Дендрохронология

редактировать
Метод датировки, основанный на анализе структуры годичных колец Упражнение для отбора образцов дендрохронологии и подсчета колец роста Рост кольца дерева в Бристольском зоопарке, Англия. Каждое кольцо представляет один год; внешние кольца около коры - самые молодые

Дендрохронология (или датировка годичных колец ) - это научный метод датировки дерева кольца (также называемые годичными кольцами) с точностью до года, когда они были сформированы. Помимо датировки, это может дать данные для дендроклиматологии, изучения климата и атмосферных условий в разные периоды истории из древесины. Дендрохронология происходит от древнегреческого дендрона (δένδρον ), что означает «дерево», хроноса (χρόνος ), что означает «время», и -logia (-λογία ), «изучение».

Дендрохронология полезна для определения точного возраста образцов, особенно тех, которые слишком недавние для радиоуглеродного датирования, которое всегда дает диапазон, а не точная дата. Однако для точной даты гибели дерева необходим полный образец до края, который не может обеспечить большинство обрезанных пиломатериалов. Он также дает данные о времени событий и темпах изменений в окружающей среде (в первую очередь климата), а также в древесине, обнаруженной в археологии, или произведениях искусства и архитектуры, таких как старые панно. Он также используется в качестве проверки радиоуглеродного датирования для калибровки радиоуглеродного возраста.

Новый рост деревьев происходит в слое клеток рядом с корой. Скорость роста дерева меняется предсказуемым образом в течение года в ответ на сезонные изменения климата, в результате чего появляются видимые кольца роста. Каждое кольцо отмечает полный цикл сезонов, или один год, в жизни дерева. По состоянию на 2020 год доступны надежно датированные данные о годичных кольцах деревьев в северном полушарии за 12 310 лет. Новый метод основан на измерении вариаций изотопов кислорода в каждом кольце, и эта «изотопная дендрохронология» может давать результаты на образцах, которые не подходят для традиционной дендрохронологии из-за слишком малого количества или слишком похожих колец.

Содержание

  • 1 История
  • 2 Кольца роста
  • 3 Дендрохронологическое уравнение
  • 4 Отбор проб и датирование
  • 5 Контрольные последовательности
  • 6 Применение
    • 6.1 Калибровка радиоуглеродного датирования
    • 6.2 Климатология
    • 6.3 История искусства
    • 6.4 Археология
  • 7 Связанные хронологии
  • 8 См. Также
  • 9 Ссылки
  • 10 Внешние ссылки

История

Греческий ботаник Теофраст (ок. 371 - ок. 287 г. до н.э.) впервые упомянул, что у дерева есть кольца. В его Trattato della Pittura (Трактат о живописи) Леонардо да Винчи (1452–1519) был первым, кто упомянул, что деревья ежегодно образуют кольца и что их толщина определяется условия, в которых они росли. В 1737 году французские исследователи Анри-Луи Дюамель дю Монсо и Жорж-Луи Леклерк де Бюффон исследовали влияние условий выращивания на форму годичных колец. Они обнаружили, что в 1709 году суровая зима произвела отчетливо темное кольцо деревьев, которое послужило ориентиром для последующих европейских естествоиспытателей. В США Александр Кэтлин Твининг (1801–1884) предположил в 1833 году, что закономерности в кольцах деревьев можно использовать для синхронизации дендрохронологии различных деревьев и, таким образом, для реконструкции климата прошлого во всех регионах. Английский эрудит Чарльз Бэббидж предложил использовать дендрохронологию для датирования остатков деревьев на торфяных болотах или даже в геологических слоях (1835, 1838).

Во второй половине девятнадцатого века началось научное изучение годичных колец и применение дендрохронологии. В 1859 г. американец немецкого происхождения Якоб Кюхлер (1823–1893) использовал кросс-датирование для исследования дубов (Quercus stellata ) с целью изучения климатических данных в западный Техас. В 1866 году немецкий ботаник, энтомолог и лесник Юлиус Ратцебург (1801–1871) наблюдал влияние на годичные кольца дефолиации, вызванной заражением насекомыми. К 1882 году это наблюдение уже фигурировало в учебниках по лесоводству. В 1870-х годах голландский астроном Якобус К. Каптейн (1851–1922) использовал кросс-датирование для реконструкции климата Нидерландов и Германии. В 1881 году швейцарско-австрийский лесник Артур фон Зекендорф -Гудент (1845–1886) использовал кросс-датирование. С 1869 по 1901 год Роберт Хартиг (1839–1901), немецкий профессор лесной патологии, написал серию статей по анатомии и экологии годичных колец. В 1892 году русский физик Федор Никифорович Шведов (Фёдор Никифорович Шведов; 1841–1905) писал, что он использовал закономерности, обнаруженные в кольцах деревьев, для предсказания засух в 1882 и 1891 годах.

В течение первой половины двадцатого века., астроном А. Э. Дуглас основал Лабораторию исследования древесных колец в Университете Аризоны. Дуглас стремился лучше понять циклы активности солнечных пятен и рассуждал, что изменения в солнечной активности будут влиять на климатические модели на Земле, которые впоследствии будут регистрироваться моделями роста колец деревьев (т. Е. Солнечными пятнами). → климат → годичные кольца).

Годичные кольца

Схема вторичного роста на дереве, показывающая идеализированные вертикальные и горизонтальные сечения. Новый слой древесины добавляется в каждый вегетационный период, утолщая стебель, существующие ветви и корни, чтобы сформировать кольцо роста.

Горизонтальные поперечные сечения прорезают ствол дерева может обнажать годичные кольца, также называемые годичными или годичными кольцами. Кольца роста возникают в результате нового роста сосудистого камбия, слоя клеток около коры, который ботаники классифицируют как латеральная меристема ; этот рост в диаметре известен как вторичный рост. Видимые кольца являются результатом изменения скорости роста в течение сезонов года; таким образом, что критично для метода титула, одно кольцо обычно отмечает прохождение одного года жизни дерева. Удаление коры дерева на определенном участке может вызвать деформацию колец, поскольку растение зарастает рубцом.

Кольца более заметны на деревьях, которые росли в умеренных зонах, где времена года различаются более заметно. Внутренняя часть годичного кольца формируется в начале вегетационного периода, когда рост происходит сравнительно быстро (следовательно, древесина менее плотная) и известна как «ранняя древесина» (или «весенняя древесина», или «поздняя весенняя древесина»). ; внешняя часть представляет собой «позднюю древесину» (иногда называемую «летней древесиной», часто производимой летом, но иногда и осенью), и она более плотная.

Pinus taeda поперечный разрез, показывающий годичные кольца, Черо, Южная Каролина

Многие деревья в умеренных зонах дают одно годичное кольцо каждый год, причем самое новое прилегает к коре. Следовательно, на протяжении всего периода жизни дерева создается годовой рекорд или кольцевой узор, отражающий возраст дерева и климатические условия, в которых оно росло. Достаточная влажность и продолжительный вегетационный период приводят к широкому кольцу, а в засушливый год - к очень узкому.

Прямое чтение хронологии годичных колец - сложная наука по нескольким причинам. Во-первых, вопреки парадигме «одного кольца в год», чередование неблагоприятных и благоприятных условий, таких как засуха в середине лета, может привести к образованию нескольких колец в течение одного года. Кроме того, определенные виды деревьев могут иметь «недостающие кольца», и это влияет на выбор деревьев для изучения в течение длительного периода времени. Например, у деревьев дуб и луг отсутствующие кольца встречаются редко.

Что важно для науки, деревья из одного и того же региона, как правило, имеют одинаковые модели ширины колец. за данный период хронологического исследования. Исследователи могут сравнивать и сопоставлять эти образцы «кольцо за кольцом» с образцами деревьев, которые одновременно росли в одной и той же географической зоне (и, следовательно, в аналогичных климатических условиях). Когда можно сопоставить эти образцы годичных колец между последовательными деревьями в одном и том же регионе, с перекрытием, можно построить хронологию - как для целых географических регионов, так и для субрегионов. Более того, древесину из древних построек с известной хронологией можно сопоставить с данными годичных колец (метод, называемый перекрестным датированием), и тем самым можно точно определить возраст древесины. Первоначально дендрохронологи проводили перекрестное датирование путем визуального осмотра; совсем недавно они использовали компьютеры для выполнения этой задачи, применяя статистические методы для оценки соответствия. Чтобы устранить индивидуальные вариации в росте годичных колец, дендрохронологи берут сглаженное среднее значение ширины годичных колец для нескольких выборок деревьев, чтобы построить историю колец, процесс, называемый репликацией. История годичных колец, даты начала и окончания которой неизвестны, называется плавающей хронологией. Его можно закрепить путем сопоставления раздела с другой хронологией (древовидной историей), даты которой известны.

Полная хронология дуба и сосны в Центральной Европе насчитывает 12 460 лет, а хронология дуба насчитывает 7 429 лет в Ирландии и 6 939 лет в Англии. Сравнение радиоуглеродного и дендрохронологического возраста подтверждает согласованность этих двух независимых дендрохронологических последовательностей. Другая полностью закрепленная хронология, которая насчитывает 8500 лет, существует для сосны щетиноконовой в юго-западе США (Белые горы Калифорнии).

Дендрохронологическое уравнение

Типичное вид функции ширины деревянного кольца в соответствии с дендрохронологическим уравнением Типичный вид функции деревянного кольца (в соответствии с дендрохронологическим уравнением) при увеличении ширины деревянного кольца на начальном этапе

Дендрохронологическое уравнение определяет закон роста годичных колец. Уравнение было предложено российским биофизиком Александром Н. Тетерингом в его работе «Теория популяций» в виде:

Δ L (t) = 1 kv ρ 1 3 d (M 1 3 (t)) dt, {\ displaystyle \ Delta L (t) = {\ frac {1} {k_ {v} \, \ rho ^ {\ frac {1} {3}}}} \, {\ frac {d \ left (M ^ {\ frac {1} {3}} (t) \ right)} {dt}},}{\ displaystyle \ Delta L (t) = {\ frac {1} {k_ {v} \, \ rho ^ {\ frac {1} {3}}}} \, {\ frac {d \ left (M ^ {\ frac {1} {3}} (t) \ right)} {dt}},}

где ΔL - ширина годичного кольца, t - время (в годах), ρ - плотность древесины, k v - некоторый коэффициент, M (t) - функция роста массы дерева.

Без учета собственных синусоидальных колебаний древесной массы формула изменения ширины годичного кольца:

Δ L (t) = - c 1 e - a 1 t + c 2 e - a 2 t 3 кв ρ 1 3 (c 4 + c 1 e - a 1 t + c 2 e - a 2 t) 2 3 {\ displaystyle \ Delta L (t) = - {\ frac {c_ {1} e ^ {- a_ {1} t} + c_ {2} e ^ {- a_ {2} t}} {3k_ {v} \ rho ^ {\ frac {1} {3}} \ left (c_ {4 } + c_ {1} e ^ {- a_ {1} t} + c_ {2} e ^ {- a_ {2} t} \ right) ^ {\ frac {2} {3}}}}}{\ displaystyle \ Delta L (t) = - {\ frac {c_ {1} e ^ {- a_ {1} t} + c_ {2} e ^ {- a_ {2} t}} {3k_ {v} \ rho ^ {\ frac {1} {3 }} \ left (c_ {4} + c_ {1} e ^ {- a_ {1} t} + c_ {2} e ^ {- a_ {2} t} \ right) ^ {\ frac {2} { 3}}}}}

где c 1, c 2 и c 4 - некоторые коэффициенты, a 1 и 2 положительные константы.

Формула полезна для правильной аппроксимации данных выборки перед процедурой нормализации данных.

Типичные формы функции ΔL (t) годового прироста древесного кольца показаны на рисунках.

Отбор проб и датирование

Дендрохронология предоставляет образцы некогда живого материала, точно датированные определенным годом. Даты часто представлены как предполагаемые календарные годы BP, «до настоящего времени», где «настоящее время» относится к 1 января 1950 года.

Образцы кернов древесины отбираются и используются для измерения ширины годового прироста кольца; взяв образцы из разных мест в определенном регионе, исследователи могут построить исчерпывающую историческую последовательность. Методы дендрохронологии более последовательны в районах, где деревья росли в маргинальных условиях, таких как засушливость или полузасушливость, где рост колец более чувствителен к окружающей среде, чем во влажных районах, где рост колец деревьев более равномерный (самоуспокоенный). Кроме того, некоторые роды деревьев более подходят для этого типа анализа, чем другие. Например, сосна с щетиной является исключительно долгоживущей и медленнорастущей, и она широко использовалась для хронологии; все еще живые и мертвые экземпляры этого вида представляют собой образцы годичных колец, возраст которых насчитывает тысячи лет, а в некоторых регионах - более 10 000 лет. В настоящее время максимальный интервал для полностью закрепленной хронологии составляет немногим более 11000 лет до н.э.

В 2004 году новая калибровочная кривая для радиоуглерода, INTCAL04, была ратифицирована на международном уровне, чтобы обеспечить калибровку датировок до 26000 BP Для периода назад, до 12 400 BP, радиоуглеродные даты откалиброваны по дендрохронологическим датам.

Практика дендрохронологии сталкивается со многими препятствиями, включая существование видов из муравьев, которые обитают на деревьях и расширяют свои галереи в древесину, разрушая кольцевую структуру.

Справочные последовательности

Европейские хронологии, основанные на деревянных конструкциях, первоначально обнаружили, что трудно преодолеть разрыв в четырнадцатом веке, когда произошел перерыв в строительстве, который совпал с Черной смертью, однако существуют непрерывные хронологии, восходящие к доисторическим временам, например датская хронология, восходящая к 352 г. до н.э.

Учитывая образец древесины, изменение роста колец деревьев не только обеспечивает соответствие по годам, но также может соответствовать местоположению, потому что климат варьируется от места к месту. Это позволяет определить источник кораблей, а также более мелких артефактов, сделанных из дерева, но которые были перевезены на большие расстояния, например панелей для картин и корабельной древесины.

Приложения

Калибровка радиоуглеродного датирования

Даты из дендрохронологии могут использоваться в качестве калибровки и проверки радиоуглеродного датирования. Это можно сделать, сверяя радиоуглеродные даты с длинными эталонными последовательностями, при этом калифорнийские сосны с щетинистыми шишками в Аризоне используются для разработки такого метода калибровки, как долговечность деревьев (примерно до 4900 лет) в дополнение к использованию мертвых деревьев. образцы означали, что может быть создана длинная непрерывная последовательность годичных колец (датируемая примерно 6700 г. до н.э.). Дополнительные исследования европейских дубов, такие как основная последовательность в Германии, которая датируется 8500 годом до нашей эры, также могут быть использованы для подтверждения и дальнейшей калибровки радиоуглеродных дат.

Климатология

Дендроклиматология это наука об определении климата в прошлом по деревьям в первую очередь по свойствам годичных колец деревьев. Другие свойства годичных колец, такие как максимальная плотность поздней древесины (MXD), оказались лучшими показателями, чем ширина простого кольца. Используя годичные кольца деревьев, ученые оценили местный климат за сотни или тысячи лет назад.

История искусства

Дендрохронология стала важной для искусствоведов при датировании панно. Однако, в отличие от анализа образцов из зданий, которые обычно отправляются в лабораторию, деревянные опоры для картин обычно необходимо измерять в отделе консервации музея, что накладывает ограничения на методы, которые могут быть использованы.

Помимо датировки, дендрохронология также может предоставить информацию об источнике панели. Многие ранние нидерландские картины оказались написаны на панелях из «балтийского дуба», доставленных из региона Вислы через порты Ганзейского союза. Дубовые панели использовались в ряде северных стран, таких как Англия, Франция и Германия. Деревянные опоры, кроме дуба, редко использовались нидерландскими художниками.

Портрет Марии Королевы Шотландии, датируемый шестнадцатым веком с помощью дендрохронологии

Поскольку использовались панели из выдержанной древесины, неопределенное количество лет должно быть допускаются для приправы при оценке дат. Панели были обрезаны от внешних колец, и часто каждая панель использует только небольшую часть радиуса ствола. Следовательно, датирующие исследования обычно приводят к «terminus post quem » (самой ранней возможной) дате и ориентировочной дате прибытия опытной необработанной панели с использованием предположений относительно этих факторов. В результате установления многочисленных последовательностей стало возможным датировать 85–90% из 250 картин XIV – XVII веков, проанализированных между 1971 и 1982 годами; к настоящему времени проанализировано гораздо большее их количество.

Портрет Марии, королевы Шотландии в Национальной портретной галерее в Лондоне, как полагают, является копией восемнадцатого века. Однако дендрохронология показала, что древесина датируется второй половиной шестнадцатого века. Сейчас это считается оригинальной картиной XVI века неизвестного художника.

С другой стороны, дендрохронология была применена к четырем картинам, изображающим один и тот же предмет, Христос, изгоняющий ростовщиков из Храм. Результаты показали, что возраст древесины был слишком поздним, чтобы хоть одна из них была расписана Иеронимом Босхом.

Хотя дендрохронология стала важным инструментом для датировки дубовых панелей, она неэффективна для датировки панелей из тополя. часто используется итальянскими художниками из-за неустойчивых годичных колец у тополя.

В шестнадцатом веке деревянные панели постепенно заменялись холстом в качестве основы для картин, что означает, что эта техника менее часто применима к более поздним картинам. Кроме того, многие панно были перенесены на холст или другие опоры в течение девятнадцатого и двадцатого веков.

Археология

Датировка зданий с деревянными конструкциями и элементами также проводится с помощью дендрохронологии; дендроархеология - термин, обозначающий применение дендроархеологии в археологии. Хотя археологи могут датировать древесину и дату ее вырубки, может быть трудно окончательно определить возраст здания или сооружения, в котором использовалась древесина; древесина могла быть повторно использована из более старой конструкции, могла быть срублена и оставлена ​​на много лет перед использованием, или могла быть использована для замены поврежденного куска дерева. Таким образом, датировка здания с помощью дендрохронологии требует знания истории строительных технологий. Многие доисторические постройки использовали «столбы», которые представляли собой целые молодые стволы деревьев; там, где нижняя часть столба сохранилась в земле, они могут быть особенно полезны для свиданий.

Примеры:

  • Post Track и Sweet Track, дощатые настилы или лесные дороги на уровнях Сомерсета, Англия, датируются 3838 г. до н.э. и 3807 г. до н.э.
  • Форт Наван, где в доисторической Ирландии было построено большое строение с более чем двумястами столбами. Центральный дубовый столб был срублен в 95 г. до н.э.
  • жилища коренных американцев в засушливых районах юго-запада США.
  • Фэрбенкс-хаус в Дедхэме., Массачусетс. Хотя давно утверждалось, что дом был построен примерно в 1640 году (и является самым старым деревянным домом в Северной Америке), образцы древесины, взятые из летней балки, подтвердили, что это древесина дуба, срубленного в 1637–1616 годах. поскольку в то время в Новой Англии древесина не выдерживалась перед использованием в строительстве. Дополнительный образец из другой балки дал дату 1641 года, что подтверждает, что дом был построен в 1638 году и закончен примерно после 1641 года.
  • Погребальная камера Горма Старого, который умер c. 958, был построен из древесины, срубленной в 958 году.
  • Великий Новгород, где между десятым и пятнадцатым веками на скопившуюся землю были уложены многочисленные последовательные слои деревянной мостовой.

хронологии

Herbchronology - это анализ годовых колец роста (или просто годовых колец) во вторичном корне ксилемы многолетнего травянистого растения. Подобные сезонные закономерности также наблюдаются в кернах льда и в varves (слои отложений в озере, реке или морском дне). Характер отложений в керне будет различаться для замерзшего озера и озера, свободного ото льда, и в зависимости от тонкости наносов. Склерохронология - изучение отложений водорослей.

Некоторые столбчатые кактусы также демонстрируют аналогичные сезонные закономерности в изотопах углерода и кислорода в их шипах (акантохронология ). Они используются для датирования аналогично дендрохронологии, и такие методы используются в сочетании с дендрохронологией, чтобы заполнить пробелы и расширить диапазон сезонных данных, доступных археологам и палеоклиматологам.

Используется аналогичный метод для оценки возраста рыб запасов путем анализа годичных колец в отолите костей.

См. Также

  • icon Портал деревьев

Ссылки

Внешние ссылки

В Викибуке Историческая геология есть страница по теме: Дендрохронология
На Викискладе есть материалы, связанные с Дендрохронологией.
Последняя правка сделана 2021-05-17 13:05:08
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте