Dendrocronologia -Dendrochronology

Broca para amostragem dendrocronológica e contagem de anéis de crescimento
Os anéis de crescimento de uma árvore no zoológico de Bristol , Inglaterra . Cada anel representa um ano; os anéis externos, próximos à casca, são os mais jovens

Dendrocronologia (ou datação de anéis de árvores ) é o método científico de datar anéis de árvores (também chamados de anéis de crescimento) para o ano exato em que foram formados. Além de datá-los, isso pode fornecer dados para a dendroclimatologia , o estudo das condições climáticas e atmosféricas durante diferentes períodos da história da madeira. A dendrocronologia deriva do grego antigo dendron ( δένδρον ), que significa "árvore", khronos ( χρόνος ), que significa "tempo", e -logia ( -λογία ), "o estudo de".

A dendrocronologia é útil para determinar a idade precisa de amostras, especialmente aquelas que são muito recentes para datação por radiocarbono , que sempre produz um intervalo em vez de uma data exata. No entanto, para uma data precisa da morte da árvore é necessária uma amostra completa até a borda, o que a maioria das madeiras aparadas não fornecerá. Ele também fornece dados sobre o tempo de eventos e taxas de mudança no ambiente (mais proeminente clima) e também em madeira encontrada em arqueologia ou obras de arte e arquitetura, como pinturas de painéis antigos . Também é usado como uma verificação na datação por radiocarbono para calibrar as idades por radiocarbono .

Novo crescimento em árvores ocorre em uma camada de células perto da casca. A taxa de crescimento de uma árvore muda em um padrão previsível ao longo do ano em resposta às mudanças climáticas sazonais, resultando em anéis de crescimento visíveis. Cada anel marca um ciclo completo de estações , ou um ano, na vida da árvore. A partir de 2020, dados de anéis de árvores datados com segurança para o hemisfério norte estão disponíveis há 13.910 anos. Um novo método é baseado na medição de variações nos isótopos de oxigênio em cada anel, e essa 'dendrocronologia de isótopos' pode produzir resultados em amostras que não são adequadas para a dendrocronologia tradicional devido a anéis muito poucos ou muito semelhantes.

História

O botânico grego Teofrasto (c. 371 – c. 287 aC) mencionou pela primeira vez que a madeira das árvores tem anéis. Em seu Trattato della Pittura (Tratado de Pintura), Leonardo da Vinci (1452-1519) foi a primeira pessoa a mencionar que as árvores formam anéis anualmente e que sua espessura é determinada pelas condições em que crescem. Em 1737, os investigadores franceses Henri-Louis Duhamel du Monceau e Georges-Louis Leclerc de Buffon examinaram o efeito das condições de crescimento na forma dos anéis das árvores. Eles descobriram que em 1709, um inverno rigoroso produziu um anel de árvores distintamente escuro, que serviu de referência para os naturalistas europeus subsequentes. Nos Estados Unidos, Alexander Catlin Twining (1801-1884) sugeriu em 1833 que os padrões entre os anéis das árvores poderiam ser usados ​​para sincronizar as dendrocronologias de várias árvores e, assim, reconstruir climas passados ​​em regiões inteiras. O polímata inglês Charles Babbage propôs o uso da dendrocronologia para datar os restos de árvores em turfeiras ou mesmo em estratos geológicos (1835, 1838).

Durante a segunda metade do século XIX, começou o estudo científico dos anéis das árvores e a aplicação da dendrocronologia. Em 1859, o germano-americano Jacob Kuechler (1823-1893) usou datação cruzada para examinar carvalhos ( Quercus stellata ) para estudar o registro do clima no oeste do Texas. Em 1866, o botânico, entomologista e guarda florestal alemão Julius Ratzeburg (1801-1871) observou os efeitos da desfolha nos anéis das árvores causada por infestações de insetos. Em 1882, essa observação já estava aparecendo nos livros de silvicultura. Na década de 1870, o astrônomo holandês Jacobus C. Kapteyn (1851-1922) estava usando datação cruzada para reconstruir os climas da Holanda e da Alemanha. Em 1881, o silvicultor suíço-austríaco Arthur von Seckendorff -Gudent (1845-1886) estava usando datação cruzada. De 1869 a 1901, Robert Hartig (1839-1901), professor alemão de patologia florestal, escreveu uma série de artigos sobre anatomia e ecologia de anéis de árvores. Em 1892, o físico russo Fedor Nikiforovich Shvedov ( Фёдор Никифорович Шведов ; 1841-1905) escreveu que havia usado padrões encontrados em anéis de árvores para prever secas em 1882 e 1891.

Durante a primeira metade do século XX, o astrônomo AE Douglass fundou o Laboratório de Pesquisa de Anéis de Árvore na Universidade do Arizona . Douglass procurou entender melhor os ciclos de atividade das manchas solares e raciocinou que as mudanças na atividade solar afetariam os padrões climáticos na Terra, que posteriormente seriam registrados pelos padrões de crescimento dos anéis das árvores ( ou seja , manchas solares → clima → anéis das árvores).

Métodos

Anéis de crescimento

Diagrama de crescimento secundário em uma árvore mostrando seções verticais e horizontais idealizadas. Uma nova camada de madeira é adicionada em cada estação de crescimento, engrossando o caule, galhos e raízes existentes, para formar um anel de crescimento.

Seções transversais horizontais cortadas no tronco de uma árvore podem revelar anéis de crescimento, também chamados de anéis de árvores ou anéis anuais . Os anéis de crescimento resultam de um novo crescimento no câmbio vascular , uma camada de células perto da casca que os botânicos classificam como meristema lateral ; este crescimento em diâmetro é conhecido como crescimento secundário . Anéis visíveis resultam da mudança na velocidade de crescimento ao longo das estações do ano; assim, crítico para o método do título, um anel geralmente marca a passagem de um ano na vida da árvore. A remoção da casca da árvore em uma determinada área pode causar deformação dos anéis à medida que a planta cresce demais a cicatriz.

Os anéis são mais visíveis em árvores que cresceram em zonas temperadas , onde as estações diferem mais acentuadamente. A porção interna de um anel de crescimento se forma no início da estação de crescimento, quando o crescimento é comparativamente rápido (portanto, a madeira é menos densa) e é conhecida como "madeira precoce" (ou "madeira da primavera" ou "madeira do final da primavera") ; a parte externa é a "madeira tardia" (às vezes denominada "madeira de verão", muitas vezes sendo produzida no verão, embora às vezes no outono) e é mais densa.

Muitas árvores em zonas temperadas produzem um anel de crescimento a cada ano, com o mais novo adjacente à casca. Assim, durante todo o período de vida de uma árvore, um registro ou padrão de anéis ano a ano se acumula que reflete a idade da árvore e as condições climáticas em que a árvore cresceu. A umidade adequada e uma longa estação de crescimento resultam em um anel largo, enquanto um ano de seca pode resultar em um anel muito estreito.

A leitura direta de cronologias de anéis de árvores é uma ciência complexa, por várias razões. Em primeiro lugar, ao contrário do paradigma de um único anel por ano, alternar condições ruins e favoráveis, como secas no meio do verão, pode resultar na formação de vários anéis em um determinado ano. Além disso, determinadas espécies arbóreas podem apresentar "anéis ausentes", o que influencia a seleção de árvores para estudo de longos períodos de tempo. Por exemplo, anéis ausentes são raros em carvalhos e olmos .

Fundamental para a ciência, as árvores da mesma região tendem a desenvolver os mesmos padrões de largura dos anéis para um determinado período de estudo cronológico. Os pesquisadores podem comparar e combinar esses padrões anel a anel com padrões de árvores que cresceram ao mesmo tempo na mesma zona geográfica (e, portanto, sob condições climáticas semelhantes). Quando se pode combinar esses padrões de anéis de árvores em árvores sucessivas no mesmo local, de maneira sobreposta, as cronologias podem ser construídas - tanto para regiões geográficas inteiras quanto para sub-regiões. Além disso, a madeira de estruturas antigas com cronologias conhecidas pode ser combinada com os dados dos anéis das árvores (uma técnica chamada datação cruzada ), e a idade da madeira pode ser determinada com precisão. Os dendrocronologistas originalmente realizavam a datação cruzada por inspeção visual; mais recentemente, eles utilizaram computadores para fazer a tarefa, aplicando técnicas estatísticas para avaliar a correspondência. Para eliminar variações individuais no crescimento dos anéis de árvores, os dendrocronologistas usam a média suavizada das larguras dos anéis de árvores de várias amostras de árvores para construir um histórico de anéis , um processo denominado replicação. Uma história de anéis de árvore cujas datas de início e término não são conhecidas é chamada de cronologia flutuante . Ele pode ser ancorado comparando uma seção com outra cronologia (histórico do anel de árvore) cujas datas são conhecidas.

Uma cronologia totalmente ancorada e cruzada para carvalho e pinho na Europa central remonta a 12.460 anos, e uma cronologia de carvalho remonta a 7.429 anos na Irlanda e 6.939 anos na Inglaterra . A comparação de idades de radiocarbono e dendrocronológicas suporta a consistência dessas duas sequências dendrocronológicas independentes. Outra cronologia totalmente ancorada que remonta a 8.500 anos existe para o pinheiro bristlecone no sudoeste dos EUA ( Montanhas Brancas da Califórnia).

Equação dendrocronológica

Uma forma típica da função da largura do anel de madeira de acordo com a equação dendrocronológica
Uma forma típica da função do anel de madeira (de acordo com a equação dendrocronológica) com um aumento na largura do anel de madeira no estágio inicial

A equação dendrocronológica define a lei do crescimento dos anéis das árvores. A equação foi proposta pelo biofísico russo Alexandr N. Tetearing em seu trabalho "Teoria das populações" na forma:

onde Δ L é a largura do anel anual, t é o tempo (em anos), ρ é a densidade da madeira, k v é algum coeficiente, M ( t ) é função do crescimento em massa da árvore.

Ignorando as oscilações senoidais naturais na massa da árvore, a fórmula para as mudanças na largura anual do anel é:

onde c 1 , c 2 e c 4 são alguns coeficientes, a 1 e a 2 são constantes positivas.

A fórmula é útil para a aproximação correta dos dados das amostras antes do procedimento de normalização dos dados.

As formas típicas da função Δ L ( t ) de crescimento anual do anel de madeira são mostradas nas figuras.

Amostragem e datação

A dendrocronologia permite que espécimes de material outrora vivo sejam datados com precisão em um ano específico. As datas são frequentemente representadas como anos civis estimados BP , para antes do presente, onde "presente" se refere a 1º de janeiro de 1950.

Amostras de madeira são amostradas e usadas para medir a largura dos anéis de crescimento anual; coletando amostras de diferentes locais dentro de uma determinada região, os pesquisadores podem construir uma sequência histórica abrangente. As técnicas de dendrocronologia são mais consistentes em áreas onde as árvores cresceram em condições marginais, como aridez ou semi-aridez, onde o crescimento do anel é mais sensível ao ambiente, do que em áreas úmidas, onde o crescimento do anel é mais uniforme (complacente). Além disso, alguns gêneros de árvores são mais adequados que outros para esse tipo de análise. Por exemplo, o pinheiro bristlecone é excepcionalmente duradouro e de crescimento lento, e tem sido usado extensivamente para cronologias; espécimes ainda vivos e mortos dessa espécie fornecem padrões de anéis de árvores que remontam a milhares de anos, em algumas regiões há mais de 10.000 anos. Atualmente, o período máximo para cronologia totalmente ancorada é de pouco mais de 11.000 anos AP

IntCal20 é a 'Curva de Calibração da Idade do Radiocarbono' de 2020, que fornece uma sequência calibrada datada de carbono 14 que remonta a 55.000 anos. A parte mais recente, que remonta a 13.900 anos, é baseada em anéis de árvores.

Sequências de referência

As cronologias europeias derivadas de estruturas de madeira inicialmente acharam difícil preencher a lacuna no século XIV, quando houve um hiato de construção, que coincidiu com a Peste Negra , no entanto, existem cronologias ininterruptas que remontam aos tempos pré-históricos, por exemplo, a cronologia dinamarquesa que data de volta a 352 aC.

Dada uma amostra de madeira, a variação dos crescimentos dos anéis das árvores não apenas fornece uma correspondência por ano, mas também pode corresponder à localização porque o clima varia de lugar para lugar. Isso permite determinar a procedência de navios e artefatos menores feitos de madeira, mas que foram transportados por longas distâncias, como painéis para pinturas e madeiras de navios.

Tempestades solares

Tempestades solares de data conhecida, como as de 774-775 e 993-994 , podem fornecer um ponto de referência fixo em uma sequência desconhecida, pois causam um pico de carbono 14 em anéis de árvores para esse ano em todo o mundo. Por exemplo, casas de madeira no sítio Viking em L'Anse aux Meadows em Newfoundland foram datadas ao encontrar a camada com o pico 993, que mostrou que a madeira é de uma árvore derrubada em 1021.

Formulários

Calibração de datação por radiocarbono

As datas da dendrocronologia podem ser usadas como calibração e verificação da datação por radiocarbono . Isso pode ser feito verificando datas de radiocarbono em relação a longas sequências mestras, com pinheiros californianos no Arizona sendo usados ​​para desenvolver este método de calibração como a longevidade das árvores (até c.4900 anos), além do uso de árvores mortas as amostras significavam que uma longa e ininterrupta sequência de anéis de árvores poderia ser desenvolvida (remontando a c.6700 aC). Estudos adicionais de carvalhos europeus, como a sequência mestra na Alemanha, que remonta a c.8500 aC, também podem ser usados ​​para fazer backup e calibrar ainda mais as datas de radiocarbono.

Climatologia

A dendroclimatologia é a ciência de determinar climas passados ​​de árvores principalmente a partir das propriedades dos anéis anuais das árvores. Outras propriedades dos anéis anuais, como a densidade máxima do lenho tardio (MXD), mostraram ser melhores proxies do que a largura do anel simples. Usando anéis de árvores, os cientistas estimaram muitos climas locais por centenas a milhares de anos anteriores.

História da arte

A dendrocronologia tornou-se importante para os historiadores da arte na datação de pinturas em painel . No entanto, ao contrário da análise de amostras de edifícios, que normalmente são enviadas para um laboratório, os suportes de madeira para pinturas geralmente precisam ser medidos em um departamento de conservação do museu, o que impõe limitações às técnicas que podem ser usadas.

Além da datação, a dendrocronologia também pode fornecer informações sobre a origem do painel. Muitas pinturas neerlandesas primitivas foram pintadas em painéis de "carvalho báltico" enviados da região do Vístula através dos portos da Liga Hanseática . Painéis de carvalho foram usados ​​em vários países do norte, como Inglaterra , França e Alemanha . Suportes de madeira que não o carvalho raramente eram usados ​​pelos pintores neerlandeses.

Um retrato de Mary Queen of Scots, determinado a datar do século XVI por dendrocronologia

Como foram usados ​​painéis de madeira temperada, um número incerto de anos deve ser permitido para o tempero ao estimar as datas. Os painéis foram aparados dos anéis externos e, muitas vezes, cada painel usa apenas uma pequena parte do raio do tronco. Conseqüentemente, os estudos de datação geralmente resultam em uma data " terminus post quem " (mais cedo possível), e uma data provisória para a chegada de um painel cru temperado usando suposições quanto a esses fatores. Como resultado do estabelecimento de inúmeras sequências, foi possível datar 85-90% das 250 pinturas do século XIV ao XVII analisadas entre 1971 e 1982; até agora um número muito maior foi analisado.

Acreditava-se que um retrato de Mary, Rainha da Escócia na National Portrait Gallery, em Londres, era uma cópia do século XVIII. No entanto, a dendrocronologia revelou que a madeira datava da segunda metade do século XVI. É agora considerado como uma pintura original do século XVI por um artista desconhecido.

Por outro lado, a dendrocronologia foi aplicada a quatro pinturas que retratam o mesmo assunto, o de Cristo expulsando os agiotas do Templo . Os resultados mostraram que a idade da madeira era muito tardia para que alguma delas tivesse sido pintada por Hieronymus Bosch .

Embora a dendrocronologia tenha se tornado uma ferramenta importante para datar painéis de carvalho, ela não é eficaz para datar os painéis de álamo frequentemente usados ​​por pintores italianos por causa dos anéis de crescimento erráticos no álamo.

O século XVI viu uma substituição gradual dos painéis de madeira pela tela como suporte para as pinturas, o que significa que a técnica é menos aplicável às pinturas posteriores. Além disso, muitas pinturas em painel foram transferidas para tela ou outros suportes durante os séculos XIX e XX.

Arqueologia

A datação de edifícios com estruturas e componentes de madeira também é feita por dendrocronologia; dendroarqueologia é o termo para a aplicação da dendrocronologia na arqueologia. Embora os arqueólogos possam datar a madeira e quando ela foi derrubada, pode ser difícil determinar definitivamente a idade de um edifício ou estrutura em que a madeira foi usada; a madeira pode ter sido reutilizada de uma estrutura mais antiga, pode ter sido derrubada e deixada por muitos anos antes do uso, ou pode ter sido usada para substituir um pedaço de madeira danificado. A datação da construção via dendrocronologia requer, portanto, o conhecimento da história da tecnologia da construção. Muitas formas pré-históricas de edifícios usavam "postes" que eram troncos de árvores jovens inteiros; onde a parte inferior do poste sobreviveu no chão, eles podem ser especialmente úteis para namoro.

Exemplos:

  • O Post Track e Sweet Track , calçadões ou trilhas de madeira , nos níveis de Somerset , na Inglaterra , foram datados de 3838 aC e 3807 aC.
  • Navan Fort onde na Irlanda pré -histórica foi construída uma grande estrutura com mais de duzentos postes. O posto de carvalho central foi derrubado em 95 aC.
  • A Casa Fairbanks em Dedham, Massachusetts. Embora a casa tenha sido alegada há muito tempo como tendo sido construída por volta de 1640 (e sendo a mais antiga casa com estrutura de madeira da América do Norte), amostras de madeira retiradas de uma viga de verão confirmaram que a madeira era de um carvalho derrubado em 1637-8, como a madeira não era temperada antes do uso na construção naquela época na Nova Inglaterra . Uma amostra adicional de outra viga forneceu uma data de 1641, confirmando assim que a casa havia sido construída a partir de 1638 e terminada algum tempo depois de 1641.
  • A câmara funerária de Gorm, o Velho , que morreu c. 958, foi construído a partir de madeira de madeira derrubada em 958.
  • Veliky Novgorod , onde, entre os séculos X e XV, várias camadas consecutivas de pavimento de madeira foram colocadas sobre a sujeira acumulada.

Plataformas de medição, software e formatos de dados

Existem muitos formatos de arquivo diferentes usados ​​para armazenar dados de largura do anel de árvore. Esforço de padronização foi feito com o desenvolvimento do TRiDaS. O desenvolvimento posterior levou ao software de banco de dados Tellervo, que é baseado no novo formato padrão, sendo capaz de importar muitos formatos de dados diferentes. O aplicativo de desktop pode ser conectado a dispositivos de medição e funciona com o servidor de banco de dados instalado separadamente.

Cronologias relacionadas

Herbcronologia é a análise de anéis de crescimento anual (ou simplesmente anéis anuais) no xilema de raízes secundárias de plantas herbáceas perenes . Padrões sazonais semelhantes também ocorrem em núcleos de gelo e em varves (camadas de deposição de sedimentos em um lago, rio ou fundo do mar). O padrão de deposição no núcleo varia para um lago congelado versus um lago sem gelo, e com a finura do sedimento. Esclerocronologia é o estudo dos depósitos de algas .

Alguns cactos colunares também exibem padrões sazonais semelhantes nos isótopos de carbono e oxigênio em suas espinhas ( acantocronologia ). Estes são usados ​​para datar de maneira semelhante à dendrocronologia, e tais técnicas são usadas em combinação com a dendrocronologia, para preencher lacunas e estender o alcance dos dados sazonais disponíveis para arqueólogos e paleoclimatologistas .

Uma técnica semelhante é usada para estimar a idade dos estoques de peixes através da análise de anéis de crescimento nos ossos otólitos .

Veja também

Referências

links externos