Рост деревьев привлекал научный интерес на протяжении тысячелетий. Ученик Аристотеля Феофраст заметил, что камни, вбитые в дерево, со временем стали "спрятаны", что указывает на то, что вблизи внешней стороны дерева образуется новое дерево. Говорят, что Леонардо да Винчи открыл для себя ежегодный характер колец деревьев, а также их связь с климатом. Дендрохронология широко использовалась в ряде научных областей за последние 100 лет, включая археологию, экологию и палеоклиматологию.
Деревянные кольца обеспечивали калибровку в процессе разработки радиоуглеродного датирования благодаря их способности регистрировать колебания углерода в атмосфере с высоким разрешением.
Доисторические артефакты датируются с годовой, а иногда и внутригодовой точностью с помощью дендрохронологии. Деревья могут быть уничтожены геоморфологическими процессами и/или посажены на недавно модифицированные поверхности, и поэтому время смерти/прорастания послужит временным индикатором резкого изменения ландшафта. Оставшиеся в живых деревья могут также записывать свидетельства этих событий в древесине, которую они образуют, и, установив абсолютную хронологию для каждого кольца дерева, можно назначить календарные даты для таких маркеров.
Принципы дендрохронологии
Деревья занимают около 30% поверхности суши Земли и встречаются на всех континентах, кроме Антарктиды. Распространение любого данного вида определяется условиями, в которых дерево может расти и размножаться, известными как экологическая амплитуда вида. Деревья можно разделить на две основные подгруппы: ангиосфермы (цветущие деревья, включающие широколистные, например, дубы и пепел) и гимнастические деревья (семена которых содержат все виды хвойных пород).
Ангиосфермы обычно требуют более высоких температур и общего количества осадков, чем гимнастические, но между ними существует значительное географическое перекрытие. В регионах, где особый сезонный климат заставляет растения периодически переходить в спящий режим, деревья имеют тенденцию к формированию ежегодных колец. На радиальный рост влияет целый ряд факторов, включая климат, почву, рельеф местности и конкуренцию за ресурсы с соседними деревьями.
Таким образом, рост отдельных особей, выращиваемых на одном и том же участке в аналогичных условиях, должен характеризоваться аналогичной изменчивостью темпов роста из года в год. Сравнивая и сопоставляя шаблоны ширины кольца между деревьями, можно установить дату каждого кольца в заданном наборе образцов. Деревья, растущие на краю экологической амплитуды вида, демонстрируют большую согласованность в межгодовом росте и, таким образом, обладают более высоким потенциалом дендрохронологического датирования. Самое внешнее кольцо в живом дереве представляет собой самый последний вегетационный период и со временем станет "якорем" для предыдущих моделей роста.
Отбор и обработка проб
Полевые методы
Материал, собранный для дендрохронологии, можно разделить на две основные категории: инкрементные жилы и сечения. Наименее разрушительным методом получения образцов древесных колец является отбор керна с помощью инкрементного сверла - инструмента, предназначенного для извлечения небольшого керна без нанесения значительного механического повреждения дерева.
В целом, отбор керна следует проводить под прямым углом на участке древесины, который не содержит искаженного роста. Сверло должно быть направлено на то, что считается ямой дерева, чтобы максимизировать количество колец, отобранных для анализа, и облегчить последующий анализ. Более одного сердечника обычно собирается из-за отсутствующих на месте колец и дополнительных "ложных" колец. В зависимости от цели исследования, кернинг вблизи видимых повреждений может быть целесообразным.
Поперечные сечения принимаются ручной пилой или бензопилой перпендикулярно стеблю, они обеспечивают информацию о кольцах деревьев по всему периметру роста. Если дерево не загнило в центре, сечения также гарантируют, что в образце присутствует полное количество колец (от коры до коры). Однако сбор поперечных сечений с живых деревьев означает уничтожение деревьев, и такая практика должна быть зарезервирована для упавших/погибших деревьев. Кроме того, объем и вес поперечных сечений могут стать проблемой при отборе проб в удаленных точках.
Подготовка проб и перекрестная датировка
После сбора образцы высушиваются воздухом перед установкой на деревянные платформы для обеспечения стабильности. Поверхность стержней готовится с помощью скальпеля или наждачной бумаги прогрессивно более тонкого сорта, пока не будет достигнута тонкая полировка. Использование строгального станка и ленточношлифовального станка может облегчить подготовку больших поперечных сечений. Для ископаемых материалов втирание порошкового мела в подготовленные поверхности может улучшить четкость границ кольца, а использование спирта также может помочь определить кольца в обожженных образцах.
Применение в геоморфологии
События оползней и камнепадов
Представление о том, что деревья могут регистрировать следы оползней и селевых потоков, восходит к концу 19 века. Такие события могут вызывать рубцы, а также создавать новые поверхности для посадки деревьев. Кроме того, массовые перемещения будут иметь прямое или косвенное влияние на темпы роста близлежащих деревьев.
Частичное захоронение, потеря конечностей или подрезание может привести к резкому сокращению роста, а наклон стволов может вызвать эксцентричный рост (приводящий к образованию реакционной древесины на опускающейся стороне хвойных пород и натяжение древесины на поднимающейся стороне широколиственных деревьев) на опускающейся/наклонной стороне дерева.
Деревья, оставленные невредимыми, выиграют от гибели соседних деревьев за счет снижения конкуренции за ресурсы, и их радиальная скорость роста будет возрастать. Деятельность, связанная с выпадением камней, может иметь аналогичные последствия, но в отличие от селевых потоков и оползней, во время которых большие массы материала оказывают равномерное воздействие на данный район, камнепады оказывают дискретное воздействие на ландшафт. Некоторые породы деревьев реагируют на механическое ранение усилением потока смолы в стебле.
Гляциология
Установление деревьев может быть использовано до настоящего времени в моренах и других ледниковых отложениях. Прорастающие деревья из близлежащих районов колонизируют поверхность, освобождающуюся от льда и способную поддерживать растительность. Таким образом, яма старейшего дерева на рельефе обеспечит минимальный возраст для последнего ледникового отступления в этом районе. Отбор проб в нескольких местах на ледниковом переднем поле может обеспечить скорость таяния льда с течением времени.
Тем не менее, необходимо учитывать временной лаг между ледниковым спадом и успешным созданием деревьев. Если аналогичные изменения произошли в периоды, для которых существуют спутниковые снимки или исторические фотографии, можно оценить интервал экесиса. Датировка отступания ледников с помощью колец деревьев часто выполняется в сочетании с лихенометрией для минимизации неопределенностей, связанных с обоими методами. Прогресс ледников также датирован дендрохронологией.
Сейсмология
Воздействие землетрясений на растительность многогранно. Деревья могут упасть и/или быть захоронены в результате быстрого осаждения или оползней, вызванных сейсмической активностью. Видимо, внезапная гибель деревьев вдоль Западного побережья Соединенных Штатов была связана с сильным землетрясением в Каскадии в 1700 г. н.э. В районах с большой оползневой активностью знакомства с древесными кольцами могут показывать синхронизм в пространстве и выделять события огромного масштаба.
Точность дендросейсмологии позволила приписать двум оползням в восточной Канаде землетрясение 1663 года. Резкие изменения темпов роста после землетрясения наблюдались в ряде исследований в различных лесных экосистемах. Экология и топографические условия обитания изучаемого вида важны, поскольку деревья могут иметь противоположные маршруты роста в ответ на одно и то же событие.
