Dendrocronología

Perforación para muestreo de dendrocronología y anillo de crecimiento contando

Los anillos de crecimiento de un árbol en Bristol Zoo, Inglaterra. Cada anillo representa un año; los anillos externos, cerca de la corteza, son los más jóvenes

La dendrocronología (o datación de los anillos de los árboles) es el método científico para datar los anillos de los árboles (también llamados anillos de crecimiento) hasta el año exacto en que se formaron. Además de datarlos, esto puede dar datos para la dendroclimatología, el estudio del clima y las condiciones atmosféricas durante diferentes períodos de la historia de la madera. La dendrocronología se deriva del griego antiguo dendron (δένδρον), que significa "árbol", khronos (χρόνος), que significa "tiempo", y -logia (-λογία), "el estudio de".

La dendrocronología es útil para determinar la edad precisa de las muestras, especialmente aquellas que son demasiado recientes para la datación por radiocarbono, que siempre produce un rango en lugar de una fecha exacta. Sin embargo, para una fecha precisa de la muerte del árbol se necesita una muestra completa hasta el borde, que la mayoría de la madera podada no proporciona. También brinda datos sobre el momento de los eventos y las tasas de cambio en el medio ambiente (principalmente el clima) y también en la madera encontrada en arqueología u obras de arte y arquitectura, como pinturas de paneles antiguos. También se utiliza como control en la datación por radiocarbono para calibrar las edades por radiocarbono.

El nuevo crecimiento de los árboles se produce en una capa de células cerca de la corteza. La tasa de crecimiento de un árbol cambia según un patrón predecible a lo largo del año en respuesta a los cambios climáticos estacionales, lo que da como resultado anillos de crecimiento visibles. Cada anillo marca un ciclo completo de estaciones, o un año, en la vida del árbol. A partir de 2020, los datos de anillos de árboles con fecha segura para el hemisferio norte están disponibles desde hace 13,910 años. Un nuevo método se basa en medir las variaciones de los isótopos de oxígeno en cada anillo, y esta 'dendrocronología de isótopos' puede producir resultados en muestras que no son adecuadas para la dendrocronología tradicional debido a que tienen muy pocos anillos o son muy similares.

Historia

El botánico griego Teofrasto (c. 371 - c. 287 a. C.) mencionó por primera vez que la madera de los árboles tiene anillos. En su Trattato della Pittura (Tratado sobre pintura), Leonardo da Vinci (1452-1519) fue la primera persona en mencionar que los árboles forman anillos anualmente y que su grosor está determinado por las condiciones en las que crecieron.. En 1737, los investigadores franceses Henri-Louis Duhamel du Monceau y Georges-Louis Leclerc de Buffon examinaron el efecto de las condiciones de crecimiento en la forma de los anillos de los árboles. Descubrieron que en 1709, un invierno severo produjo un anillo de árbol claramente oscuro, que sirvió como referencia para los naturalistas europeos posteriores. En los EE. UU., Alexander Catlin Twining (1801–1884) sugirió en 1833 que los patrones entre los anillos de los árboles podrían usarse para sincronizar las dendrocronologías de varios árboles y, por lo tanto, reconstruir climas pasados en regiones enteras. El erudito inglés Charles Babbage propuso usar la dendrocronología para datar los restos de árboles en turberas o incluso en estratos geológicos (1835, 1838).

Durante la segunda mitad del siglo XIX, comenzó el estudio científico de los anillos de los árboles y la aplicación de la dendrocronología. En 1859, el germano-estadounidense Jacob Kuechler (1823–1893) utilizó la datación cruzada para examinar los robles (Quercus stellata) con el fin de estudiar el registro del clima en el oeste de Texas. En 1866, el botánico, entomólogo y guardabosques alemán Julius Theodor Christian Ratzeburg (1801–1871) observó los efectos de la defoliación causada por las infestaciones de insectos en los anillos de los árboles. En 1882, esta observación ya aparecía en los libros de texto de silvicultura. En la década de 1870, el astrónomo holandés Jacobus Kapteyn (1851–1922) estaba usando dataciones cruzadas para reconstruir los climas de los Países Bajos y Alemania. En 1881, el guardabosques suizo-austríaco Arthur von Seckendorff-Gudent (1845–1886) estaba utilizando la datación cruzada. De 1869 a 1901, Robert Hartig (1839–1901), profesor alemán de patología forestal, escribió una serie de artículos sobre la anatomía y ecología de los anillos de los árboles. En 1892, el físico ruso Fedor Nikiforovich Shvedov (Фёдор Никифорович Шведов; 1841–1905) escribió que había usado patrones encontrados en los anillos de los árboles para predecir sequías en 1882 y 1891.

Durante la primera mitad del siglo XX, el astrónomo A. E. Douglass fundó el Laboratorio de Investigación de Anillos de Árboles en la Universidad de Arizona. Douglass buscó comprender mejor los ciclos de la actividad de las manchas solares y razonó que los cambios en la actividad solar afectarían los patrones climáticos en la tierra, que posteriormente serían registrados por los patrones de crecimiento de los anillos de los árboles (es decir,, manchas solares → clima → anillos de los árboles).

Métodos

Anillos de crecimiento

Diagrama de crecimiento secundario en un árbol que muestra secciones verticales y horizontales idealizadas. Una nueva capa de madera se añade en cada época en crecimiento, engrosando el tallo, ramas existentes y raíces, para formar un anillo de crecimiento.

Las secciones transversales horizontales cortadas a través del tronco de un árbol pueden revelar anillos de crecimiento, también conocidos como anillos de árboles o anillos anuales. Los anillos de crecimiento son el resultado de un nuevo crecimiento en el cambium vascular, una capa de células cerca de la corteza que los botánicos clasifican como un meristemo lateral; este crecimiento en diámetro se conoce como crecimiento secundario. Los anillos visibles resultan del cambio en la velocidad de crecimiento a través de las estaciones del año; por lo tanto, fundamental para el método del título, un anillo generalmente marca el paso de un año en la vida del árbol. La eliminación de la corteza del árbol en un área particular puede causar la deformación de los anillos a medida que la planta crece demasiado sobre la cicatriz.

Los anillos son más visibles en árboles que han crecido en zonas templadas, donde las estaciones difieren más marcadamente. La parte interna de un anillo de crecimiento se forma al comienzo de la temporada de crecimiento, cuando el crecimiento es relativamente rápido (por lo tanto, la madera es menos densa) y se conoce como "madera temprana" (o "madera de primavera", o "madera de primavera tardía"); la parte exterior es la "madera tardía" (a veces denominada "madera de verano", a menudo se produce en verano, aunque a veces en otoño) y es más densa.

Pinus taeda sección transversal que muestra anillos anuales, Cheraw, Carolina del Sur

Muchos árboles en zonas templadas producen un anillo de crecimiento cada año, con el más nuevo junto a la corteza. Por lo tanto, durante todo el período de vida de un árbol, se acumula un registro o patrón de anillos año por año que refleja la edad del árbol y las condiciones climáticas en las que creció. La humedad adecuada y una temporada de crecimiento larga dan como resultado un anillo ancho, mientras que un año de sequía puede dar como resultado uno muy estrecho.

La lectura directa de cronologías de anillos de árboles es una ciencia compleja, por varias razones. En primer lugar, contrariamente al paradigma de un solo anillo por año, la alternancia de condiciones malas y favorables, como las sequías de mediados de verano, puede dar lugar a la formación de varios anillos en un año determinado. Además, determinadas especies de árboles pueden presentar "anillos faltantes", y esto influye en la selección de árboles para el estudio de períodos prolongados. Por ejemplo, los anillos faltantes son raros en robles y olmos.

Algo fundamental para la ciencia, los árboles de la misma región tienden a desarrollar los mismos patrones de anchos de anillos durante un período determinado de estudio cronológico. Los investigadores pueden comparar y unir estos patrones anillo por anillo con patrones de árboles que han crecido al mismo tiempo en la misma zona geográfica (y por lo tanto bajo condiciones climáticas similares). Cuando uno puede hacer coincidir estos patrones de anillos de árboles en árboles sucesivos en el mismo lugar, de manera superpuesta, se pueden construir cronologías, tanto para regiones geográficas completas como para subregiones. Además, la madera de estructuras antiguas con cronologías conocidas se puede comparar con los datos de los anillos de los árboles (una técnica llamada datación cruzada) y, por lo tanto, se puede determinar con precisión la edad de la madera. Los dendrocronólogos originalmente realizaban dataciones cruzadas mediante inspección visual; más recientemente, han aprovechado las computadoras para realizar la tarea, aplicando técnicas estadísticas para evaluar la coincidencia. Para eliminar las variaciones individuales en el crecimiento de los anillos de los árboles, los dendrocronólogos toman el promedio suavizado de los anchos de los anillos de los árboles de múltiples muestras de árboles para construir un historial de anillos, un proceso denominado replicación. Una historia de anillos de árboles cuyas fechas de inicio y finalización no se conocen se denomina cronología flotante. Puede anclarse comparando una sección con otra cronología (historia de los anillos de los árboles) cuyas fechas se conocen.

Una cronología totalmente anclada y cruzada para el roble y el pino en Europa central se remonta a 12 460 años, y una cronología del roble se remonta a 7429 años en Irlanda y 6939 años en Inglaterra. La comparación de las edades de radiocarbono y dendrocronológicas apoya la consistencia de estas dos secuencias dendrocronológicas independientes. Existe otra cronología totalmente anclada que se remonta a 8.500 años para el pino bristlecone en el suroeste de los EE. UU. (Montañas Blancas de California).

Ecuación dendrocronológica

Forma típica de la función del ancho del anillo de madera de acuerdo con la ecuación dendrocronológica

Forma típica de la función del anillo de madera (de acuerdo con la ecuación dendrocronológica) con un aumento de la anchura del anillo de madera en la etapa inicial

La ecuación dendrocronológica define la ley de crecimiento de los anillos de los árboles. La ecuación fue propuesta por el biofísico ruso Alexandr N. Tetearing en su obra "Teoría de las poblaciones" en la forma:

Δ Δ L()t)=1kv*** *** 13d()M13()t))dt,{displaystyle Delta L(t)={frac {1}{k_{v},rho ^{frac} {1}{3}}},{frac {dleft(M^{frac {1}{3}(t)right)} {dt}}}}}} {dt}}

donde ΔL es el ancho del anillo anual, t es el tiempo (en años), ρ es la densidad de la madera, k_v es un coeficiente, M(t) es función del crecimiento masivo del árbol.

Ignorando las oscilaciones sinusoidales naturales en la masa de los árboles, la fórmula para los cambios en el ancho anual del anillo es:

Δ Δ L()t)=− − c1e− − a1t+c2e− − a2t3kv*** *** 13()c4+c1e− − a1t+c2e− − a2t)23{displaystyle Delta L(t)=-{frac {c_{1}e^{-a_{1}t}+c_{2}e^{-a_{2}t}{3k_{v}rho {1}{3}left (c_{4}+c_{1}e^{-a_{1}t}+c_{2}e^{-a_{2}t}right) {2}{3}}}}} {}}} {}}}}} {}}}} {}}}}}} {}}} {}}}}} {}}}} {}}}}}} {}}}} {}}}}} {}}}}}}}}}} {}}}}}} {}}}}}}} {}}}}}}} {}}}}}}}}}}}}}} {}}}}}}}}}}}}}}}}}}} {}}}}}}}}}}}}}} {}}}}}}}}}}}}}}}}}}}} {}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}} {}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}} {}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}

donde c₁, c₂ y c ₄ son algunos coeficientes, a₁ y a₂ son constantes positivas.

La fórmula es útil para la aproximación correcta de los datos de muestras antes del procedimiento de normalización de datos. Las formas típicas de la función ΔL(t) de crecimiento anual del anillo de madera se muestran en las figuras.

Muestreo y datación

La dendrocronología permite fechar con precisión especímenes de material vivo en un año específico. Las fechas a menudo se representan como años calendario estimados B.P., antes del presente, donde "present" se refiere al 1 de enero de 1950.

Se toman muestras de núcleos de madera y se utilizan para medir el ancho de los anillos de crecimiento anual; al tomar muestras de diferentes sitios dentro de una región en particular, los investigadores pueden construir una secuencia histórica integral. Las técnicas de dendrocronología son más consistentes en áreas donde los árboles crecieron en condiciones marginales tales como aridez o semi-aridez donde el crecimiento de los anillos es más sensible al ambiente, que en áreas húmedas donde el crecimiento de los anillos de los árboles es más uniforme (complaciente). Además, algunos géneros de árboles son más adecuados que otros para este tipo de análisis. Por ejemplo, el pino bristlecone es excepcionalmente longevo y de crecimiento lento, y se ha utilizado ampliamente para cronologías; Los especímenes vivos y muertos de esta especie proporcionan patrones de anillos de árboles que se remontan a miles de años, en algunas regiones a más de 10.000 años. Actualmente, el lapso máximo para una cronología totalmente anclada es un poco más de 11.000 años B.P.

IntCal20 es la "Curva de calibración de edad de radiocarbono" de 2020, que proporciona una secuencia fechada de carbono 14 calibrada que se remonta a 55.000 años. La parte más reciente, que se remonta a 13.900 años, se basa en los anillos de los árboles.

Secuencias de referencia

Las cronologías europeas derivadas de estructuras de madera encontraron inicialmente difícil cerrar la brecha en el siglo XIV cuando hubo una pausa en la construcción, que coincidió con la Peste Negra. Sin embargo, existen cronologías ininterrumpidas que se remontan a tiempos prehistóricos, por ejemplo, la cronología danesa que data del 352 a.

Dada una muestra de madera, la variación del crecimiento de los anillos de los árboles no solo proporciona una coincidencia por año, sino que también puede coincidir con la ubicación porque el clima varía de un lugar a otro. Esto hace posible determinar el origen de los barcos, así como de artefactos más pequeños hechos de madera, pero que fueron transportados largas distancias, como paneles para pinturas y vigas de barcos.

Tormentas solares

Las tormentas solares de fecha conocida, como las de 774-775 y 993-994, pueden proporcionar un punto de referencia fijo en una secuencia desconocida, ya que provocan un aumento en el carbono 14 en los anillos de los árboles para ese año en todo el mundo.. Por ejemplo, las casas de madera en el sitio vikingo de L'Anse aux Meadows en Terranova se fecharon al encontrar la capa con la punta 993, que mostró que la madera proviene de un árbol talado en 1021.

Aplicaciones

Calibración de datación por radiocarbono

Las fechas de la dendrocronología se pueden utilizar como calibración y comprobación de la datación por radiocarbono. Esto se puede hacer comparando fechas de radiocarbono con secuencias maestras largas, con pinos cónicos de cerdas de California en Arizona que se utilizan para desarrollar este método de calibración como la longevidad de los árboles (hasta c.4900 años) además del uso de árboles muertos. Las muestras significaron que se podría desarrollar una secuencia de anillos de árboles larga e ininterrumpida (que se remonta a c.6700 a. C.). También se pueden utilizar estudios adicionales de robles europeos, como la secuencia maestra en Alemania que data de c.8500 aC, para respaldar y calibrar aún más las fechas de radiocarbono.

Climatología

La dendroclimatología es la ciencia que determina los climas pasados de los árboles principalmente a partir de las propiedades de los anillos anuales de los árboles. Se ha demostrado que otras propiedades de los anillos anuales, como la densidad máxima de madera tardía (MXD), son mejores indicadores que el ancho simple del anillo. Usando los anillos de los árboles, los científicos han estimado muchos climas locales durante cientos o miles de años antes.

Historia del arte

La dendrocronología se ha vuelto importante para los historiadores del arte en la datación de las pinturas sobre paneles. Sin embargo, a diferencia del análisis de muestras de edificios, que generalmente se envían a un laboratorio, los soportes de madera para pinturas generalmente deben medirse en el departamento de conservación de un museo, lo que impone limitaciones en las técnicas que se pueden utilizar.

Además de la datación, la dendrocronología también puede proporcionar información sobre la fuente del panel. Muchas pinturas de los primeros Países Bajos han resultado estar pintadas en paneles de "roble báltico" enviado desde la región del Vístula a través de los puertos de la Liga Hanseática. Los paneles de roble se utilizaron en varios países del norte, como Inglaterra, Francia y Alemania. Los pintores holandeses rara vez utilizaron soportes de madera que no fueran de roble.

Un retrato de María Reina de Escocia, determinada hasta la fecha del siglo XVI por dendrocronología

Dado que se usaron paneles de madera curada, se debe permitir un número incierto de años para la cura al estimar las fechas. Los paneles se recortaron de los anillos exteriores y, a menudo, cada panel solo usa una pequeña parte del radio del tronco. En consecuencia, los estudios de datación suelen dar como resultado un "terminus post quem" (lo más pronto posible) y una fecha tentativa para la llegada de un panel en bruto curado usando suposiciones en cuanto a estos factores. Como resultado del establecimiento de numerosas secuencias, fue posible datar del 85 al 90% de las 250 pinturas de los siglos XIV al XVII analizadas entre 1971 y 1982; ahora se ha analizado un número mucho mayor.

Se creía que un retrato de María, reina de Escocia en la National Portrait Gallery de Londres era una copia del siglo XVIII. Sin embargo, la dendrocronología reveló que la madera databa de la segunda mitad del siglo XVI. Ahora se considera una pintura original del siglo XVI de un artista desconocido.

Por otro lado, la dendrocronología se aplicó a cuatro pinturas que mostraban el mismo tema, el de Cristo expulsando a los prestamistas del Templo. Los resultados mostraron que la edad de la madera era demasiado tardía para que ninguno de ellos hubiera sido pintado por Hieronymus Bosch.

Aunque la dendrocronología se ha convertido en una herramienta importante para fechar paneles de roble, no es eficaz para fechar los paneles de álamo que los pintores italianos suelen utilizar debido a los anillos de crecimiento erráticos del álamo.

El siglo XVI vio un reemplazo gradual de los paneles de madera por lienzos como soporte para las pinturas, lo que significa que la técnica es menos aplicable a las pinturas posteriores. Además, muchas pinturas sobre tabla fueron transferidas a lienzos u otros soportes durante los siglos XIX y XX.

Arqueología

La datación de edificios con estructuras y componentes de madera también se realiza por dendrocronología; dendroarqueología es el término para la aplicación de la dendrocronología en arqueología. Si bien los arqueólogos pueden fechar la madera y cuándo fue talada, puede ser difícil determinar definitivamente la edad de un edificio o estructura en la que se utilizó la madera; la madera podría haber sido reutilizada de una estructura más antigua, puede haber sido talada y dejada durante muchos años antes de su uso, o podría haber sido utilizada para reemplazar una pieza de madera dañada. La datación de la construcción a través de la dendrocronología requiere, por lo tanto, el conocimiento de la historia de la tecnología de la construcción. Muchas formas prehistóricas de edificios usaban "postes" que eran troncos enteros de árboles jóvenes; donde la parte inferior de la publicación ha sobrevivido en el suelo, estos pueden ser especialmente útiles para la datación.

Ejemplos:

• El Post Track y Sweet Track, antiguas vías de madera en los niveles de Somerset, Inglaterra, han sido fechadas a 3838 BC y 3807 BC.
• Navan Fort donde en Irlanda Prehistórica se construyó una gran estructura con más de doscientos puestos. El puesto central de roble cayó en 95 A.C.
• La casa Fairbanks en Dedham, Massachusetts. Mientras que la casa se había declarado desde hace mucho tiempo que se había construido alrededor de 1640 (y siendo la casa más antigua de madera en América del Norte), las muestras centrales de madera tomadas de una viga de verano confirmaron que la madera era de un roble cayó en 1637-8, ya que la madera no fue sazonada antes de ser utilizada en la construcción en ese momento en Nueva Inglaterra. Una muestra adicional de otra viga produjo una fecha de 1641, confirmando así que la casa había sido construida a partir de 1638 y terminada algún día después de 1641.
• La cámara de entierro de Gorm el Viejo, que murió c. 958, fue construida a partir de madera de madera cayó en 958.
• Veliky Novgorod, donde, entre el décimo y el siglo XV, se han colocado numerosas capas consecutivas de pavimento de madera sobre la suciedad acumulable.

Plataformas de medición, software y formatos de datos

Hay muchos formatos de archivo diferentes que se utilizan para almacenar datos de ancho de anillos de árboles. Se hizo un esfuerzo por la estandarización con el desarrollo de TRiDaS. El desarrollo posterior condujo al software de base de datos Tellervo, que se basa en el nuevo formato estándar y puede importar muchos formatos de datos diferentes. La aplicación de escritorio se puede conectar a dispositivos de medición y funciona con el servidor de base de datos que se instala por separado.

Cronologías relacionadas

Herbchronology es el análisis de los anillos de crecimiento anual (o simplemente anillos anuales) en el xilema de la raíz secundaria de las plantas herbáceas perennes. También se producen patrones estacionales similares en los núcleos de hielo y en las varvas (capas de deposición de sedimentos en un lago, río o lecho marino). El patrón de deposición en el núcleo variará para un lago congelado frente a un lago sin hielo, y con la finura del sedimento. La esclerocronología es el estudio de los depósitos de algas.

Algunos cactus columnares también exhiben patrones estacionales similares en los isótopos de carbono y oxígeno en sus espinas (acantocronología). Estos se utilizan para la datación de una manera similar a la dendrocronología, y dichas técnicas se utilizan en combinación con la dendrocronología, para llenar vacíos y ampliar el rango de los datos estacionales disponibles para los arqueólogos y paleoclimatólogos.

Se utiliza una técnica similar para estimar la edad de las poblaciones de peces mediante el análisis de los anillos de crecimiento en los huesos de los otolitos.