Bäume enthalten einige der genauesten Zeugnisse der Natur aus der Vergangenheit. Ihre Wachstumsschichten, die als Ringe im Querschnitt des Baumstamms erscheinen, zeichnen Beweise für katastrophale Überschwemmungen, Insektenangriffe, Blitzeinschläge und sogar Erdbeben auf, die während der Lebensspanne des Baumes stattfanden.
Jedes Jahr vergrößert ein Baum seinen Umfang, das neue Wachstum wird als Baumring bezeichnet. Der jüngste Baumring ist das neue Holz in der Nähe des äußeren Teils des Baumstamms, direkt unter der Rinde. Die ältesten Ringe sind kleiner und befinden sich in der Nähe der Mitte. Bäume, die in mittleren bis hohen Breitengraden wachsen, bilden Ringe, die leicht zu erkennen sind, weil sie eine ausgeprägte Wachstumsperiode haben, in der sich ein heller Ring bildet. Wenn sich das Wachstum im Spätsommer oder Herbst verlangsamt, bildet sich das Holz langsamer und ist dunkler in der Farbe.
Querschnitt eines Baumstammes, der abwechselnd helle und dunkle Schichten der Jahresringe zeigt
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Das Wachstum eines Baumes hängt von den lokalen Umweltbedingungen ab. In einigen Gebieten ist der limitierende Faktor für das Wachstum die Wasserverfügbarkeit, in anderen Gebieten (vor allem in hohen Breitengraden) ist es die Länge der Wachstumsperiode. In Gebieten, in denen das Wasser begrenzt ist und die Wassermenge von Jahr zu Jahr schwankt, können Wissenschaftler mithilfe von Jahrringmustern regionale Muster der Trockenheit rekonstruieren. In Gebieten, in denen die Länge der Vegetationsperiode der begrenzende Faktor ist, kann die Dicke der Baumringe anzeigen, wann die Vegetationsperioden länger waren (in wärmeren Zeiten) und wann sie kürzer waren (in kühleren Zeiten).
Die Untersuchung des Wachstums von Baumringen ist als Dendrochronologie bekannt. Die Untersuchung der Beziehung zwischen Klima und Baumwachstum mit dem Ziel, vergangene Klimazonen zu rekonstruieren, wird als Dendroklimatologie bezeichnet.
Ein Baumring, der ein Jahr repräsentiert, besteht aus zwei Schichten:
- Eine helle Schicht, die sich im Frühjahr und Frühsommer bildet und typischerweise dicker ist, weil der Baum wächst
- Eine dunkle Schicht, die sich im Spätsommer und Herbst bildet und typischerweise dünner ist, weil der Baum langsamer wächst
Baumringdaten werden nur außerhalb der Tropen gesammelt. Bäume in gemäßigten Breiten haben jährliche Wachstumsschübe im Frühling und Sommer und Ruhephasen im Winter, was das charakteristische Muster aus hellen und dunklen Bändern erzeugt. Tropische Bäume wachsen das ganze Jahr über und haben daher nicht das abwechselnde Muster von hellen und dunklen Ringen.
An Standorten, an denen das Baumwachstum durch die Wasserverfügbarkeit begrenzt ist, werden Bäume in feuchten und kühlen Jahren breitere Ringe produzieren als in heißen und trockenen Jahren. Trockenheit oder ein strenger Winter können ebenfalls schmalere Ringe verursachen. Wenn die Ringe im gesamten Baum eine gleichmäßige Breite aufweisen, war das Klima Jahr für Jahr gleich. Durch das Zählen der Ringe eines Baumes können wir ziemlich genau das Alter und die Gesundheit des Baumes sowie die Wachstumsperiode eines jeden Jahres bestimmen.
Diese Wissenschaftlerin entnimmt mit einem Zuwachsbohrer einen Kern aus einem lebenden Baum. Dieses Verfahren schadet dem Baum langfristig nicht.
Credit: SERC/Tree-Ring Expeditions
Wissenschaftler fällen einen Baum normalerweise nicht, um seine Ringe zu analysieren. Stattdessen werden Kernproben mit einem Bohrer entnommen, der in den Baum geschraubt und herausgezogen wird und eine strohhalmgroße Holzprobe von etwa 4 Millimetern Durchmesser mitbringt. Das Loch im Baum wird dann versiegelt, um Krankheiten vorzubeugen.
Die Kernproben von vielen Bäumen in einem Gebiet werden gesammelt und die Daten aus den Jahresringen werden gemittelt, um die Einflüsse des spezifischen Standorts eines Baumes – wie z.B. im Schatten oder in der Nähe eines Baches – zu reduzieren und in der Lage zu sein, weit verbreitete Muster zu sehen. Da verschiedene Baumarten in Abhängigkeit von Temperatur, Niederschlag und anderen Faktoren unterschiedlich schnell wachsen, können Daten von verschiedenen Baumarten sogar mehr Informationen über das Klima liefern als Daten von nur einer Art.
Alte Bäume verraten uns etwas über die Bedingungen auf der Erde, lange bevor Menschen begannen, das Wetter zu messen und aufzuzeichnen. Einige Baumarten, wie die Borstenkiefer, die mehrere tausend Jahre alt werden, enthalten lange Aufzeichnungen von Baumringen. Klimawissenschaftler arbeiten jedoch in der Regel mit Bäumen, die nicht so langlebig sind, und erweitern ihre Jahrringaufzeichnungen um mehr als 10.000 Jahre, indem sie Ringmuster lebender Bäume mit den Ringen toter, aber noch nicht zerfallener Bäume vergleichen. Die Wissenschaftler vergleichen Muster aus den frühen Stadien der Ringe eines lebenden Baumes mit der Sequenz, die sich in den letzten Lebensabschnitten älterer, abgestorbener Bäume gebildet hat, um eine lückenlose Paläoklimaaufzeichnung zusammenzustellen, die Tausende von Jahren zurückreicht.
Balken von alten Gebäuden oder Ruinen, Proben von Holzrahmen alter Gemälde und das Holz von Geigen wurden verwendet, um Baumringproben zu Klimaaufzeichnungen hinzuzufügen. In einigen Fällen wurden viel ältere Baumringe in versteinertem Holz analysiert, um zu interpretieren, wie das Klima vor Hunderttausenden bis Millionen von Jahren war.
Die Baumringe in diesen sieben Kernen sehen nicht wie runde Ringe aus, weil das Bohrwerkzeug nur ein kleines Segment der Ringe extrahiert. Jede dunkle und helle Schicht steht für ein Jahr des Wachstums. Breite Schichten zeigen Jahre an, in denen die Bäume mehr wuchsen. Schmale Schichten zeigen Jahre an, in denen die Bäume weniger wuchsen. Diese Kerne stammen von Weißfichten in Alaska.
Credit: SERC/Tree-Ring Expeditions