber zu klären, wann die Route aufgegeben wurde, untersuchten Wang und Zhao Holzreste aus Gräbern entlang der Route. Einige historische Quellen hatten berichtet, dass die Qinghai-Route im 6. Jahrhundert n. Chr. Aufgegeben wurde: Die dendrochronologische Analyse von 14 Gräbern entlang der Route ergab eine fortgesetzte Nutzung bis zum Ende des 8. Jahrhunderts. Eine Studie von Kristof Haneca und Kollegen (2018) beschrieb Beweise für den Import von amerikanischem Holz zum Bau und Erhalt der 440 Meilen (700 km) langen Verteidigungslinie der Schützengräben des Ersten Weltkriegs entlang der Westfront.

Ausgewählte Quellen

• Bill, Jan und Aoife Daly. ' Die Plünderung der Schiffsgräber von Oseberg und Gokstad: Ein Beispiel für Machtpolitik? ' Antike 86.333 (2012): 808–24. Drucken.
• Fontana, Claudia, et al. ' Dendrochronologie und Klima im brasilianischen Atlantikwald: Welche Arten, wo und wie .' Neotropische Biologie und Naturschutz 13.4 (2018). Drucken.
• Haneca, Kristof, Sjörd van Daalen und Hans Beeckman. ' Holz für die Schützengräben: Eine neue Perspektive auf archäologisches Holz aus Schützengräben des Ersten Weltkriegs auf flämischen Feldern .' Antike 92.366 (2018): 1619–39. Drucken.
• Manning, Katie und andere.“ Die Chronologie der Kultur: Eine vergleichende Bewertung europäischer neolithischer Datierungsansätze .' Antike 88.342 (2014): 1065–80. Drucken.
• Nakai, Wataruet al. Probenvorbereitung ringloser tropischer Bäume für die δ18O-Messung in der Isotopen-Dendrochronologie .' Tropen 27.2 (2018): 49–58. Drucken.
• Turkon, Paula, et al. ' Anwendungen der Dendrochronologie im Nordwesten Mexikos. ' Lateinamerikanische Antike 29.1 (2018): 102–21. Drucken.
• Wang, Shuzhi und Xiuhai Zhao. Neubewertung der Qinghai-Route der Seidenstraße mithilfe der Dendrochronologie. ' Dendrochronologie 31.1 (2013): 34–40. Drucken.