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Andrew E. Douglas (links), der Begründer der Wissenschaft der Dendrochronologie, untersucht 1946 mit einem Kollegen einen Abschnitt eines Mammutbaums. Mit freundlicher Genehmigung des LTRR

Eine kurze Geschichte

In den späten 1800er und frühen 1900er Jahren gründete Andrew. E. Douglass begründete die Wissenschaft der Dendrochronologie – die Technik der Datierung von Ereignissen, Umweltveränderungen und archäologischen Artefakten anhand der charakteristischen Muster der Jahresringe in Holz und Baumstämmen. Als junger Astronom, der am Lowell Observatory in Arizona arbeitete, interessierte sich Douglass besonders für die Sonne, insbesondere für das zyklische Verhalten von Sonnenflecken und den Einfluss der Sonne auf das Wetter. Er begann, die Jahresringe von Bäumen zu untersuchen, und stellte einen Zusammenhang zwischen der Größe der Jahresringe und Klimafaktoren wie Feuchtigkeit und Höhenlage fest. Er zeichnete die Breite der Jahresringe auf und erstellte die ersten Chronologien, um zu zeigen, wie Bäume Klimaveränderungen im Laufe der Zeit aufzeichnen. Er stellte fest, dass die Bäume in der gesamten Region ähnlich reagierten, und erfand eine Technik, die sich als grundlegendes Instrument für Baumringstudien erweisen sollte: die Kreuzdatierung – eine Technik, die sicherstellt, dass jedem einzelnen Baumring sein genaues Entstehungsjahr zugeordnet wird, indem die Muster der breiten und schmalen Ringe zwischen Kernen desselben Baumes und zwischen Bäumen von verschiedenen Standorten abgeglichen werden oder indem die Muster der Baumringe von einem Baum zum anderen abgeglichen werden. Auf diese Weise konnten die Wissenschaftler für jeden Ring ein genaues Kalenderdatum angeben. Heute wird die Jahrringanalyse nicht nur zur Bestimmung des Klimas in der Vergangenheit verwendet, sondern auch zur Datierung von Kunstwerken (Holzrahmen), Geigen und anderen Holzinstrumenten sowie Gebäuden.

Um den Prozess der Kreuzdatierung in Aktion zu sehen, sehen Sie sich historisches Filmmaterial von A.E. Douglas bei der Arbeit an.

Baumring-Grundlagen

Bäume bilden in der Regel einen Ring pro Jahr. Sie beginnen im Frühjahr zu wachsen (die Zellen haben eine helle Farbe, das so genannte Frühholz ist der helle Teil eines Jahresringes, der im Frühjahr entsteht), und wenn die Vegetationsperiode im Herbst zu Ende geht, verdicken sich die Zellwände (das dunkle Band oder Spätholz ist der dunklere Teil eines Jahresringes, der im Sommer entsteht) und hören schließlich im Winter auf zu wachsen, so dass ein sehr deutlicher Ring entsteht. Das Ringmuster, das sich während der gesamten Lebensdauer des Baumes bildet, gibt Aufschluss über die klimatischen Bedingungen, unter denen der Baum gewachsen ist. Reichlich Feuchtigkeit und eine lange Wachstumsphase führen zu einem breiten Ring. Ein trockenes Jahr kann zu einem sehr schmalen Ring führen (siehe Abbildung). An Standorten, an denen Bäume empfindlicher auf die Temperatur reagieren (z. B. in großer Höhe auf einem Berggipfel oder in den borealen Wäldern des Nordens oder in den Wäldern Nordalaskas und Kanadas), weist ein breiter Ring auf ein warmes Jahr und ein schmaler Ring auf ein kaltes Jahr hin.

In dieser Aktivität lernst du, wie Baumringforschung betrieben wird. Wohin reisen Baumringforscher, um geeignete Bäume zu finden? Welche Werkzeuge werden verwendet? Welche Techniken kann man anwenden, um Baumkernproben vorzubereiten und zu analysieren, um die Natur des vergangenen Klimas zu enthüllen?

Anweisungen

1. Klimaempfindliche Bäume finden

Die Durchführung von Baumringforschung ist nicht so einfach, wie es auf den ersten Blick erscheinen mag. Die große Mehrheit der Bäume, die wir auf Wanderungen oder beim Autofahren sehen, haben über lange Zeiträume keine guten Klimaaufzeichnungen gemacht. Dendrochronologen müssen nach langlebigen Bäumen suchen, die in ziemlich rauen Umgebungen wachsen, die sie sehr empfindlich gegenüber den Umgebungsbedingungen machen, wo ihr Wachstum langsam ist – so langsam, dass viele Jahre in ihrer Lebenszeit aufgezeichnet werden. Ein solcher Baum ist die Borstenkiefer, die in Arizona, Colorado, New Mexico, Utah, Nevada und Ostkalifornien wächst, manchmal unter sehr kalten und trockenen Bedingungen. Das älteste bekannte Exemplar trägt den Namen Methuselah und ist 4.765 Jahre alt! In Teil 2 dieses Praktikums werden Sie Gelegenheit haben, einen Standort für Borstenkiefern zu erforschen.

Welche Merkmale suchen Dendrochronologen bei Forschungsstandorten, die ihnen die besten Chancen bieten, vergangene klimatische Bedingungen zu rekonstruieren? Sieh dir das folgende Video an und beantworte die Fragen von Stop and Think.

2. Bohrungen in Bäumen

Nun wollen wir lernen, wie man Baumkerne von einem Baum gewinnt. Oft wird gefragt, ob es dem Baum schadet, wenn man ihn anbohrt, um eine Holzprobe zu entnehmen. Die Kernproben, die Wissenschaftler aus Bäumen entnehmen, sind recht klein (weniger als der Durchmesser eines Bleistifts) und für den Baum nicht schädlich. Der Baum heilt sich recht schnell selbst, ähnlich wie bei der Entfernung einer Tülle nach dem Anzapfen eines Baumes zur Gewinnung von Ahornsirup. Wenn es um eine bestimmte Baumgruppe geht, können Wissenschaftler ihre Bohrer in Alkohol tauchen, um sicherzustellen, dass sie keine Krankheiten von Baum zu Baum übertragen. Wenn Forstverwalter um einen bestimmten Wald besorgt sind, können sie Wissenschaftlern die Erlaubnis zum Entkernen von Bäumen verweigern, wenn sie eine Genehmigung beantragen.

Schauen Sie sich an, wie die Dendrochronologin Nicole Davi beschreibt, wie man einen Baum entkernt.

WATCH: Nicole Davi entkernt einen Tulpenbaum mit Assistent Augie. Credit: Jacob Tanenbaum (MP4 Video 268.2MB Mar28 16)

3. Verarbeitung der Kerne

Wissenschaftler sammeln Kernproben von zwanzig oder mehr Bäumen an jedem ihrer Standorte. Diese Proben müssen sorgfältig aufbewahrt und zur Analyse in ein Labor gebracht werden. Die aus einem Baum entnommenen Kerne müssen in einen speziellen Holzhalter oder eine Kernhalterung eingespannt und dann fein geschliffen werden, um das Ringmuster deutlich hervorzuheben.

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Baumkerne aus Weißfichten in Alaska. Diese Kerne wurden in hölzerne Kernhalterungen eingelegt und fein geschliffen, so dass die Zelldetails unter dem Mikroskop sichtbar sind. Jeder Ring steht für ein Wachstumsjahr. Die breiten Ringe weisen auf gute Wachstumsbedingungen hin (in diesem Fall wärmere Sommer).

Die Baumringmuster werden dann mit verschiedenen wissenschaftlichen Instrumenten untersucht. Die Schaltflächen unten führen Sie zum Baumringlabor des Lamont-Doherty Earth Observatory in Palisades, New York. Diese Bilder sind 360°, so dass Sie sich umsehen und hinein- und herauszoomen können. Zoomen Sie sowohl in den Hauptarbeitsbereich als auch in den Kernraum, damit Sie sehen können, was auf den Tischen und an den Wänden steht.

Baumringlabor

Baumringlabor Kernraum