Die Altersbestimmung von Bäumen wird als Dendrochronologie bezeichnet. Wird ein Baum gefällt oder wird ein Bohrkern aus dem Baumstamm entnommen, werden die einzelnen Wachstumsphasen anhand der Jahresringe erkennbar. Anhand der Verknüpfung von Klimadaten mit den Jahrringchronologien können sogenannte Klima-Wachstums-Korrelationen hergeleitet werden. Da heftige Vulkanausbrüche die weltweite Durchschnittstemperatur für mehrere Jahre bis zu 0,5 °C absenken können, lassen sich solche Eruptionen aus den Jahresringen ablesen. Dabei kommen unterschiedliche Methoden zum Einsatz. Im Rahmen der Feldarbeit wird zunächst mittels eines Zuwachsbohrers oder Hohlbohreres der entsprechende Bohrkern am lebenden Baum gezogen (siehe dazu Bildergalerie oben).
Danach greifen Forscher*innen auf verschiedene Labor- und Analysemethoden zurück:
Präparation
Für die Daten der Jahrringbreiten, welche die Grundlage für alle weiteren Untersuchungen und Methoden bilden, werden die gezogenen Bohrkerne präpariert. Das bedeutet: Im Labor müssen die „frischen“ Bohrkerne eine gewisse Zeit trocknen und sich dem Raumklima anpassen, um Risse oder andere Probleme nach dem Aufkleben zu vermeiden. Die getrockneten Proben werden anschließend auf Probenhalter aus Holz aufgeleimt. Dabei ist zu beachten, dass die Tracheiden rechtwinklig zu ihrer Längsrichtung angeschnitten werden (Hannrup et al., 2001), um später Messfehler und Probleme bei den holzanatomischen Messungen zu vermeiden.
Die aufgeleimten Proben werden nach kurzer Zeit des Trocknens in ein sogenanntes Mikrotom (Gärtner & Nievergelt, 2010) eingespannt. Dabei handelt es sich um ein spezielles Schneidgerät. Die Proben werden mit Wasser gut angefeuchtet und die Oberfläche mit einem rasierklingenartigen Messer (Fujii, 2003) in einem vorher festgelegten Winkel angeschnitten, um die Jahrringe und die Holzstruktur sichtbar zu machen.
Das Mikrotom hat den Vorteil, dass die Proben in ihrer vollständigen Länge angeschnitten werden können und die Oberfläche besser präpariert wird als bei der bisherigen Technik des Abschleifens der Proben mit einer Bandsäge. Jedoch wird nach Zustand und Präparierbarkeit der einzelnen Proben auf die Bandschleifmethode zurückgegriffen.
Analysemethoden
Diesem Ergebnis kommt dann eine besondere Bedeutung zu, wenn mit die Datierung mit Bildanalyse-Systemen stattfindet wie beispielsweise WinDendro (Regent Instruments, Canada) oder mit TSAPWin. Wenn die Oberfläche jeder Probe gut präpariert ist, wird ihre angeschnittene Seite mit einem handelsüblichen Scanner eingescannt.
Datierung und Crossdating
Bei der Bearbeitung mit WinDENDRO wird ein Pfad vom Mark zur Borke durch den Bohrkern gelegt. Auf diesem Pfad werden die Jahrringgrenzen markiert. Da die Eiche durch die Ringporen ein für den Computer sehr unregelmäßiges hell-dunkel-Muster hat, ist die automatische Ringerkennung durch WinDENDRO nicht möglich und die Jahrringgrenzen müssen von Hand gesetzt werden. Um das korrekte Setzen der Ringgrenzen auf dem Scan in WinDENDRO zu überprüfen und zu verfeinern, werden die Bohrkerne ergänzend unter dem Binokular betrachtet.
WinDENDRO produziert automatisch eine Textdatei aus den gesetzten Ringgrenzen. Mit WinDendro lassen sich die Holzproben datieren, d. h. jedem Jahrring wird ein Kalenderjahr zugeordnet. Jedoch gilt die Datierung nicht als verbindlich, solange die Jahrringbreitenkurven nicht synchronisiert wurden (Cherubini et al., 2004). Diese Methode nennt sich „Crossdating“.
Nach Douglass (1941) ist Crossdating das Auffinden von gleichen Jahrringmustern in unterschiedlichen Bäumen, sodass das tatsächliche Wachstumsjahr eines Ringes in diesem Muster überall das Gleiche ist. Im Einzelnen heißt das, dass charakteristische Maxima und Minima im Kurvenverlauf bei allen Einzelserien im gleichen Kalenderjahr zu finden sein sollten, da sie mit großer Wahrscheinlichkeit bestimmte auf den Standort einwirkende Klimaereignisse reflektieren (Müller-Stoll, 1951).
Für das Crossdating der Proben werden neben der erneuten visuellen Kontrolle der Bohrkerne unter dem Lichtmikroskop verschiedene Programme zur Hilfe genommen wie COFECHA (Holmes, 1983) und TSAPWin (Rinntech, Heidelberg).
Um eine Standortchronologie zu erstellen ist es zunächst notwendig zu überprüfen, ob bei der Datierung Fehler unterlaufen sind. Hierzu wird die Software COFECHA-Win (Holmes, 1983, 1999) und TSAP-Win (RINN, 2005; RINN, 2007) verwendet.
COFECHA arbeitet mit einer „Segment-Zeitreihen-Korrelationstechnik“ und wird genutzt, um Fehler in der Datierung ausfindig zu machen (Grissino-Mayer, 2001). Die von WinDENDRO ausgegebenen Rohdaten der einzelnen Bäume werden untereinander verglichen, wobei die Software Fehler in der Synchronlage zwischen den einzelnen Bäumen feststellt. Durch die Funktion „Segment length to examine“, wird es erleichtert, einen etwaigen Fehler in einen engeren Zeitraum einzugrenzen. Jedoch sollten Segmentlänge und Überlappung nicht zu klein gewählt werden, um das für den Baum repräsentative Muster und die statistische Aussagekraft nicht zu verändern. Im Output des Programmes wird für die einzelnen Jahressegmentblöcke die Interkorrelation zwischen den einzelnen Serien angegeben und deren Interkorrelationswert bei Einfügen oder Entfernen von Segmenten. So können mithilfe von COFECHA fehlende oder falsch gesetzte Jahrringe genau ermittelt werden.
Ergänzend findet TSAP-Win (Time Series Analysis and Presentation) in dem „segmentorientierten Cross-Date-Check“ Anwendung. Mit TSAP ist, wie auch mit WinDENDRO, die visuelle Überprüfung der Synchronlage der Kurven möglich. Um die Synchronlage nicht nur optisch zu beurteilen, werden die von TSAP berechneten statistischen Parameter, Gleichläufigkeit (GLK), der Cross-Dating-Index (CDI), der t-Wert und r-Wert, herangezogen.
Text: Hagen Pieper, Helmholtz-Zentrum Potsdam, Deutsches GeoForschungsZentrum (GFZ)
