Dendrocronologia




A dendrocronologia (ou datação por anéis de árvores ) é o método científico de datar anéis de árvores (também chamados anéis de crescimento) até 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 é útil para determinar a idade precisa das amostras, especialmente aquelas que são muito recentes para a datação por radiocarbono , que sempre produz um intervalo em vez de uma data exata, para ser muito preciso. No entanto, para uma data precisa da morte da árvore, é necessária uma amostra completa para a borda, que a madeira mais aparada não fornecerá. Também fornece dados sobre o momento dos eventos e as taxas de mudança no ambiente (principalmente o clima) e também sobre a madeira encontrada em arqueologia ou obras de arte e arquitetura, como pinturas de painéis antigos . Ele também é usado como verificação de datação por radiocarbono para calibrar as idades de 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 a 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 2013 , as mais antigas medições de anéis de árvores no Hemisfério Norte são uma sequência flutuante que se estende de cerca de 12.580 a 13.900 anos. A dendrocronologia deriva do grego : δένδρον ( dendron ), que significa "árvore", χρόνος ( Khronos ), que significa "tempo", e -λογία (-logia ), "o estudo de".

História 

O botânico grego Theophrastus (c. 371 - c. 287 aC) mencionou pela primeira vez que a madeira das árvores tem anéis.  Em seu Trattato della Pittura , 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 sob as quais cresceram.  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 de árvores.  Eles descobriram que em 1709, um inverno severoproduziu um anel de árvore distintamente escuro, que serviu de referência para os futuros naturalistas europeus. Nos EUA, Alexander Catlin Twining (1801–1884) sugeriu em 1833 que os padrões entre os anéis de 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, iniciou-se o estudo científico dos anéis de árvores e a aplicação da dendrocronologia. Em 1859, o germano-americano Jacob Kuechler (1823–1893) usou-se para examinar carvalhos ( Quercus stellata ) a fim de estudar o registro do clima no oeste do Texas.  Em 1866, o botânico alemão, entomologista e engenheiro florestal Julius Ratzeburg (1801–1871) observou os efeitos nos anéis de desfolha causados ​​por infestações de insetos. Em 1882, esta observação já estava aparecendo em livros de silvicultura.  Na década de 1870, o astrônomo holandês Jacobus C. Kapteyn(1851-1922) estava usando crossdating para reconstruir os climas da Holanda e da Alemanha. Em 1881, o guarda-florestal suíço-austríaco Arthur von Seckendorff -Gudent (1845–1886) estava usando crossdating. De 1869 a 1901, Robert Hartig (1839-1901), um professor alemão de patologia florestal, escreveu uma série de artigos sobre a anatomia e ecologia de anéis de árvores.  Em 1892, o físico russo Fedor Nikiforovich Shvedov (41дор Никифорович Шведов) (1841–1905) escreveu que ele havia usado padrões encontrados em anéis de árvores para prever as secas em 1882 e 1891.

Durante a primeira metade do século XX, o astrônomo AE Douglass fundou o Laboratório de Pesquisa de Anel de Árvore na Universidade do Arizona . Douglass procurou entender melhor os ciclos de atividade das manchas solares e argumentou que as mudanças na atividade solar afetariam os padrões climáticos da Terra, que seriam subsequentemente registrados por padrões de crescimento de anéis de árvores ( isto é , manchas solares → clima → anéis de árvores).

Anéis de crescimento 

Seções transversais horizontais cortadas no tronco de uma árvore podem revelar anéis de crescimento, também conhecidos como 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 um meristema lateral ; este crescimento em diâmetro é conhecido como crescimento secundário . Anéis visíveis resultam da mudança na velocidade de crescimento ao longo das estaçõesDo 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 área específica pode causar deformação dos anéis, pois a planta supera a cicatriz.

Os anéis são mais visíveis em árvores que cresceram em zonas temperadas , onde as estações diferem mais acentuadamente. A porção interior de se formar um anel de crescimento no início da época de crescimento, quando o crescimento é relativamente rápida (daí a madeira é menos densa) e é conhecido como "madeira cedo" (ou "de madeira de primavera" ou "madeira de fim de mola"  ); a parte externa é a "madeira tardia" (às vezes chamada de "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 da vida de uma árvore, um registro ano a ano ou padrão de anéis se acumula, refletindo 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 período muito estreito.


A leitura direta de cronologias de anéis de árvores é uma ciência complexa, por várias razões. Primeiro, ao contrário do paradigma de anel único por ano, a alternância de 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 de árvores podem apresentar "anéis ausentes", e isso influencia a seleção de árvores para o estudo de longos períodos de tempo. Por exemplo, anéis ausentes são raros em árvores de carvalho e olmo .

Críticos à ciência, as árvores da mesma região tendem a desenvolver os mesmos padrões de larguras de anéis para um dado período de estudo cronológico. Os pesquisadores podem comparar e combinar esses padrões anel-por-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 forma superposta, cronologias podem ser construídas - tanto para regiões geográficas inteiras quanto para sub-regiões. Além disso, madeira de estruturas antigas com cronologias conhecidas pode ser combinada com os dados do anel da árvore (uma técnica chamada cross-dating).), e a idade da madeira pode assim ser determinada com precisão. Os dendrocronologistas realizaram originalmente a datação cruzada por inspeção visual; mais recentemente, eles aproveitaram computadores para executar a tarefa, aplicando técnicas estatísticas para avaliar a correspondência. Para eliminar as variações individuais no crescimento do anel de árvore, os dendrocronologistas adotam a média suavizada das larguras dos anéis de árvores de várias amostras de árvores para construir um histórico de anéis , um processo denominado replicação. Um histórico de anéis de árvore cujas datas de início e de término não são conhecidas é chamado de cronologia flutuante . Ele pode ser ancorado pela correspondência cruzada de uma seção com outra cronologia (histórico de anéis de árvore) cujas datas são conhecidas.

Uma cronologia totalmente ancorada e cruzada para carvalho e pinheiro na Europa central remonta a 12.460 anos,  e uma cronologia de carvalho remonta 7.429 anos na Irlanda e 6.939 anos na Inglaterra.  A comparação das idades radiocarbônica e dendrocronológica suporta a consistência dessas duas seqüências dendrocronológicas independentes.  Outra cronologia completamente ancorada que remonta a 8500 anos existe para o pinheiro bristlecone no sudoeste dos EUA ( White Mountains of California)

Equação dendrocronológica 

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

{\ displaystyle \ Delta L (t) = {\ frac {1} {k} {v} \, \ rho ^ {\ tfrac {1} {3}}}} \, {\ frac {d {\ big (} M ^ {\ tfrac {1} {3}} (t) {\ big)}} {dt}},} {\ displaystyle \ Delta L (t) = {\ frac {1} {k} {v} \, \ rho ^ {\ tfrac {1} {3}}}} \, {\ frac {d {\ big (} M ^ {\ tfrac {1} {3}} (t) {\ big)}} {dt}},}

Onde {\ displaystyle \ Delta L} {\ displaystyle \ Delta L} é largura do anel anual, {\ displaystyle t} t é o tempo (em anos), {\ displaystyle \ rho} \ rho  é densidade de madeira, {\ displaystyle k_ {v}} {\ displaystyle k_ {v}} é algum coeficiente {\ displaystyle M (t)} {\ displaystyle M (t)} é função do crescimento em massa da árvore.

Com a negligência das oscilações sinusoidais naturais na massa das árvores, a fórmula das mudanças na largura anual do anel é:

{\ displaystyle \ Delta L (t) = - {\ dfrac {c_ {1} e ^ {- a_ {1} t} + c_ {2} e ^ {- a_ {2} t}} {3k_ {v} \ rho ^ {\ tfrac {1} {3}} (c_ {4} + c_ {1} e ^ {- a_ {1} t} + c_ {2} e ^ {- a_ {2} t}) ^ {\ tfrac {2} {3}}}} {\ displaystyle \ Delta L (t) = - {\ dfrac {c_ {1} e ^ {- a_ {1} t} + c_ {2} e ^ {- a_ {2} t}} {3k_ {v} \ rho ^ {\ tfrac {1} {3}} (c_ {4} + c_ {1} e ^ {- a_ {1} t} + c_ {2} e ^ {- a_ {2} t}) ^ {\ tfrac {2} {3}}}}

Lá {\ displaystyle c_ {1}} {\ displaystyle c_ {1}}, {\ displaystyle c_ {2}} c_ {2}e {\ displaystyle c_ {4}} {\ displaystyle c_ {4}} são alguns coeficientes, {\ displaystyle a_ {1}}  a_1  e {\ displaystyle a_ {2}}  a_2  são constantes positivas.

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

As formas típicas da função {\ displaystyle \ Delta L (t)} {\ displaystyle \ Delta L (t)} de crescimento anual do anel de madeira são mostrados nas figuras.

Amostragem e namoro 

A dendrocronologia disponibiliza amostras de material que viveu com precisão, datadas de um ano específico. As datas são frequentemente representadas como anos civis estimados BP , para antes do presente, onde "presente" refere-se a 1 de janeiro de 1950.

Amostras de madeira são amostradas e usadas para medir a largura dos anéis de crescimento anuais; Ao coletar 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 crescem em condições marginais como aridez ou semi-aridez onde o crescimento do anel é mais sensível ao meio ambiente, do que em áreas úmidas onde o crescimento do anel de árvore é mais uniforme (complacente). Além disso, alguns gêneros de árvores são mais adequados que outros para esse tipo de análise. Por exemplo, o pinho bristleconeé excepcionalmente de longa duração e de crescimento lento e tem sido amplamente utilizado em cronologias; espécimes ainda vivos e mortos desta espécie fornecem padrões de anéis de árvores que remontam a milhares de anos, em algumas regiões com mais de 10.000 anos. Atualmente, o período máximo para uma cronologia totalmente ancorada é de pouco mais de 11.000 anos.

Em 2004, uma nova curva de calibração de radiocarbono , INTCAL04, foi ratificada internacionalmente para fornecer datas calibradas de até 26.000 BP. Para o período de 12.400 BP, as datas de radiocarbono são calibradas contra datas dendrocronológicas.

A prática da dendrocronologia enfrenta muitos obstáculos, incluindo a existência de espécies de formigas que habitam as árvores e estendem suas galerias para a madeira, destruindo assim a estrutura do anel.

Sequências de referência 
Cronologias européias derivadas de estruturas de madeira inicialmente acharam difícil de preencher a lacuna no século 14 quando houve um hiato de construção, que coincidiu com a Peste Negra ,  entretanto existem cronologias ininterruptas que datam de tempos pré-históricos, por exemplo Cronologia dinamarquesa que remonta a 352 aC.

Dada uma amostra de madeira, a variação dos crescimentos dos anéis de árvores fornece não apenas uma correspondência por ano, mas também pode coincidir com a localização, porque o clima em um continente não é consistente. Isso permite determinar a origem dos navios, bem como artefatos menores feitos de madeira, mas que foram transportados por longas distâncias, como painéis para pinturas e madeiras de navios.

Aplicações 
Calibração de datação por radiocarbono 
Datas da dendrocronologia podem ser usadas como uma calibração e verificação da datação por radiocarbono

Climatologia 

A dendroclimatologia é a ciência que determina os climas passados das árvores, principalmente das propriedades dos anéis anuais das árvores. Outras propriedades dos anéis anuais, como a densidade máxima de madeira-tardia (MXD), demonstraram ser melhores proxies do que a largura simples do anel. Usando anéis de árvores, os cientistas estimaram muitos climas locais por centenas a milhares de anos antes.

História da arte 

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

Além do namoro, a dendrocronologia também pode fornecer informações sobre a origem do painel. Muitas das primeiras pinturas neerlandesas acabaram por ser pintadas em painéis de "carvalho Báltico" enviados da região do Vístula através de portos da Liga Hanseática . Painéis de carvalho foram usados ​​em vários países do norte, como Inglaterra, França e Alemanha. Suportes de madeira que não eram de carvalho raramente eram usados ​​por pintores neerlandeses.

Uma vez que painéis de madeira temperada foram usados, um número incerto de anos tem que ser permitido para o tempero ao estimar datas.  Os painéis foram aparados dos anéis externos e, muitas vezes, cada painel usa apenas uma pequena parte do raio do tronco. Conseqüentemente, estudos de datação geralmente resultam em uma data " terminus post quem " (o mais cedo possível), e uma data tentativa para a chegada real de um painel bruto experiente usando suposições a respeito desses fatores.  Como resultado do estabelecimento de numerosas seqüências, foi possível datar de 85% a 90% das 250 pinturas do século XIV ao século XVII analisadas entre 1971 e 1982;  até agora um número muito maior foi analisado.

Um retrato de Mary, rainha dos escoceses na National Portrait Gallery, Londres, acreditava-se ser 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, a de Cristo expulsando os emprestadores de dinheiro do Templo . Os resultados mostraram que a idade da madeira era muito tarde para qualquer um deles ter sido pintado por Hieronymus Bosch .

Embora a dendrocronologia tenha se tornado uma importante ferramenta para datar painéis de carvalho, ela não é eficaz na datação de painéis de álamo frequentemente usados ​​por pintores italianos por causa dos anéis erráticos de crescimento em álamo.

O século 16 viu uma substituição gradual de painéis de madeira por tela como o suporte para pinturas, o que significa que a técnica é menos aplicável a pinturas posteriores.  Além disso, muitos painéis foram transferidos para telas ou outros suportes durante os séculos XIX e XX.

Arqueologia 

A datação de prédios com estruturas e componentes de madeira também é feita pela dendrocronologia; dendroarchaeology é o termo para a aplicação da dendrocronologia na arqueologia. Enquanto os arqueólogos podem datar 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 poderia ter sido reutilizada de uma estrutura antiga, pode ter sido derrubada e deixada por muitos anos antes do uso, ou poderia ter sido usada para substituir um pedaço de madeira danificado. A datação do edifício via dendrocronologia, portanto, requer conhecimento da história da tecnologia de construção.  Muitas formas pré-históricas de construções usavam "postes" que eram troncos inteiros de árvores jovens; onde a parte inferior do poste sobreviveu no chão, isso pode ser especialmente útil para o namoro.

Exemplos:

Navan Fort, onde na Irlanda pré-histórica uma grande estrutura foi construída com mais de duzentos posts. O poste de carvalho central foi derrubado em 95 aC.
moradias de penhascos de nativos americanos no árido sudoeste dos EUA.
A casa de Fairbanks em Dedham, Massachusetts. Embora a casa tenha sido reivindicada por ter sido construída por volta de 1640 (e sendo a mais antiga casa 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. Uma amostra adicional de outro feixe rendeu uma data de 1641, confirmando assim que a casa tinha sido construída a partir de 1638 e terminada depois de 1641, já que a madeira não era temperada antes de ser usada na construção da Nova Inglaterra.
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 o 10º e o 15º século, numerosas camadas consecutivas de pavimento de madeira foram colocadas sobre a sujeira acumulada.

Cronologias Relacionadas 

Herbchronology é a análise de anéis anuais de crescimento (ou simplesmente anéis anuais) no xilema da raiz secundária de plantas herbáceas perenes . Padrões sazonais similares também ocorrem em núcleos de gelo e em varizes (camadas de deposição de sedimentos em um lago, rio ou fundo do mar). O padrão de deposição no núcleo irá variar 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 similares nos isótopos de carbono e oxigênio em suas espinhas ( acantocronologia ). Estes são usados ​​para datar de uma maneira similar à dendrocronologia, e tais técnicas são usadas em combinação com a dendrocronologia, para tapar lacunas e estender o alcance dos dados sazonais disponíveis aos 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 otológicos .

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