dendrochronologie -Dendrochronology

Vrták pro dendrochronologické vzorkování a počítání růstových prstenců
Růstové kroužky stromu v Bristol Zoo , Anglie . Každý prsten představuje jeden rok; vnější kroužky poblíž kůry jsou nejmladší

Dendrochronologie (neboli datování letokruhů ) je vědecká metoda datování letokruhů (také nazývaných letokruhy) k přesnému roku, kdy byly vytvořeny . Stejně jako jejich datování to může poskytnout data pro dendroklimatologii , studium klimatu a atmosférických podmínek během různých období v historii ze dřeva. Dendrochronologie pochází ze starořeckého dendron ( δένδρον ), což znamená „strom“, khronos ( χρόνος ), což znamená „čas“, a -logia ( -λογία ), „studium“.

Dendrochronologie je užitečná pro stanovení přesného stáří vzorků, zejména těch, které jsou příliš nedávné pro radiokarbonové datování , které vždy vytváří rozsah spíše než přesné datum. K přesnému datu úhynu stromu je však zapotřebí úplný vzorek až po okraj, což většina ořezávaného dřeva neposkytuje. Poskytuje také údaje o načasování událostí a rychlostech změn v prostředí (zejména klimatu) a také ve dřevě nalezeném v archeologii nebo v uměleckých dílech a architektuře, jako jsou staré deskové malby . Používá se také jako kontrola radiokarbonového datování ke kalibraci radiokarbonového stáří .

Nový růst na stromech se vyskytuje ve vrstvě buněk v blízkosti kůry. Rychlost růstu stromu se v průběhu roku mění předvídatelným způsobem v reakci na sezónní změny klimatu, což má za následek viditelné prstence růstu. Každý prsten označuje úplný cyklus ročních období nebo jeden rok v životě stromu. Od roku 2020 jsou k dispozici bezpečně datovaná data letokruhů pro severní polokouli sahající až 13 910 let zpět. Nová metoda je založena na měření odchylek v izotopech kyslíku v každém prstenci a tato „izotopová dendrochronologie“ může poskytnout výsledky na vzorcích, které nejsou vhodné pro tradiční dendrochronologii kvůli příliš malému počtu nebo příliš podobných prstenců.

Dějiny

Řecký botanik Theophrastus (asi 371 – asi 287 př. n. l.) poprvé zmínil, že dřevo stromů má prstence. Leonardo da Vinci (1452–1519) se ve svém Trattato della Pittura (Pojednání o malířství) jako první zmínil o tom, že stromy tvoří každoročně letokruhy a že jejich tloušťka je dána podmínkami, ve kterých rostly. V roce 1737 francouzští badatelé Henri-Louis Duhamel du Monceau a Georges-Louis Leclerc de Buffon zkoumali vliv podmínek pěstování na tvar letokruhů. Zjistili, že v roce 1709 krutá zima vytvořila zřetelně tmavý letokruh, který sloužil jako reference pro následující evropské přírodovědce. V USA Alexander Catlin Twining (1801–1884) v roce 1833 navrhl, že vzory mezi letokruhy by mohly být použity k synchronizaci dendrochronologie různých stromů, a tím k rekonstrukci minulých podnebí v celých regionech. Anglický polyhistor Charles Babbage navrhl použít dendrochronologii k datování zbytků stromů v rašeliništích nebo dokonce v geologických vrstvách (1835, 1838).

Během druhé poloviny devatenáctého století začalo vědecké studium letokruhů a aplikace dendrochronologie. V roce 1859 použil německo-americký Američan Jacob Kuechler (1823–1893) crossdating ke zkoumání dubů ( Quercus stellata ), aby mohl studovat záznamy klimatu v západním Texasu. V roce 1866 pozoroval německý botanik, entomolog a lesník Julius Ratzeburg (1801–1871) účinky defoliace na letokruhy způsobenou napadením hmyzem. V roce 1882 se toto pozorování již objevovalo v lesnických učebnicích. V 70. letech 19. století holandský astronom Jacobus C. Kapteyn (1851–1922) používal křížové datování k rekonstrukci podnebí Nizozemska a Německa. V roce 1881 švýcarsko-rakouský lesník Arthur von Seckendorff -Gudent (1845–1886) používal křížové datování. V letech 1869 až 1901 napsal Robert Hartig (1839–1901), německý profesor lesní patologie, sérii prací o anatomii a ekologii letokruhů. V roce 1892 ruský fyzik Fedor Nikiforovič Shvedov ( Фёдор Никифорович Шведов ; 1841–1905) napsal, že použil vzory nalezené v letokruhů k předpovědi sucha v letech 1882 a 1899.

Během první poloviny dvacátého století založil astronom AE Douglass Laboratoř výzkumu letokruhů na Arizonské univerzitě . Douglass se snažil lépe porozumět cyklům aktivity slunečních skvrn a usoudil, že změny sluneční aktivity ovlivní klimatické vzorce na Zemi, které by následně byly zaznamenány vzorci růstu letokruhů ( tj . sluneční skvrny → klima → letokruhy).

Metody

Růstové kroužky

Další informace: Dřevo
Diagram sekundárního růstu stromu zobrazující idealizované vertikální a horizontální řezy. V každém vegetačním období se přidává nová vrstva dřeva , zesiluje stonek, stávající větve a kořeny, aby se vytvořil růstový prstenec.

Horizontální řezy kmenem stromu mohou odhalit letokruhy , označované také jako letokruhy nebo letokruhy . Růstové prstence jsou výsledkem nového růstu v cévnatém kambiu , vrstvě buněk blízko kůry , kterou botanici klasifikují jako postranní meristém ; tento růst v průměru je známý jako sekundární růst . Viditelné prstence jsou výsledkem změny rychlosti růstu v průběhu ročních období; tak, kritický pro metodu titulu, jeden prsten obecně označí průchod jednoho roku v životě stromu. Odstranění kůry stromu v určité oblasti může způsobit deformaci letokruhů, protože rostlina přerůstá jizvu.

Letouny jsou viditelnější u stromů, které vyrostly v mírných pásmech , kde se roční období výrazněji liší. Vnitřní část růstového prstence se tvoří brzy ve vegetačním období, kdy je růst poměrně rychlý (proto je dřevo méně husté) a je známá jako „rané dřevo“ (nebo „jarní dřevo“ nebo „dřevo pozdního jara“). ; vnější část je "pozdní dřevo" (někdy nazývané "letní dřevo", často se vyrábí v létě, i když někdy na podzim) a je hustší.

Průřez Pinus taeda zobrazující letokruhy, Cheraw, Jižní Karolína

Mnoho stromů v mírných pásmech produkuje každý rok jeden růstový prstenec, přičemž nejnovější přiléhá ke kůře. Po celou dobu života stromu se tedy rok od roku vytváří záznam nebo prstencový vzor, ​​který odráží stáří stromu a klimatické podmínky, ve kterých strom rostl. Přiměřená vlhkost a dlouhé vegetační období mají za následek široký prstenec, zatímco rok sucha může vést k velmi úzkému.

Přímé čtení letokruhů je složitá věda, a to z několika důvodů. Za prvé, na rozdíl od paradigmatu jednoho kroužku za rok, střídání špatných a příznivých podmínek, jako jsou sucha uprostřed léta, může mít za následek vytvoření několika kroužků v daném roce. Kromě toho mohou konkrétní druhy stromů vykazovat „chybějící prstence“, což ovlivňuje výběr stromů pro studium dlouhých časových úseků. Například chybějící letokruhy jsou vzácné u dubů a jilmů .

Pro vědu je kritické, že stromy ze stejné oblasti mají tendenci vyvíjet stejné vzory šířek prstenců pro dané období chronologického studia. Výzkumníci mohou porovnávat a porovnávat tyto vzory prsten za prsten se vzory ze stromů, které rostly ve stejnou dobu ve stejné zeměpisné zóně (a tedy za podobných klimatických podmínek). Když lze tyto vzory stromových prstenců porovnat mezi po sobě jdoucími stromy ve stejné lokalitě, překrývajícím se způsobem lze sestavit chronologie – jak pro celé geografické oblasti, tak pro dílčí oblasti. Kromě toho lze dřevo ze starověkých struktur se známou chronologií porovnat s daty letokruhů (technika zvaná křížové datování ) a tak lze přesně určit stáří dřeva. Dendrochronologové původně prováděli křížové datování vizuální kontrolou; v poslední době využili počítače k ​​provedení tohoto úkolu a použili statistické techniky k posouzení shody. Aby eliminovali jednotlivé variace v růstu letokruhů, dendrochronologové vezmou vyhlazený průměr šířek letokruhů z několika vzorků stromů, aby vytvořili historii letokruhů , což je proces nazývaný replikace. Historie letokruhu, jehož počátek a konec nejsou známa, se nazývá plovoucí chronologie . Může být ukotven porovnáním sekce s jinou chronologií (historie letokruhů), jejíž data jsou známá.

Plně zakotvená a vzájemně porovnaná chronologie dubu a borovice ve střední Evropě sahá 12 460 let zpět a chronologie dubu sahá 7 429 let zpět v Irsku a 6 939 let v Anglii . Srovnání radiokarbonového a dendrochronologického stáří podporuje konzistenci těchto dvou nezávislých dendrochronologických sekvencí. Další plně ukotvená chronologie, která sahá 8 500 let zpět, existuje pro borovici štětinovou na jihozápadě USA ( White Mountains of California).

Dendrochronologická rovnice

Typická podoba funkce šířky dřevěného prstence v souladu s dendrochronologickou rovnicí
Typická forma funkce dřevěného prstence (v souladu s dendrochronologickou rovnicí) s nárůstem šířky dřevěného prstenu v počáteční fázi

Dendrochronologická rovnice definuje zákon růstu letokruhů. Rovnici navrhl ruský biofyzik Alexandr N. Tetearing ve své práci „Teorie populací“ ve tvaru:

kde Δ L je šířka letokruhu, t je čas (v letech), ρ je hustota dřeva, k v je nějaký koeficient, M ( t ) je funkce růstu hmoty stromu.

Bez ohledu na přirozené sinusové oscilace v hmotě stromu je vzorec pro změny šířky letokruhu:

kde c 1 , c 2 a c 4 jsou nějaké koeficienty, a 1 a a 2 jsou kladné konstanty.

Vzorec je užitečný pro správnou aproximaci dat vzorků před procedurou normalizace dat.

Typické formy funkce Δ L ( t ) ročního přírůstku letokruhu jsou znázorněny na obrázcích.

Odběr vzorků a datování

Dendrochronologie umožňuje exempláře jednou žijícího materiálu přesně datovat do konkrétního roku. Data jsou často reprezentována jako odhadované kalendářní roky BP , pro současnost, kde „současnost“ znamená 1. leden 1950.

Vzorky dřeva jsou odebrány a použity k měření šířky letokruhů; odebíráním vzorků z různých míst v určité oblasti mohou výzkumníci sestavit komplexní historickou sekvenci. Techniky dendrochronologie jsou konzistentnější v oblastech, kde stromy rostly v okrajových podmínkách, jako je aridita nebo semiaridita, kde je růst letokruhů citlivější k prostředí, spíše než ve vlhkých oblastech, kde je růst letokruhů rovnoměrnější (spokojenější). Některé rody stromů jsou navíc pro tento typ analýzy vhodnější než jiné. Například borovice štětinová je výjimečně dlouhověká a pomalu roste a byla široce používána pro chronologie; stále žijící a mrtvé exempláře tohoto druhu poskytují vzory letokruhů staré tisíce let, v některých oblastech i více než 10 000 let. V současné době je maximální rozpětí pro plně zakotvenou chronologii něco málo přes 11 000 let BP

IntCal20 je 'Radiocarbon Age Calibration Curve' 2020, která poskytuje kalibrovanou uhlíkovou 14 datovanou sekvenci sahající 55 000 let zpět. Nejnovější část, sahající 13 900 let zpět, je založena na letokruhů.

Referenční sekvence

Pro evropské chronologie odvozené od dřevěných konstrukcí bylo zpočátku obtížné překlenout mezeru ve 14. století, kdy došlo k stavební přestávce, která se shodovala s černou smrtí , nicméně existují nepřerušené chronologie sahající až do pravěku, například dánská chronologie datování zpět do roku 352 před naším letopočtem.

Daný vzorek dřeva, variace letokruhových porostů poskytuje nejen shodu podle roku, ale může také odpovídat umístění, protože klima se liší místo od místa. To umožňuje určit zdroj lodí i menších artefaktů vyrobených ze dřeva, které však byly přepravovány na velké vzdálenosti, jako jsou panely na obrazy a lodní trámy.

Sluneční bouře

Sluneční bouře známého data, jako jsou ty v letech 774-775 a 993-994 , mohou poskytnout pevný referenční bod v neznámé sekvenci, protože způsobují prudký nárůst uhlíku 14 v letokruhů po celém světě v daném roce. Například dřevěné domy v lokalitě Viking v L'Anse aux Meadows na Newfoundlandu byly datovány nálezem vrstvy s hrotem 993, který ukázal, že dřevo pochází ze stromu pokáceného v roce 1021.

Aplikace

Radiokarbonová datovací kalibrace

Data z dendrochronologie lze použít jako kalibraci a kontrolu radiokarbonového datování . To lze provést kontrolou radiokarbonových dat proti dlouhým hlavním sekvencím, přičemž k vývoji této metody kalibrace byly použity kalifornské štětinové šišky v Arizoně jako doplněk k použití mrtvých stromů (až cca 4900 let). vzorky znamenaly, že by mohla být vyvinuta dlouhá, nepřerušená sekvence stromových letokruhů (sahající do doby kolem roku 6700 př.nl). Další studie evropských dubů, jako je hlavní sekvence v Německu, která se datuje do doby kolem 8500 př. n. l., lze také použít k zálohování a další kalibraci radiokarbonových dat.

Klimatologie

Hlavní článek: dendroklimatologie

Dendroklimatologie je věda určující minulá klima ze stromů především z vlastností letokruhů. Jiné vlastnosti letokruhů, jako je maximální hustota pozdního dřeva (MXD), se ukázaly být lepšími proxy než jednoduchá šířka prstence. Vědci pomocí letokruhů odhadli mnoho místních podnebí za stovky až tisíce let předtím.

Historie umění

Dendrochronologie se stala pro historiky umění důležitou při datování deskových maleb . Na rozdíl od analýzy vzorků z budov, které se obvykle zasílají do laboratoře, se však dřevěné podpěry pro obrazy obvykle musí měřit v oddělení muzejní konzervace, což omezuje techniky, které lze použít.

Kromě datace může dendrochronologie poskytnout také informace o zdroji panelu. Ukázalo se, že mnoho raně nizozemských obrazů bylo namalováno na panelech z „baltského dubu“ dopravovaných z oblasti Visly přes přístavy Hanzovní ligy . Dubové panely se používaly v řadě severských zemí, jako je Anglie , Francie a Německo . Dřevěné podpěry jiné než dubové byly nizozemskými malíři používány jen zřídka.

Portrét skotské královny Marie, který dendrochronologie určila, že pochází ze šestnáctého století

Vzhledem k tomu, že byly použity desky z vyzráleného dřeva, musí být při odhadu dat ponechán nejistý počet let pro kořenění. Panely byly oříznuty z vnějších prstenců a často každý panel využívá pouze malou část poloměru kmene. V důsledku toho datovací studie obvykle vedou k „ terminus post quem “ (nejstaršímu možnému) datu a předběžnému datu příchodu ostříleného surového panelu za použití předpokladů ohledně těchto faktorů. V důsledku vytvoření četných sekvencí bylo možné datovat 85–90 % z 250 obrazů ze 14. až 17. století analyzovaných v letech 1971–1982; nyní bylo analyzováno mnohem větší množství.

Portrét Marie, královny Skotů v National Portrait Gallery v Londýně, byl považován za kopii z osmnáctého století. Dendrochronologie však odhalila, že dřevo pochází z druhé poloviny 16. století. Nyní je považován za původní obraz ze šestnáctého století od neznámého umělce.

Na druhé straně byla dendrochronologie aplikována na čtyři obrazy zobrazující stejné téma, to jest Krista vyhánějícího půjčovatele peněz z chrámu . Výsledky ukázaly, že stáří dřeva bylo příliš pozdě na to, aby je namaloval Hieronymus Bosch .

Zatímco dendrochronologie se stala důležitým nástrojem pro datování dubových panelů, není efektivní při datování topolových panelů často používaných italskými malíři kvůli nepravidelným růstovým prstencům v topolu.

V 16. století došlo k postupnému nahrazování dřevěných panelů plátnem jako podpěry pro malby, což znamená, že tato technika je méně často použitelná pro pozdější malby. Kromě toho bylo v devatenáctém a dvacátém století mnoho deskových obrazů přeneseno na plátno nebo jiné nosiče .

Archeologie

Hlavní článek: Dendroarchaeology

Datování staveb s dřevěnými konstrukcemi a dílci je také provedeno dendrochronologií; dendroarcheologie je termín pro aplikaci dendrochronologie v archeologii. Zatímco archeologové mohou datovat dřevo a kdy bylo pokáceno, může být obtížné definitivně určit stáří budovy nebo stavby, ve které bylo dřevo použito; dřevo mohlo být znovu použito ze starší konstrukce, mohlo být pokáceno a ponecháno mnoho let před použitím, nebo mohlo být použito k výměně poškozeného kusu dřeva. Datování stavby pomocí dendrochronologie tak vyžaduje znalost historie stavební technologie. Mnoho prehistorických forem budov používalo „sloupky“, které byly celými kmeny mladých stromů; tam, kde se spodní část sloupku zachovala v zemi, mohou být zvláště užitečné pro datování.

Příklady:

  • Post Track a Sweet Track , dřevěné chodníky nebo dřevěné stezky na úrovních Somersetu v Anglii byly datovány do let 3838 př.nl a 3807 př.nl.
  • Pevnost Navan , kde byla v prehistorickém Irsku postavena velká stavba s více než dvěma sty sloupy. Centrální dubový sloup byl pokácen v roce 95 před naším letopočtem.
  • Fairbanks House v Dedhamu, Massachusetts. Zatímco o domě se dlouho tvrdilo, že byl postaven kolem roku 1640 (a byl nejstarším dřevěným domem v Severní Americe), jádrové vzorky dřeva odebrané z letního trámu potvrdily, že dřevo pochází z dubu pokáceného v letech 1637–8, jako dřevo nebylo kořeněné před použitím ve stavebnictví v té době v Nové Anglii . Další vzorek z jiného trámu poskytl datum 1641, což potvrdilo, že dům byl postaven od roku 1638 a dokončen někdy po roce 1641.
  • Pohřební komora Gorma Starého , který zemřel cca. 958, byl postaven ze dřeva ze dřeva pokáceného v roce 958.
  • Veliký Novgorod , kde mezi desátým a patnáctým stoletím byly na hromadící se nečistoty položeny četné po sobě jdoucí vrstvy dřevěné kládové dlažby.

Platformy měření, software a datové formáty

K ukládání dat o šířce letokruhů se používá mnoho různých formátů souborů. S vývojem TRiDaS bylo vyvinuto úsilí o standardizaci. Další vývoj vedl k databázovému softwaru Tellervo, který je založen na novém standardním formátu a zároveň je schopen importovat mnoho různých datových formátů. Desktopovou aplikaci lze připojit k měřicím zařízením a spolupracuje s databázovým serverem, který se instaluje samostatně.

Související chronologie

Herbchronologie je analýza letokruhů (nebo jednoduše letokruhů) v sekundárním kořenovém xylému víceletých bylin . Podobné sezónní vzorce se vyskytují také v ledových jádrech a ve varvech (vrstvy usazenin sedimentů v jezeře, řece nebo mořském dně). Vzor depozice v jádru se bude lišit pro zamrzlé jezero a jezero bez ledu a s jemností sedimentu. Sklerochronologie je studium ložisek řas .

Některé sloupcové kaktusy také vykazují podobné sezónní vzorce v izotopech uhlíku a kyslíku v jejich páteřích ( acanthochronology ). Používají se pro datování podobným způsobem jako dendrochronologie a tyto techniky se používají v kombinaci s dendrochronologií k vyplnění mezer a k rozšíření rozsahu sezónních dat dostupných archeologům a paleoklimatologům .

Podobná technika se používá k odhadu stáří rybích populací pomocí analýzy růstových prstenců v otolitových kostech.

Viz také

Reference

externí odkazy