La dendrocronología (o datación de anillos de árboles ) es el método científico para fechar los anillos de los árboles (también llamados anillos de crecimiento) con el año exacto en que se formaron en un árbol. Además de datarlos, esto puede proporcionar datos para la dendroclimatología , el estudio del clima y las condiciones atmosféricas durante diferentes períodos de la historia a partir de la madera de árboles viejos. La dendrocronología deriva del griego antiguo dendron ( δένδρον ), que significa "árbol", khronos ( χρόνος ), que significa "tiempo", y -logia ( -λογία ), "el estudio de". [1]
La dendrocronología es útil para determinar la edad precisa de muestras, especialmente aquellas que son demasiado recientes para la datación por radiocarbono , lo que siempre produce un rango en lugar de una fecha exacta. Sin embargo, para determinar la fecha exacta de la muerte del árbol se necesita una muestra completa hasta el borde, algo que la mayoría de las maderas podadas no proporcionan. También proporciona 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 sobre paneles antiguos . También se utiliza como control en la datación por radiocarbono para calibrar edades por radiocarbono . [2]
El nuevo crecimiento en los árboles ocurre en una capa de células cerca de la corteza. La tasa de crecimiento de un árbol cambia siguiendo 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. [2] A partir de 2020, se dispone de datos de anillos de árboles fechados de forma segura para el hemisferio norte que se remontan a 13.910 años atrás. [3] Un nuevo método se basa en medir las variaciones en los isótopos de oxígeno en cada anillo, y esta 'dendrocronología isotópica' puede producir resultados en muestras que no son adecuadas para la dendrocronología tradicional debido a que hay muy pocos anillos o demasiado similares. [4]
El botánico griego Teofrasto (c. 371 – c. 287 a. C.) mencionó por primera vez que la madera de los árboles tiene anillos. [5] [6] 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. [7] 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. [8] Descubrieron que en 1709, un invierno severo produjo un anillo de árbol claramente oscuro, que sirvió como referencia para los naturalistas europeos posteriores. [9] En Estados Unidos, Alexander Catlin Twining (1801–1884) sugirió en 1833 que los patrones entre los anillos de los árboles podrían usarse para sincronizar la dendrocronología de varios árboles y así reconstruir climas pasados en regiones enteras. [10] El erudito inglés Charles Babbage propuso utilizar la dendrocronología para datar restos de árboles en turberas o incluso en estratos geológicos (1835, 1838). [11]
Durante la segunda mitad del siglo XIX se inició el estudio científico de los anillos de los árboles y la aplicación de la dendrocronología. En 1859, el alemán-estadounidense Jacob Kuechler (1823-1893) utilizó dataciones cruzadas para examinar los robles ( Quercus stellata ) con el fin de estudiar el registro del clima en el oeste de Texas. [12] En 1866, el botánico, entomólogo y forestal alemán Julius Theodor Christian Ratzeburg (1801-1871) observó los efectos de la defoliación causada por infestaciones de insectos en los anillos de los árboles. [13] En 1882, esta observación ya aparecía en los libros de texto forestales . [14] En la década de 1870, el astrónomo holandés Jacobus Kapteyn (1851-1922) estaba utilizando dataciones cruzadas para reconstruir los climas de los Países Bajos y Alemania. [15] En 1881, el forestal suizo-austriaco Arthur von Seckendorff -Gudent (1845-1886) utilizaba dataciones cruzadas. [16] 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. [17] En 1892, el físico ruso Fedor Nikiforovich Shvedov ( Фёдор Никифорович Шведов ; 1841-1905) escribió que había utilizado patrones encontrados en los anillos de los árboles para predecir sequías en 1882 y 1891. [18]
Durante la primera mitad del siglo XX, el astrónomo AE Douglass fundó el Laboratorio de Investigación de los Anillos de los Árboles en la Universidad de Arizona . Douglass buscó comprender mejor los ciclos de 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).
Las secciones transversales horizontales cortadas a través del tronco de un árbol pueden revelar anillos de crecimiento, también conocidos como anillos de árbol o anillos anuales . Los anillos de crecimiento resultan del nuevo crecimiento en el cambium vascular , una capa de células cerca de la corteza que los botánicos clasifican como meristemo lateral ; este crecimiento en diámetro se conoce como crecimiento secundario . Los anillos visibles resultan del cambio en la velocidad de crecimiento a lo largo de las estaciones del año; por lo tanto, algo 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 porción interna de un anillo de crecimiento se forma temprano en la temporada de crecimiento, cuando el crecimiento es comparativamente rápido (por lo tanto, la madera es menos densa) y se conoce como "madera temprana" (o "madera de primavera" o "madera de finales de primavera" [ 19] ); la parte exterior es la "madera tardía" (a veces denominada "madera de verano", que a menudo se produce en verano, aunque a veces en otoño) y es más densa. [20] [ se necesita una mejor fuente ]
Muchos árboles en zonas templadas producen un anillo de crecimiento cada año, y el más nuevo se encuentra junto a la corteza. Por lo tanto, durante todo el período de la vida de un árbol, se forma un registro o patrón de anillos año tras año que refleja la edad del árbol y las condiciones climáticas en las que creció. Una humedad adecuada y una temporada de crecimiento larga dan como resultado un anillo ancho, mientras que un año de sequía puede resultar en uno muy estrecho.
La lectura directa de las cronologías de los anillos de los 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", lo que influye en la selección de árboles para el estudio de períodos de tiempo prolongados. Por ejemplo, la falta de anillos es rara en los robles y los olmos. [21]
Es fundamental para la ciencia que los árboles de la misma región tiendan a desarrollar los mismos patrones de ancho de anillos durante un período determinado de estudio cronológico. Los investigadores pueden comparar y relacionar estos patrones anillo por anillo con patrones de árboles que han crecido al mismo tiempo en la misma zona geográfica (y, por lo tanto, en condiciones climáticas similares). Cuando se pueden hacer coincidir estos patrones de anillos de árboles sucesivos en el mismo lugar, de manera superpuesta, se pueden construir cronologías, tanto para regiones geográficas enteras 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, de este modo, 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 múltiples muestras de árboles para construir una historia de los anillos , un proceso denominado replicación. La historia de los anillos de los árboles cuyas fechas de inicio y fin no se conocen se denomina cronología flotante . Se puede consolidar 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, [22] y una cronología del roble se remonta a 7.429 años en Irlanda y 6.939 años en Inglaterra . [23] La comparación de edades de radiocarbono y dendrocronológicas respalda la coherencia de estas dos secuencias dendrocronológicas independientes. [24] Existe otra cronología totalmente anclada que se remonta a 8.500 años atrás para el pino erizo en el suroeste de los EE. UU. ( Montañas Blancas de California). [25]
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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" [26] en la forma:
donde Δ L es el ancho del anillo anual, t es el tiempo (en años), ρ es la densidad de la madera, k v es algún coeficiente, M ( t ) es función del crecimiento masivo del árbol.
Haciendo caso omiso de las oscilaciones sinusoidales naturales en la masa de los árboles, la fórmula para los cambios en el ancho anual del anillo es:
donde c 1 , c 2 y c 4 son algunos coeficientes, a 1 y a 2 son constantes positivas.
La fórmula es útil para la aproximación correcta de los datos de las muestras antes del procedimiento de normalización de datos . En las figuras se muestran las formas típicas de la función Δ L ( t ) de crecimiento anual del anillo de madera.
La dendrocronología permite fechar con precisión muestras de material que alguna vez estuvo vivo en un año específico. [27] Las fechas a menudo se representan como años calendario estimados antes del presente, donde "presente" se refiere al 1 de enero de 1950. [27]
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 particular, los investigadores pueden construir una secuencia histórica completa. Las técnicas de dendrocronología son más consistentes en áreas donde los árboles crecieron en condiciones marginales como aridez o semi-aridez donde el crecimiento de los anillos es más sensible al medio 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 las cronologías; Los especímenes vivos y muertos de esta especie proporcionan patrones de anillos de árboles que se remontan a miles de años atrás, en algunas regiones a más de 10.000 años. [28] Actualmente, el lapso máximo para una cronología completamente anclada es un poco más de 11.000 años AP.
IntCal20 es la "Curva de calibración de edad de radiocarbono" de 2020, que proporciona una secuencia calibrada con fecha de carbono 14 que se remonta a 55.000 años. La parte más reciente, que se remonta a 13.900 años atrás, se basa en los anillos de los árboles. [29]
Las cronologías europeas derivadas de estructuras de madera inicialmente encontraron difícil cerrar la brecha en el siglo XIV cuando hubo una pausa en la construcción, que coincidió con la Peste Negra , [30] . Sin embargo, existen cronologías ininterrumpidas que se remontan a tiempos prehistóricos, por ejemplo la cronología danesa que se remonta al 352 a.C. [31]
Dada una muestra de madera, la variación del crecimiento de los anillos de los árboles no sólo proporciona una coincidencia por año, sino que también puede coincidir con la ubicación porque el clima varía de un lugar a otro. Esto permite determinar el origen de los barcos, así como de artefactos más pequeños hechos de madera, pero que fueron transportados a largas distancias, como paneles para pinturas y vigas de barcos. [ cita necesaria ]
Los eventos de Miyake , como los de 774-775 y 993-994 , pueden proporcionar puntos de referencia fijos en una secuencia de tiempo desconocida, ya que se deben a la radiación cósmica. Como aparecen como picos de carbono 14 en los anillos de los árboles de ese año en todo el mundo, pueden usarse para fechar eventos históricos en ese año. [32] Por ejemplo, las casas de madera en el sitio vikingo en L'Anse aux Meadows en Terranova se dataron encontrando la capa con la púa 993, lo que demostró que la madera proviene de un árbol talado en 1021. [33]
Anillo de escarcha es un término utilizado para designar una capa de traqueidas deformadas y colapsadas y células de parénquima traumáticas en el análisis de anillos de árboles. Se forman cuando la temperatura del aire cae por debajo del punto de congelación durante un período de actividad cambial . Se pueden utilizar en dendrocronología para indicar años más fríos de lo habitual. [34]
Las fechas obtenidas de la dendrocronología se pueden utilizar como calibración y verificación de la datación por radiocarbono . [27] Esto se puede hacer comparando las fechas de radiocarbono con largas secuencias maestras, utilizándose los pinos de California en Arizona para desarrollar este método de calibración como medida de la longevidad de los árboles (hasta aproximadamente 4900 años), además de la El uso de muestras muertas significó que se pudiera desarrollar una secuencia de anillos de árbol larga e ininterrumpida (que se remonta aproximadamente al 6700 a . C. ). Estudios adicionales de robles europeos, como la secuencia maestra en Alemania que se remonta a c. 8500 a. C. , también se puede utilizar para realizar copias de seguridad y calibrar aún más las fechas de radiocarbono. [35]
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. [36] 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. Utilizando los anillos de los árboles, los científicos han estimado muchos climas locales durante cientos o miles de años. [ cita necesaria ]
La dendrocronología se ha vuelto importante para los historiadores del arte en la datación de pinturas sobre paneles . Sin embargo, a diferencia del análisis de muestras de edificios, que normalmente se envían a un laboratorio, los soportes de madera para pinturas suelen tener que medirse en el departamento de conservación de un museo, lo que impone limitaciones a las técnicas que se pueden utilizar. [37]
Además de la datación, la dendrocronología también puede proporcionar información sobre la fuente del panel. Muchas pinturas de los primeros Países Bajos resultaron estar pintadas en paneles de "roble báltico" enviados 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 utilizaban soportes de madera distintos del roble. [38]
Dado que se utilizaron paneles de madera curada, se debe permitir un número incierto de años para el curado al estimar las fechas. [39] Los paneles se recortaron de los anillos exteriores y, a menudo, cada panel solo utiliza una pequeña parte del radio del tronco. En consecuencia, los estudios de datación suelen dar como resultado una fecha " terminus post quem " (lo más temprano posible) y una fecha tentativa para la llegada de un panel crudo experimentado utilizando suposiciones sobre estos factores. [40] Como resultado del establecimiento de numerosas secuencias, fue posible fechar entre el 85% y el 90% de las 250 pinturas del siglo XIV al XVII analizadas entre 1971 y 1982; [41] hasta la fecha se ha analizado un número mucho mayor.
Se creía que un retrato de María, Reina de Escocia, en la Galería Nacional de Retratos de Londres, era una copia del siglo XVIII. Sin embargo, la dendrocronología reveló que la madera databa de la segunda mitad del siglo XVI. Actualmente se considera una pintura original del siglo XVI de un artista desconocido. [42]
Por otro lado, se aplicó la dendrocronología a cuatro pinturas que representan el mismo tema, el de Cristo expulsando a los prestamistas del Templo . Los resultados demostraron que la edad de la madera era demasiado tardía para que alguna de ellas hubiera sido pintada por El Bosco . [43]
Si bien la dendrocronología se ha convertido en una herramienta importante para fechar paneles de roble, no es eficaz para fechar los paneles de álamo que suelen utilizar los pintores italianos debido a los anillos de crecimiento erráticos del álamo. [44]
En el siglo XVI se produjo una progresiva sustitución de los paneles de madera por lienzos como soporte de las pinturas, lo que hace que la técnica sea menos aplicable a pinturas posteriores. [45] Además, muchas pinturas sobre paneles fueron transferidas a lienzos u otros soportes durante los siglos XIX y XX.
La datación de edificios con estructuras y componentes de madera también se realiza mediante 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 resultar 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, podría haber sido talada y dejada durante muchos años antes de su uso, o podría haberse utilizado para reemplazar una pieza de madera dañada. Por tanto, la datación de edificios mediante dendrocronología requiere el conocimiento de la historia de la tecnología de la construcción. [46] Muchas formas prehistóricas de edificios utilizaban "postes" que eran troncos enteros de árboles jóvenes; donde la parte inferior del poste ha sobrevivido en el suelo, estos pueden ser especialmente útiles para la datación.
Ejemplos:
Existen muchos formatos de archivos diferentes que se utilizan para almacenar datos sobre el ancho de los anillos de los árboles. Se hizo un esfuerzo de estandarización con el desarrollo de TRiDaS. [52] [53] Un mayor desarrollo condujo al software de base de datos Tellervo, [54] que se basa en el nuevo formato estándar y al mismo tiempo 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. [55]
Bard et al escriben en 2023: "Las series de anillos de árboles más antiguas se conocen como flotantes ya que, si bien sus anillos constituyentes se pueden contar para crear una cronología interna relativa, no se pueden comparar dendro con la cronología absoluta principal del Holoceno. Sin embargo, 14C Los análisis realizados en alta resolución en series de anillos de árboles absolutos y flotantes superpuestos permiten vincularlos casi absolutamente y, por lo tanto, extender la calibración en anillos de árboles anuales hasta ≈13 900 años cal BP. [56]
La herbcronología es el análisis de los anillos de crecimiento anuales (o simplemente anillos anuales) en el xilema de la raíz secundaria de 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 fondo marino). El patrón de deposición en el núcleo variará entre un lago congelado y uno sin hielo, y según 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 ). Se utilizan para datar de manera similar a la dendrocronología, y dichas técnicas se utilizan en combinación con la dendrocronología, para tapar lagunas y ampliar el rango de 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 .
Una versión anterior "Marcando el tiempo: las tormentas de rayos cósmicos pueden fijar fechas precisas en la historia desde el antiguo Egipto hasta los vikingos" apareció en Science, Vol 380, Número 6641.
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