Dendrokronoloogia

Dendrokronoloogia on teadusharu ja ka meetod, mis uurib ja analüüsib puittaimede aastarõngaid.
Puude aastarõngad iseloomustavad nende moodustumise ajal valitsenud keskkonnatingimusi, olles vastavalt kitsamad (kui tingimused on olnud mingil põhjusel ebasoodsad) või laiemad (soodsamate tingimuste korral). Uuritakse ka puu kasvamise käigus puitu ladestunud saasteaineid, mis võivad kanda endas olulist infot minevikus aset leidnud reostuse või muu keskkonnamuutuse kohta.
Puud salvestavad endasse mitmesuguste keskkonnategurite mõjusid, mis otseselt või kaudselt limiteerivad aastarõnga moodustumise protsesse. Seetõttu on puude aastarõngad väga heaks informatsiooniallikaks mineviku kliima ja keskkonna uurimisel. Vanade puude pikkade aastarõngaridade uurimisel saadakse teavet mineviku temperatuuri, sademete, põlengute, putukarüüstete, maalihete, orkaanide jpm nähtuste kohta.

Ajaloost

Dendrokronoloogia on suhteliselt noor teadusharu, mille areng on toimunud umbes viimase saja aasta jooksul. Puude kasv on teadlastele huvi pakkunud ka tunduvalt varem, näiteks juba 322 eKr Kreekas, kus Theophrastos seostas puidutriipe kasvuaastatega. Keskajal täheldas Leonardo da Vinci, et kliimal on mõju puude kasvule. 18. sajandil kirjutas Carl von Linne, et aastarõngaste lugemisega saab määrata puu vanust. Samal ajal leidsid teadlased mitmes Euroopa paigas uuritud puude aastarõngastest märke, mis viitasid 1709. aasta eriti külmale ja karmile talvele.
Tänapäevasele dendrokronoloogiale pani 19. sajandi lõpul ja 20. sajandi algul aluse Andrew Ellicott Douglass Ameerikas. Venemaa dendrokronoloogia alustajaks peetakse F. Švedovit. 1930.–1960. aastatel tegeles Bruno Huber süstemaatiliselt puude aastarõngaste uurimisega Saksamaal, pannes aluse dendrokronoloogiale Kesk-Euroopas.
A. E. Douglass oli esimene uurija, kes kasutas oma töös laiaulatuslikult ristdateerimismeetodit. Astronoomina oli tema peamine huvi rekonstrueerida Päikese aktiivsuse tsükleid võimalikult pika aja vältel. See viis ta puude aastarõngaste uurimiseni, kuna ta oletas, et need võivad anda kliimamuutuste kohta informatsiooni. Ta kogus tuhandeid puiduproove, millest koostas skelettjoonised ja dateeris nende abil vanu arheoloogilisi ehitisi . Douglass rajas maailma esimese aastarõngaste uurimise laboratooriumi Tucsonis Arizonas (1937) ja asutas Aastarõngaste Seltsi 1934. Tema õpilane oli paljude ülivanade puude avastaja Edmund Schulman. Hiljem töötas Tucsonis dendroklimatoloog Harold C. Fritts. H.C. Frittsi panus dendrokronoloogiasse on väga suur: ta asutas 1974. aastal Tucsonis Rahvusvahelise Aastarõngaste Andmepanga (International Tree-Ring Data Bank, ITRDB) ja kirjutas põhjaliku dendroklimatoloogia käsiraamatu . Euroopa dendrokronoloogiat on tänapäeval kõige enam mõjutanud F. H. Schweingruber.

Aastarõngad

Puu tüve pikenemine ja paksenemine ehk sekundaarkasv toimub puidu juurdekasvukihi ehk kambiumi tegevuse tulemusena. Kevadisel kasvuajal moodustab kambium puukoes rohkem õhukeste seintega rakke ehk trahheesid ja trahheiide (okaspuudel ainult trahheiide), mis võimaldavad puu juurdekasvuks vajaminevat vedelike transporti. Suve teisel poolel aeglustub puu kasv ning siis moodustuvad lehtpuudel väiksemad paksuseinalised parenhüümirakud, mis annavad tüvele tugevuse. Tekkivat eriilmelist puitu nimetatakse kevad- ehk varapuiduks ja sügis- ehk hilispuiduks. Talvel ei toimu puidu juurdekasvu. Järgmisel kevadel hakkab puu kasvatama uut suurte rakkudega aastarõnga kevadosa.
Sellise tsüklilise kasvu tulemusena on puu tüve või oksa ristlõikes nähtavad kontsentrilised ringid, mida nimetatakse aastarõngasteks. Aastarõngaste laius võib olenevalt puuliigist varieeruda, sõltudes ka kliimaoludest, mullastikust jm teguritest. Aastarõngad tekivad ainult neil puudel, mis kasvavad aastaajalise kliimaga piirkondades, st aladel, kus on tuntavad sesoonsed meteoroloogilised muutused. Selgelt eristatavaid aastarõngaid ei leidu näiteks vihmametsa puudel, mis kasvavad enam-vähem ühtlases kliimas, kus talvist puhkeperioodi ei ole. Väga selgete ja loetavate aastarõngastega seevastu on okaspuud, näiteks ebatsuuga, nulg, mänd; lehtpuudest rõngassoonelise puiduga liigid, näiteks tamm, jalakas, pöök; hästiloetavat informatsiooni saab ka kuuse rõngastest.

Proovid ja dateerimine

Puiduproovide võtmiseks kasvavatest puudest ilma neid kahjustamata kasutatakse juurdekasvupuuri. Puurimisel on oluline, et puuri ots oleks sihitud puutüve keskkoha suunas, nii kindlustatakse võimalikult paljude aastarõngaste läbimine. Kui puiduproovi ei ole võimalik puurida (näiteks kunstiteoste, pillide vm puhul), saab rõngaid mõõta ka otse objekti pealt, kasutades selleks mõõtluupi. Aastarõngaste laiusi mõõdetakse ka esemetest tehtud fotodelt, samuti röntgenfotodelt.
Dendrokronoloogilisel dateerimisel nihutatakse mitme uuritava puiduproovi aastarõngaste ridu üksteise suhtes ning otsitakse laiuste järjestuse kokkulangevust. Kui rõngamustrid on sama puuliigi puudel sarnased, st ühtivad suurel määral, on nad ilmselt kasvanud ühel ajal. Dendrokronoloogiline materjal mingi kindla regiooni puude kohta formuleerub paljudest sealt võetud proovidest, mis liidetakse omavahel kronoloogiaks. Kronoloogiaid omavahel kõrvutades ja liites saab neist moodustada pikki aegridu, mis ulatuvad tuhandete aastate taha. Kesk-Euroopas on koostatud Hohenheimi männi- ja tammekronoloogiad algusajaga 8480 eKr. USA-s Nevada osariigis on koostatud igimänni (Pinus longaeva) aastarõngaste kronoloogia, mis algab aastast 8681 eKr . Kui nihutada teadmata vanusega aastarõngaste kronoloogiat mööda teadaoleva vanusega kronoloogiat ehk "lõputa puud", leitakse viimasel lõik, kus mustrid langevad kokku. Uuritava kronoloogia viimane ehk hiliseim aasta on puu viimaseks kasvuaastaks enne langetamist.
Tänapäeval kasutatakse dendrokronoloogiliseks dateerimiseks arvutiprogramme.
Pika ajalise ulatusega kronoloogiaid saab kasutada, dateerimaks ka väga vanu puitkonstruktsioone, kunstiteoseid, elamuid jne. Samuti on dendrokronoloogia oluline kasutusviis 14C meetodil (radiosüsinikumeetod) mõõdetavate vanuste kalibreerimine.
Puude aastarõngastega sarnaselt esinevad iga-aastased mustrid ka igijää ja pinnase puursüdamikes ning veekogu aastastes põhjasetetes ehk varvides.
Dendrokronoloogiliste meetodite kasutamisel esineb ka probleeme. Puu aastarõngaid on keeruline uurida, kui puud on vigastanud näiteks sipelgad, üraskid või kui nad kasvavad näiteks mäe küljel. Viimasel juhul on rõngaste mõõtmisest saadav info moonutatud, kuna puu ei ole kasvanud maapinnaga horisontaalselt. Puitehitiste ja muude konstruktsioonide vanuste määramisel pole teada, kui kaua puit seisis enne, kui seda ehitusel kasutati.

Dateerimise täpsus ja usaldatavus

Dendrokronoloogilise dateerimise täpsuse ja usaldatavuse määrab ristdateerimine. Ristdateerimine (crossdating) on dendrokronoloogia üks peamine meetod ja printsiip. Kasutatakse visuaalset, statistilist ja graafilist ristdateerimist. Statistiliseks ja graafiliseks ristdateerimiseks on olemas arvutiprogrammid, näiteks COFECHA. COFECHA aitab leida aastarõngaste vanuseid. Samuti aitab COFECHA diagnoosida ja hinnata dendrokronoloogiliste mõõtmiste täpsust ning võimaldab oluliselt tõsta aastarõngaste mõõtmiste kvaliteeti. Tuleb rõhutada, et see programm panustab just dendrokronoloogiliste mõõtmiste täpsusele ja usaldatavusele.
Dendrokronoloogilise dateerimise täpsus on üks aasta. Võrreldavate aastarõngaste graafikud peavad ühtima. Nihutades üht graafikut ükskõik kummale poole kas või ühe aasta võrra, viib see sarnasuse rütmist välja. Järelikult, kui ridade sarnasus on piisavalt usaldatav, siis on täpsus absoluutne. Mõnel juhul võib täpsus olla pool aastat. Kui koorealune aastarõngas on täisaastarõngas, on dendrokronoloogilise dateerimise täpsuseks üks aasta, kui aga koorealune aastarõngas on poolik (lõppedes varapuiduga), siis on täpsuseks pool aastat. Dateerimisel esineb mõlemaid juhtumeid. Dendrokronoloogilise dateeringu usaldatavus oleneb ka uurija kogemusest. Kuigi võrreldavate ridade sarnasuse määra mõõdetakse vastavate statistiliste näitajatega, ütleb lõpliku sõna dateerija. Suure sarnasuse korral on dateeringu usaldatavus absoluutne (100%).

Muusikainstrumentide dateerimine

Palju vaidlusi tekitab küsimus, kes, kus ja millal mõne muusikainstrumendi on valmistanud. Muusikainstrumentide dendrokronoloogilise dateerimise põhieesmärk on kindlaks teha, millal keelpillide kõlakastid või klahvpillide lauad on valmistatud. Selle kaudu on võimalik välja selgitada, mis piirkonnast instrumendi valmistamiseks kasutatud puu langetati. Saab võrrelda erinevad pille, nende päritolu ja valmistamisaega. Dendrokronoloogiline dateerimine võimaldab seda kõike kindlaks teha, sellest tuleneb meetodi tähtsus muusikavaldkonnale.
Saksamaal dateerib muusikainstrumente dendrokronoloogiliselt puiduteadlane Micha Beuting. Praeguseks on Micha Beuting dateerinud umbes neli tuhat keelpilli. Pillide aastarõngalaiuste kronoloogiad aitavad määratleda puidu päritolu, s.t piirkonda, kus kuulsad viiulimeistrid hankisid enamiku puidust instrumentide valmistamiseks. Reeglina ei transporditud puitu kaugelt, vaid lähipiirkondadest. Keelpillide dendrokronoloogilisel analüüsimisel mõõdetakse aastarõngaste laiused instrumendi kõlakasti kaanelt, mis on valmistatud tavaliselt hariliku kuuse (Picea abies) kahest või harvem ühest radiaallauast. Instrumentide puidust valmistatud osade uurimisel ja statistilisel analüüsimisel selgus, et viiulite kõlakastide aastarõngaste keskmine laius oli 1,07 mm, mida peetakse hea tekstuuriga puiduks (Beuting 2004, 2009).
Tänapäeval dateeritakse keelpille dendrokronoloogiliselt mitmetes maades, kaasa arvatud Eestis.