Dendrochronologie - Les anneaux d'arbre comme enregistrements du changement climatique

La dendrochronologie est le terme officiel pour la datation des cernes, la science qui utilise les cernes de croissance des arbres comme un enregistrement détaillé des changements climatiques dans une région, ainsi qu'un moyen d'approximer la date de construction pour les objets en bois de nombreux types..

Points clés à retenir: Dendrochronologie

• La dendrochronologie, ou datation des cernes, est l'étude des cernes de croissance des arbres à feuilles caduques pour identifier les dates absolues des objets en bois. 
• Les anneaux d'arbre sont créés par l'arbre à mesure qu'il grandit en circonférence, et la largeur d'un anneau d'arbre donné dépend du climat, donc un peuplement d'arbres aura tous un motif presque identique d'anneaux d'arbre.
• La méthode a été inventée dans les années 1920 par l'astronome Andrew Ellicott Douglass et l'archéologue Clark Wissler. 
• Les applications récentes incluent le suivi du changement climatique, l'identification des effondrements de pente en attente, la recherche d'arbres américains dans la construction de tranchées de la Première Guerre mondiale et l'utilisation de signatures chimiques dans les arbres tropicaux pour identifier la température et les précipitations passées. 
• La datation des cernes est également utilisée pour calibrer les datations au radiocarbone.

Au fur et à mesure que les techniques de datation archéologique disparaissent, la dendrochronologie est extrêmement précise: si les anneaux de croissance d'un objet en bois sont préservés et peuvent être liés à une chronologie existante, les chercheurs peuvent déterminer l'année civile précise - et souvent la saison - l'arbre a été coupé pour le faire.

En raison de cette précision, la dendrochronologie est utilisée pour étalonner la datation au radiocarbone, en donnant à la science une mesure des conditions atmosphériques qui sont connues pour faire varier les dates du radiocarbone.

Les datations au radiocarbone qui ont été calibrées par rapport aux enregistrements dendrochronologiques sont désignées par des abréviations telles que cal BP, ou calibrées des années avant le présent.

Que sont les anneaux d'arbre?

Coupe transversale d'un arbre illustrant la couche de cambium. Lukaves / iStock / Getty Images

La datation des cernes fonctionne parce qu'un arbre grandit, pas seulement en hauteur, mais gagne des anneaux mesurables en circonférence chaque année au cours de sa vie. Les anneaux sont la couche de cambium, un anneau de cellules qui se trouve entre le bois et l'écorce et d'où proviennent de nouvelles cellules d'écorce et de bois; chaque année, un nouveau cambium est créé, laissant le précédent en place. La taille des cellules du cambium croît chaque année, mesurée comme la largeur de chaque anneau, dépend de la température et de l'humidité - à quel point les saisons de chaque année étaient chaudes ou fraîches, sèches ou humides.

Les intrants environnementaux dans le cambium sont principalement les variations climatiques régionales, les changements de température, l'aridité et la chimie du sol, qui ensemble sont codés comme des variations de la largeur d'un anneau particulier, de la densité ou de la structure du bois et / ou de la composition chimique des les parois cellulaires. Au plus basique, pendant les années sèches, les cellules du cambium sont plus petites et donc la couche est plus mince que pendant les années humides.

L'importance des espèces d'arbres

Tous les arbres ne peuvent pas être mesurés ou utilisés sans techniques d'analyse supplémentaires: tous les arbres n'ont pas de cambiums qui sont créés chaque année. Dans les régions tropicales, par exemple, les anneaux de croissance annuels ne sont pas systématiquement formés, ou les anneaux de croissance ne sont pas liés aux années, ou il n'y a pas du tout d'anneaux. Les cambiums à feuilles persistantes sont généralement irréguliers et ne se forment pas annuellement. Les arbres dans les régions arctiques, subarctiques et alpines réagissent différemment selon l'âge de l'arbre - les arbres plus âgés ont réduit l'efficacité de l'eau, ce qui se traduit par une réponse réduite aux changements de température.

Invention de la dendrochronologie

La datation en anneau a été l'une des premières méthodes de datation absolue développée pour l'archéologie, et elle a été inventée par l'astronome Andrew Ellicott Douglass et l'archéologue Clark Wissler dans les premières décennies du 20e siècle.

Douglass était surtout intéressé par l'histoire des variations climatiques exposées dans les cernes des arbres; c'est Wissler qui a suggéré d'utiliser la technique pour identifier quand les pueblos en adobe du sud-ouest américain ont été construits, et leur travail conjoint a abouti à des recherches dans la ville ancestrale de Pueblo de Showlow, près de la ville moderne de Showlow, Arizona, en 1929.

Les expéditions Beam

L'archéologue Neil M. Judd est reconnu pour avoir convaincu la National Geographic Society d'établir la First Beam Expedition, dans laquelle des sections de rondins de pueblos occupés, d'églises de mission et de ruines préhistoriques du sud-ouest américain ont été collectées et enregistrées aux côtés de celles de pins ponderosa vivants. Les largeurs des anneaux ont été appariées et croisées, et dans les années 1920, les chronologies ont été construites il y a près de 600 ans. La première ruine liée à une date de calendrier spécifique a été Kawaikuh dans la région de Jeddito, construite au XVe siècle; le charbon de bois de Kawaikuh a été le premier charbon de bois utilisé dans (plus tard) les études sur le radiocarbone.

En 1929, Showlow était fouillé par Lyndon L. Hargrave et Emil W. Haury, et la dendrochronologie menée sur Showlow a abouti à la première chronologie unique pour le sud-ouest, s'étendant sur une période de plus de 1200 ans. Le Laboratoire de recherche sur les anneaux d'arbre a été créé par Douglass à l'Université de l'Arizona en 1937, et il mène toujours des recherches aujourd'hui.

Construire une séquence

Au cours des cent dernières années, des séquences de cernes ont été construites pour diverses espèces dans le monde entier, avec des chaînes de dates aussi longues qu'une séquence de 12 460 ans en Europe centrale complétée sur des chênes par le laboratoire Hohenheim, et une période de 8 700 ans. séquence de pins bristlecone longs en Californie. Construire une chronologie du changement climatique dans une région aujourd'hui était d'abord simplement une question de faire correspondre les modèles de cercles d'arbres qui se chevauchent chez les arbres de plus en plus âgés; mais de tels efforts ne sont plus basés uniquement sur des largeurs de cernes.

Des caractéristiques telles que la densité du bois, la composition élémentaire (appelée dendrochimie) de sa composition, les caractéristiques anatomiques du bois et les isotopes stables capturés dans ses cellules ont été utilisées en conjonction avec l'analyse traditionnelle de la largeur des cernes pour étudier les effets de la pollution atmosphérique, l'absorption de l'ozone et l'évolution de l'acidité du sol au fil du temps.