La dendrocronología (o datación de anillos de árboles ) es el método científico de datar los anillos de los árboles (también llamados anillos de crecimiento) hasta 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 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 proporcionará. 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 o en obras de arte y arquitectura, como pinturas antiguas sobre tabla . También se utiliza como un control en la datación por radiocarbono para calibrar las edades de radiocarbono . [2]
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 en 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 algunas regiones del hemisferio norte que se remontan a 13.910 años. [3] Un nuevo método se basa en la medición de las variaciones de 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 son demasiado similares. [4] Algunas regiones tienen "secuencias flotantes", con huecos que significan que los períodos anteriores solo se pueden fechar de forma aproximada. A partir de 2024, solo tres áreas tienen secuencias continuas que se remontan a tiempos prehistóricos, las estribaciones de los Alpes del Norte , el suroeste de los Estados Unidos y las Islas Británicas. Los eventos Miyake , que son picos importantes de rayos cósmicos en fechas conocidas, son visibles en los anillos de los árboles y pueden fijar la datación de una secuencia flotante. [5]
El botánico griego Teofrasto (c. 371 – c. 287 a. C.) fue el primero en mencionar que la madera de los árboles tiene anillos. [6] [7] En su Trattato della Pittura (Tratado sobre la 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. [8] 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. [9] Descubrieron que en 1709, un invierno severo produjo un anillo de árbol claramente oscuro, que sirvió como referencia para los naturalistas europeos posteriores. [10] En Estados Unidos, Alexander Catlin Twining (1801-1884) sugirió en 1833 que los patrones entre los anillos de los árboles podrían utilizarse para sincronizar la dendrocronología de varios árboles y, de ese modo, reconstruir climas pasados en regiones enteras. [11] El erudito inglés Charles Babbage propuso utilizar la dendrocronología para datar los restos de árboles en turberas o incluso en estratos geológicos (1835, 1838). [12]
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. [13] 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. [14] En 1882, esta observación ya aparecía en los libros de texto de silvicultura . [15] En la década de 1870, el astrónomo holandés Jacobus Kapteyn (1851-1922) utilizó la datación cruzada para reconstruir los climas de los Países Bajos y Alemania. [16] En 1881, el forestal suizo-austriaco Arthur von Seckendorff -Gudent (1845-1886) utilizó la datación cruzada. [17] De 1869 a 1901, Robert Hartig (1839-1901), un profesor alemán de patología forestal, escribió una serie de artículos sobre la anatomía y ecología de los anillos de los árboles. [18] En 1892, el físico ruso Fedor Nikiforovich Shvedov (1841-1905) escribió que había utilizado patrones encontrados en los anillos de los árboles para predecir las sequías de 1882 y 1891. [19]
Durante la primera mitad del siglo XX, el astrónomo AE Douglass fundó el Laboratorio de Investigación de Anillos de 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 se registrarían mediante 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 los árboles o anillos anuales . Los anillos de crecimiento son el resultado 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 son el resultado del cambio en la velocidad de crecimiento a lo largo de las estaciones del año; por lo tanto, crítico 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 más allá de la cicatriz.
Los anillos son más visibles en los árboles que han crecido en zonas templadas , donde las estaciones difieren más marcadamente. La parte interna de un anillo de crecimiento se forma temprano en la temporada de crecimiento, cuando el crecimiento es comparativamente rápido (de ahí que la madera sea menos densa) y se conoce como "madera temprana" (o "madera de primavera" o "madera de finales de primavera" [20] ); la parte externa 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. [21] [ se necesita una mejor fuente ]
Muchos árboles de 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 vida de un árbol, se va creando 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 prolongada dan como resultado un anillo ancho, mientras que un año de sequía puede dar como resultado 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 favorables y desfavorables, 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 de tiempo prolongados. Por ejemplo, los anillos faltantes son poco frecuentes en los robles y los olmos . [22]
Un aspecto fundamental para la ciencia es que los árboles de una misma región tienden a desarrollar los mismos patrones de anchura de anillos durante un período determinado de estudio cronológico. Los investigadores pueden comparar y hacer coincidir estos patrones anillo por anillo con los 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 en árboles sucesivos de la misma localidad, de forma superpuesta, se pueden construir cronologías, tanto para regiones geográficas enteras como para subregiones. Además, la madera de estructuras antiguas con cronologías conocidas se puede hacer coincidir con los datos de los anillos de los árboles (una técnica llamada "datación cruzada"), y de ese modo se puede determinar con precisión la edad de la madera. Los dendrocronólogos originalmente llevaban a cabo la datación cruzada 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 una "historia de los anillos", un proceso denominado replicación. Una historia de los anillos de los árboles cuyas fechas de inicio y fin no se conocen se denomina "cronología flotante". Se puede anclarla mediante el cruce de una sección con otra cronología (historia de los anillos de los árboles) cuyas fechas se conocen.
Una cronología completamente anclada y cruzada para el roble y el pino en Europa central se remonta a 12.460 años, [23] y una cronología del roble se remonta a 7.429 años en Irlanda y 6.939 años en Inglaterra . [24] La comparación de las edades dendrocronológicas y de radiocarbono respalda la consistencia de estas dos secuencias dendrocronológicas independientes. [25] Existe otra cronología completamente anclada que se remonta a 8.500 años para el pino longevo en el suroeste de los EE. UU. ( Montañas Blancas de California). [26]
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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" [27] 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 la función del crecimiento en masa del árbol.
Ignorando las oscilaciones sinusoidales naturales en la masa de los árboles, la fórmula para los cambios en el ancho del anillo anual 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 muestra antes del procedimiento de normalización de datos . Las formas típicas de la función Δ L ( t ) de crecimiento anual del anillo de madera se muestran en las figuras.
La dendrocronología permite datar con precisión muestras de material que alguna vez estuvo vivo en un año específico. [28] Las fechas se representan a menudo como años calendario estimados BP , para antes del presente, donde "presente" se refiere al 1 de enero de 1950. [28]
Las muestras de núcleos de madera se toman 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 como la aridez o la semiaridez, donde el crecimiento de los anillos es más sensible al medio ambiente, en lugar de 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 longevo tiene una vida excepcionalmente larga y un crecimiento lento, y se ha utilizado ampliamente para cronologías; los especímenes aún vivos y muertos de esta especie proporcionan patrones de anillos de los árboles que se remontan a miles de años, en algunas regiones a más de 10.000 años. [29] 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 la edad por 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, se basa en anillos de árboles. [30]
Las cronologías europeas derivadas de estructuras de madera inicialmente tuvieron dificultades para superar la brecha en el siglo XIV, cuando hubo una pausa en la construcción, que coincidió con la Peste Negra . [31] Sin embargo, existen cronologías ininterrumpidas que se remontan a tiempos prehistóricos, por ejemplo, la cronología danesa que se remonta al 352 a. C. [32]
Dada una muestra de madera, la variación del crecimiento de los anillos de los árboles no solo proporciona una correspondencia 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 los artefactos más pequeños hechos de madera, pero que se transportaron largas distancias, como paneles para pinturas y maderas para barcos. [ cita requerida ]
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. [33] Como aparecen como picos en el carbono 14 en los anillos de los árboles para ese año en todo el mundo, se pueden usar para fechar eventos históricos en el año. [34] Por ejemplo, las casas de madera en el sitio vikingo de L'Anse aux Meadows en Terranova se dataron al encontrar la capa con el pico 993, que mostró que la madera es de un árbol talado en 1021. [35] Los investigadores de la Universidad de Berna han proporcionado una datación exacta de una secuencia flotante en un asentamiento neolítico en el norte de Grecia al vincularla a un pico en el radiocarbono cosmogénico en 5259 a. C. [5] [33]
El término anillo de escarcha se utiliza para designar una capa de traqueidas deformadas y colapsadas y células parenquimatosas 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. [36]
Las fechas de la dendrocronología se pueden utilizar como calibración y comprobación de la datación por radiocarbono . [28] Esto se puede hacer comprobando las fechas de radiocarbono con secuencias maestras largas, y se utilizaron pinos longevos de California en Arizona para desarrollar este método de calibración, ya que la longevidad de los árboles (hasta c. 4900 años) además del uso de muestras muertas significaba que se podía desarrollar una secuencia larga e ininterrumpida de anillos de árboles (que data de c. 6700 a. C. ). También se pueden utilizar estudios adicionales de robles europeos, como la secuencia maestra en Alemania que data de c. 8500 a. C. , para respaldar y calibrar aún más las fechas de radiocarbono. [37]
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. [38] Se ha demostrado que otras propiedades de los anillos anuales, como la densidad máxima de la madera tardía (MXD), son mejores indicadores que el simple ancho de los anillos. Utilizando los anillos de los árboles, los científicos han estimado muchos climas locales de cientos a miles de años anteriores. [ cita requerida ]
La dendrocronología ha adquirido importancia para los historiadores del arte en la datación de pinturas sobre tabla . 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 un departamento de conservación de un museo, lo que impone limitaciones a las técnicas que se pueden utilizar. [39]
Además de la datación, la dendrocronología también puede proporcionar información sobre el origen del panel. Muchas pinturas de los primeros neerlandeses han resultado estar pintadas sobre paneles de "roble báltico" transportados desde la región del Vístula a través de los puertos de la Liga Hanseática . Los paneles de roble se utilizaban en varios países del norte, como Inglaterra , Francia y Alemania . Los pintores neerlandeses rara vez utilizaban soportes de madera distintos del roble. [40]
Como se utilizaron paneles de madera curada, se debe permitir un número incierto de años para el curado al estimar las fechas. [41] A los paneles se les recortaron los anillos exteriores y, a menudo, cada panel solo utiliza una pequeña parte del radio del tronco. En consecuencia, los estudios de datación generalmente dan como resultado una fecha terminus post quem (la más temprana posible) y una fecha tentativa para la llegada de un panel en bruto curado utilizando suposiciones sobre estos factores. [42] Como resultado del establecimiento de numerosas secuencias, fue posible datar el 85-90% de las 250 pinturas del siglo XIV al XVII analizadas entre 1971 y 1982; [43] hasta ahora se ha analizado un número mucho mayor.
Se creía que un retrato de María, reina de Escocia , que se encuentra 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. En la actualidad se considera una pintura original del siglo XVI de un artista desconocido. [44]
Por otra parte, se aplicó la dendrocronología a cuatro pinturas que representaban 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 cualquiera de ellas hubiera sido pintada por El Bosco . [45]
Aunque la dendrocronología se ha convertido en una herramienta importante para datar paneles de roble, no es eficaz para datar los paneles de álamo que suelen utilizar los pintores italianos debido a los anillos de crecimiento erráticos del álamo. [46]
En el siglo XVI se produjo una sustitución gradual de los paneles de madera por lienzo como soporte de las pinturas, lo que significa que la técnica es menos aplicable a pinturas posteriores. [47] Además, muchas pinturas sobre panel se transfirieron a lienzo 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 que se utiliza para la aplicación de la dendrocronología en arqueología. Si bien los arqueólogos pueden datar la madera y cuándo fue talada, puede ser difícil determinar definitivamente la edad de un edificio o estructura en el 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 edificios mediante dendrocronología requiere, por lo tanto, el conocimiento de la historia de la tecnología de la construcción. [48] Muchas formas prehistóricas de edificios usaban "postes" que eran troncos enteros de árboles jóvenes; cuando la parte inferior del poste ha sobrevivido en el suelo, estos pueden ser especialmente útiles para la datación.
Ejemplos:
Existen muchos formatos de archivo diferentes que se utilizan para almacenar datos sobre el ancho de los anillos de los árboles. Se realizó un esfuerzo de estandarización con el desarrollo de TRiDaS. [54] [55] Un desarrollo posterior condujo al software de base de datos Tellervo, [56] 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. [57]
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 emparejar dendrométricamente con la cronología absoluta principal del Holoceno. Sin embargo, los análisis de 14C realizados con alta resolución en series superpuestas de anillos de árboles absolutos y flotantes permiten vincularlos casi de manera absoluta y, por lo tanto, extender la calibración de los anillos de árboles anuales hasta aproximadamente 13 900 años calibrados AP". [58]
La herbocronología 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 sedimentación en un lago, río o lecho marino). El patrón de deposición en el núcleo variará en 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 presentan patrones estacionales similares en los isótopos de carbono y oxígeno en sus espinas ( acantocronología ). Estos se utilizan para datar de una manera similar a la dendrocronología, y tales técnicas se utilizan en combinación con la dendrocronología para llenar vacíos y ampliar el rango de datos estacionales disponibles para los arqueólogos y paleoclimatólogos .
Una técnica similar se utiliza para estimar la edad de las poblaciones de peces mediante el análisis de los anillos de crecimiento en los huesos otolíticos .
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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