SPECIALIZAREA MONITORIZAREA ȘI MANAGEMENTUL MEDIULUI [305998]

UNIVERSITATEA „DUNAREA DE JOS” GALAȚI,

FACULTATEA DE ȘTIINȚE ȘI MEDIU

SPECIALIZAREA MONITORIZAREA ȘI MANAGEMENTUL MEDIULUI

DENDROCRONOLOGIA ȘI STUDIILE CLIMATICE

Absolvent: [anonimizat]:

Profesor Doctor Mirela Voiculescu

2018

CUPRINS

Introducere ……………………………………………………………………………

Arhive Climatice……………………………………………………………………

Sedimente……………………………………………………………………….

Polen………………………………………………………………………………

Gheața…………………………………………………………………………….

Corali……………………………………………………………………………..

Arbori (Dendrocronologie)……………………………………………….

Datarea arhivelor climatice……………………………………………….

Dendrocronologia………………………………………………………………….

Definiție…………………………………………………………………………..

Concepte de bază în dendrocronologie…………………………………

Principiile generale ale dendrocronologiei……………………………

Metode de prelevare și analiză……………………………………………

Dendrocronologia – Clima………………………………………………..

Factorii climatici cercetați………………………………………………….

Studiu de caz…………………………………………………………………………

Concluzii…………………………………………………………………………….

Bibliografie…………………………………………………………………………

INTRODUCERE

Dendrocronologia este știința care se ocupă cu datarea inelelor anuale de creștere ale plantelor lemnoase (arbori) și utilizează informațiile despre mediu obținute care sunt asociate acestor creșteri.

Dendrocronologia consideră că un arbore este ca o cronică, în care sunt adunate informații științifice și prin diferite metode pot fi extrase și folosite în cercetare. [anonimizat].

Ramura cea mai dezvoltată și studiată a [anonimizat], prin comparație poate stabili evoluția climatică din trecut. Se pot stabili aceste evoluții climatice pe o perioadă de aproximativ 8.000-10.000 de ani și în mod excepțional pentru perioade mai mari dacă materialul lemnos a fost conservat natural la o calitate care nu a degradat informațiile stocate în inelele de creștere.

[anonimizat] o cronică a timpului care prin metode specializate dezvăluie evoluția climei pe toată perioada de creștere a arborelui pe arealul studiat.

Dendrocronologia este o știință relativ nouă și prin dezvoltarea științifică va permite cercetătorului să descifreze cu o [anonimizat], informațiile stocate în inelele de creștere ale arborilor.

Astfel în România cercetătorul Popa Ionel poate fi considerat un pionier al dendrocronologiei și prin susținerea tezei de doctorat în anul 2001 la Universitatea de Silvicultură „Ștefan cel Mare” Suceava, a obținut titlul de doctor în silvicultură, stimulând pasiunea acestuia în domeniu și a abordat direct problematica cercetărilor în dendrocronologie, continuând cercetările sporadice începute la noi în țară.

Dendrocronologia în sens larg trebuie să elucideze cauzele care au determinat variabilitatea caracteristicilor unei secvențe multianuale de inele de creștere, utilizând materiale și metode specifice pentru identificarea schimbărilor și evenimentelor survenite în ecosistemele forestiere în retrospectivă.

Arhive climatice

2.1 Sedimente

Oamenii de știință folosesc o gamă largă de tehnici și procedee, în vederea extragerii, reconstituirii și interpretării istorice a evoluției climei Pământului. Schimbările climatice pot fi studiate într-o serie de arhive, cele mai importante fiind sedimentele, gheața, coralii și copacii, dar dintre ele sedimentele sunt principala sursă de informații fiind considerată arhiva majoră a Pământului pentru peste 99% din timpul geologic studiat.[Ruddiman, 2008]

Principalele secvențe continui de sedimente sunt depozitate în apă și s-au format de-a lungul timpului prin eroziunea solului de către apele provenite din precipitații și a apelor curgătoare, transportate sub formă fizică sub formă de granule și sub formă chimică dizolvate în apă. Sedimentele transportate sunt depozitate în straturi succesive, pe fundul lacurilor, în bazinele continentale ale oceanelor, pe fundul mărilor și pe fundul oceanelor. În condiții favorabile, sedimentele pot fi conservate pentru o lungă perioadă de timp în regiunile bazinelor continentale care conțin lacuri; mărilor interioare de mică adâncime, care uneori inundă terenurile joase, depozite de sedimente de-a lungul platourilor continentale (coastele submerse de mică adâncime în lungul continentelor) și pantele mai abrupte continentale care coboară adânc în ocean. [Ruddiman, 2008]

Sedimentele sunt arhive climatice utile în măsura în care depunerea lor este continuă. Perturbațiile majore provin de la acțiunea valurilor care ajung până la câțiva metri sub nivelul mării și de furtunile mari ocazionale care ajung până la zeci de metri adâncime pe verticală sub formă de coloană de apă și erodează straturile depuse anterior. În plus, sedimentele depuse pe pantele continentale abrupte sunt vulnerabile la dislocări provocate de cutremure și tsunami. Pe perioade lungi de timp, eroziunea datorată de schimbarea nivelului mării, devine un factor major care poate produce întreruperea depunerii sedimentelor și a continuităților straturilor sedimentare, cât și mișcarea pe verticală în zona marginilor continentale, pe o adâncime aproximativă de 200m. [Ruddiman, 2008]

Sedimentele depuse în mările interioare de pe continente în perioadele când oceanul inundă regiunile joase formează secvențe continue care acoperă suprafețe mari continui. Sedimentele depuse în lacurile din bazinele continentale sunt conforme cu cadrul structural al depresiunii din roca de bază erodată. Depunerea tinde să fie mai continuă în zonele mai adânci ale lacurilor. [Ruddiman, 2008]

Sedimentele din lac care acoperă depresiunile lăsate de topirea ghețarilor sunt arhive deosebit de importante din punct de vedere climatic pentru ultimii 20.000 de ani. [Borroughs, 2007]

Depozitele de loess sunt excelente arhive climatice pentru ultimii 3 milioane de ani, cele mai multe fiind în special în China. Sedimentele fine transportate de pe continente de vânturi și depuse în depozitele sedimentare oceanice sunt de asemenea, indicatori utili ai climei.

Pentru perioade geologice mai mici de 100 de milioane de ani, oamenii de știință au acces la o arhivă suplimentară care înmagazinează informații cu privire la schimbările climatice și anume sedimentele conservate în bazinele oceanice. Sedimentele de adâncime conțin informații care acoperă ultimele milioane de ani, gasindu-se pe aproape două treimi din suprafața Pământului. Sedimente mai vechi care se află în profunzimea stratului de sedimente au fost recuperate prin metoda Rezoluției JOIDES, folosind o navă capabilă să foreze și să recupereze secvențele de sedimente groase de câțiva kilometri. [Borroughs, 2007]

Deoarece oceanul în adânc este, în general, un loc liniștit, cu o depunere relativ continuă, randamentele înregistrărilor climatice sunt de o calitate mai mare decât cele mai multe înregistrări din teren, unde apa, gheața și vântul erodează în mod activ depozitele. Unele sedimente marine de adâncime sunt supuse unor perturbații, cum ar fi dezlipirea de pe pantele abrupte, eroziunea fizică și reprelucrare de către curenții de pe fundul mării și dizolvarea chimică în apele corozive din bazinele mai adânci. În ciuda acestor probleme, multe bazine oceanice au fost site-uri de depunere a sedimentelor continui pentru zeci de milioane de ani. Depunerile de sedimente sunt de obicei mult mai lente în ocean decât pe uscat, dar ratele sunt mai mari în regiunile care primesc afluxuri de sedimente erodate de pe continente din zonele din apropierea coastelor, în sedimentele de sub apele curgătoare de suprafață, precum și în regiunile de mare deasupra apelor de fund corozive din adâncul oceanului. [Borroughs, 2007]

În oceane, patru grupe majore de formatoare de coajă animale și planctonul de plante sunt folosite pentru reconstituiri climatice (Figura 2). Două grupuri formează cochilii din calcit (CaCO3) și sunt animale globulare de dimensiuni nisip numite foraminifera planktic (stânga sus) care populează straturile superioare ale oceanului și alge sferice mici, numite Coccolithophoridae secretă plăci mici numite coccoliths (stânga jos) în apele însorite. Două alte grupuri de plancton cu o cochilie tare, secreta cochilii de dioxid de siliciu transparent (Si02 * H20) și tind să prospere în apele de suprafață productive, bogate în substanțe nutritive. Diatomee (dreapta sus) sunt de dimensiuni mici foarte fine constituite într-un plancton de plante, de obicei, în formă, fie de cazemate sau ace. Radiolaria (dreapta jos) sunt animale de dimensiunile unor granule de nisip cu cochilii ornate de multe ori în formă de căști de protecție militare premoderne.[Ruddiman, 2008]

Cele mai multe dintre speciile de plancton și a vegetației care trăiesc astăzi au fost prezente pe Pământ pentru sute de mii de milioane de ani. Preferințele climatice ale acestor specii moderne pot fi determinate cu precizie prin compararea distribuțiilor lor actuale pentru măsurători ale climei actuale. Aceste preferințe moderne climatice pot fi apoi folosite pentru a reconstitui climatul din trecut din asamblaje fosili, cu o mare precizie în arhive sedimente vechi de când câteva milioane de ani sau mai mult. [Ruddiman, 2008]

Sedimentele bogate în fosile CaCO3, apar în apele oceanului la adâncimi mai mari de 3.500-4.000 metri. Sub acest nivel, apele de fund corozive dizolvă cochiliile de calcit. Diatomee cu cochilie din SiO2 se găsesc în delte și alte zone de coastă și se extrag din silice din apa râului care curge de pe suprafața continentală, dar abundența lor de-a lungul coastelor este mascat de afluxul de noroi erodat de pe uscat. Radiolaria și diatomee sunt abundente în regiunile din Antarctica și zonele ecuatoriale, unde apele sunt extrem de productive din adâncul profund. Planctonul și polenul au trăsături care se schimbă în funcție de factorii care acționează în mediu și care le fac deosebit de util ca proxy-uri climatice. Ambele sunt distribuite pe scară largă: planctonul se găsesște în toate oceanele și polenul este produs peste tot pe continente, cu excepția zonelor acoperite de gheațaă permanent. De asemenea, deoarece resturile fosile ale acestor două grupuri sunt atât de abundente în sedimente (de obicei mii într-o probă de dimensiunea unei linguri), abundența lor relativă poate fi determinată cu un grad mult mai ridicat de precizie decât acele tipuri de fosile care apar doar sporadic. Populații de plancton și polen în diferite domenii, de asemenea, tind să fie dominate de un număr redus de specii cu preferințe climatice bine definite. Singurele organisme cu intervale și abundența comparabile sunt insecte, care rareori lasă resturi fosile.[Borroughs, 2007]

Polen

Unde s-au format sedimente în lacurile puțin adânci sau turbării, prezența granulelor de polen poate furniza informații similare despre teren, cum foraminifere furnizează despre oceane. În cazul în care aceste sedimente au fost stabilite în mod regulat, abundența de polen de la diferite specii de arbori și arbuști oferă detalii cu privire la schimbările climatice. Deoarece specii diferite au intervale climatice distincte, este posibil să se interpreteze abundența lor relativă în ceea ce privește schimbările în climatul local. Având în vedere că acest proces poate avea loc aproape oriunde pe continente, înseamnă că înregistrările de polen au potențialul de a umple multe dintre lacunele geografice pe care nucleele de gheață și înregistrările sedimentelor oceanice nu o pot acoperi.[NOAA Annual, 2012]

Fiind o sursă bogată de informații, înregistrările polenului (Figura 3 și 4) au o deosebită importanță istorică în studierea schimbărilor climatice din cauza modificărilor de la începutul apariției la latitudini nordice de la ultima glaciatiune și până în prezent. Cele mai multe granule de polen (din copaci cu flori și plante) și spori (în principal ferigile și mușchii) sunt mici. Puține granule depășesc dimensiunea de 100µm (0.1mm) în diametru, iar majoritatea sunt în jur de 30 µm și este porțiunea exterioară a celulei (numit exină), care este conservat prin intermediul unui strat de ceară a materialului sporopolenului. Mărimea și forma acestui perete exterior, împreună cu numărul și distribuția fantelor în ea, sunt specifice diferitelor specii și pot fi identificate cu ușurință. [Ruddiman, 2008]

În ciuda potențialului lor, cele mai multe studii a schimbărilor climatice care folosesc înregistrările de polen s-au concentrat asupra modificărilor în vegetație regională de la sfârșitul ultimei ere glaciare. Acest lucru a stabilit că aceste schimbări sunt controlate de modelele globale largi ale schimbărilor climatice. Pentru schimbări pe termen lung a fost până de curând cu o mare incertitudine dacă alți factori care implică migrația și concurența speciilor ar fi jucat un rol mai important. Există două explicații principale pentru această incertitudine. În primul rând, aproape toate înregistrările mai lungi de polen legate de nordul Europei au existat îndoieli cu privire la reprezentativitatea rezultatelor au fost afectate de schimbările globale. În al doilea rând, multe dintre nuclee conținute variații cu o frecvență mare în timpul ultimei glaciațiuni. Acestea ridică îndoieli cu privire la datarea straturilor din miezuri și nu au fost ușor de explicat până când nu au fost corelate cu datele mai recente din gheața si sedimentele oceanice care au devenit disponibile. Rezultatele polenului obținute recent din probele prelevate forate în Carp Lake, în Cascade, în partea de nord-vest Statele Unite ale Americii au confirmat că înregistrările de polen pot fi datate cu precizie anterior până la ultima interglaciațiune, unele 125.000 ani vechime și să furnizeze informații detaliate cu privire la modul în care au evoluat schimbările climatice. Mai mult decât atât, corelația strânsă între aceste rezultate și cele din probele prelevate din lacurile din Europa și variațiile observate în nuclee de gheață și sedimentele oceanice, înseamnă că cercetările viitoare în înregistrările de polen vor juca un rol tot mai mare în identificarea modelelor globale ale schimbărilor climatice în timpul ultimei ere geologice.[Borroughs, 2007]

2.3 Gheața

Gheața la temperaturi foarte scăzute care se găsește la latitudini mari și altitudini mari, depunerile anuale de zăpadă se pot aduna secvențial în straturi continue de gheață care variază în funcție de înălțimea mică a ghețarilor de munte de zeci până la sute de metri grosime de la straturi mari de gheață de dimensiuni continentale de câțiva kilometri grosime (Figura 5). Arhivele glaciologice conțin mai multe tipuri de informații climatice, deși este limitată geografic la puținele regiuni în care există gheață. Gheața recuperată din stratul de gheață din Antarctica datează pe o perioadă cu mai mult de 700.000 de ani, și gheața din Groenlanda cu până la 120.000 de ani în urmă. Viitorul este probabil să se extindă aceste înregistrări, chiar mai mult în timp. În contrast, ghețarii cei mai mici, care există în văile montane (chiar și la tropice) înregistrează informații doar pentru ultimii 10.000 de ani sau mai puțin schimbăriler climatice. [Ruddiman, 2008]

Ratele de depunere variază de la câțiva centimetri pe an, în cele mai reci și mai uscate zone de până la grosimi de metri pe an, în regiunile mai puțin reci, umede. Alte Arhive climatice în zonele de precipitații mari, a apelor subterane, prin dizolvare este transportată și se redepozitează pe sol mai ales roca pe bază de calcar (calcitul sau CaCO3) în peșteri. Aceste depozite conțin înregistrări ale climei pe intervale care se pot extinde înapoi câteva sute de mii de ani. [Ruddiman, 2008]

Coralii

O altă locație de înregistrări de variații climatice este la tropice unde există diferențe suficiente în nivelurile de temperatură și de soare în diferite momente ale anului pentru anumite forme de corali (de exemplu, stea de corali Pavona clavus) pentru a produce inele de creștere de sezon. Coralii cresc mai rapid în condiții de soare cald decât atunci când este mai rece și mai mult acoperit de nori.[NOAA Annual,2012]

Coralii (Fig. 6), a cărui schelet este constituit din carbonat de calciu, extras din apa oceanelor. Carbonatul de calciu conține un izotop de oxigen, la fel ca și urmele de metale, care pot fi utilizate pentru a determina temperatura apei în care au crescut, date care ulterior pot fi folosite pentru a reconstitui climatul în care au trăit coralii în anumite perioade de timp.[NOAA Annual,2012]

Arbori (Dendrocronologie)

O altă sursă mai sunt și copacii considerați arhive climatice variabile pentru intervalul ultimelor câteva zeci, sute, sau (în cazuri excepționale) mii de ani. Straturile exterioare moi de multe tipuri de arbori sunt depozitate în straturi milimetri gros care se transformă în lemn de esență tare. Aceste straturi anuale sunt cel mai bine dezvoltate în regiunile mijlocul lunii latitudine și de înaltă latitudine că experiența de mari schimbări climatice sezoniere.[Eckstein și al.,1981]

Ca sursă importantă de informații a variațiilor climatice sunt inelele arborilor. Răspunsul arborilor la fluctuațiile climatice se înregistrează în inelele anuale de creștere pe care le produc. Măsura cea mai directă este în ceea ce privește grosimea inelelor, care nu numai că oferă o perspectivă asupra climatului, dar, de asemenea, oferă baza datării vechimii copacilor. În general pentru studiu se folosesc arbori care au o durată lungă de viață și pot furniza date cât mai multe pentru stabilirea parametrilor climatici și de mediu în care au crescut.[Eckstein și al.,1981]

Pe baza informațiilor obținute se poate reconstitui variația temperaturii și a precipitațiilor din arealul studiat, pentru perioada din ultimele secole (Figura 7). În cazul cercetărilor de dendroclimatologie, pentru constituirea dinamicii istorice a regimului termic, se preferă stațiunile de la limita altitudinală sau latitudinală superioară, unde temperatura reprezintă principalul factor limitativ al creșterii, alegându-se arborii izolați din plafonul superior, la care efectul proceselor concurențiale care pot altera informația, sunt minime. Pentru arealul unde se efectuează studiul, se va ține cont de omogenitate care determină o calitate și o relevanță a rezultatelor obținute. [Eckstein și al.,1981]

Inelul anual oferă informații importante pentru înțelegerea variabilității climatice și a dinamicii istorice a modificărilor climei la nivel mezozonal și general. Aplicarea tehnicilor de dendroclimatologie la analiza reacției molidului și bradului la oscilațiile regimului termic și pluviometric a permis stabilirea unor modele cu suport climatic important, semnificative din punct de vedere statistic. [Eckstein și al.,1981]

2.6 Datarea arhivelor climatice

Înregistrările climatice din arhivele sedimentare mai vechi sunt datate printr-un proces care decurge în două etape. În prima etapă, oamenii de știință folosesc tehnica datării radiometrice pentru a măsura dezintegrarea izotopilor radioactivi în roci. (Izotopii sunt forme de elemente chimice care au același număr atomic, dar diferă masa atomică). Datele sunt obținute pe roci magmatice cristaline dure care odată ce au fost topite și apoi răcite capătă o formă solidă. În a doua etapă, datele obținute din rocile magmatice oferă informații asupra vârstelor rocilor sedimentare care apar în straturi între rocile magmatice și formează principalele arhive ale istoriei climatice timpurii a Pământului. [Ruddiman, 2008]

Datarea și corelarea radiometrică se bazează pe descompunerea radioactivă a unui izotop părinte la un izotop fiică. Părintele este un izotop radioactiv instabil al unui element și descompunerea radioactivă se transformă în izotop stabil al unui alt element (fiica). Această descompunere are loc la o rată cunoscută, cu o descompunere constantă, care este o măsură a probabilității unei transformări părinte – fiică pe cantitatea de bază prezentă pe unitatea de timp. Această rată de descompunere formează un ceas cu care putem măsura vechimea. [Ruddiman, 2008]

În înregistrarea perioadei geologice timpurii este folosită o metodă diferită, datarea radiocarbon, care este utilizată pe scară largă pentru sedimentele prezente în lacuri și alte tipuri de arhive purtătoare de carbon. Neutronii care se revarsă în mod constant în atmosfera Pământului din spațiu convertesc 14N (azot gazos) la 14C (un izotop instabil de carbon). Vegetalele și animalele ca formă de viață pe Pământ folosesc carbonul din atmosferă pentru a construi ambele forme cochiliile tari și țesuturile moi și o mică parte din carbon utilizat este 14C radioactiv. Moartea plantei sau a animalului oprește schimbul de carbon cu atmosfera și începe timpul de dezintegrare. 14C părinte se dezintegrează la 14N fiică, un gaz care trece în atmosferă. Cantitatea de 14C care a fost pierdută când un eșantion este analizat este măsurată prin examinarea unui izotop stabil de carbon (C2), care nu a fost îndepărtat prin dezintegrare radioactivă. Deoarece jumătate din cantitatea inițială de 14C se pierde prin dezintegrare radioactivă la fiecare 5.780 de ani, datarea radiocarbon este cel mai des folosită la 5-6 perioade de înjumătățire (înapoi cu aproximativ 30.000 de ani), dar, în unele cazuri, poate fi aplicat în ultimii 50.000 de ani sau mai mult. [Ruddiman, 2008]

O altă tehnică se bazează pe seria de dezintegrare folosind același element uraniu (U), utilizată pentru datarea rocilor magmatice, dar folosit într-un mod diferit pentru datarea coralilor. Corali din ocean încorporează o cantitate mică de 234U și 238U (dar nu 230Th) din apa de mare în scheletul său (ea înlocuind calciul). Când coralii mor, părintele (238U) se dezintegrează lent și produce 230Th în scheletul de coral. În acest caz, produsul fiica (230Th) nu este stabil, dar se dezintegrează radioactiv cu un timp de înjumătățire de 75.000 de ani. Treptat valoarea prezentă a 230Th în corali ajunge la un nivel care să reflecte un echilibru între dezintegrarea lentă a părintelui U și pierderea mai rapidă a fiicei 230Th. Timpul oferit de raportul Th / U este util pentru datarea în ultimele câteva sute de mii de ani. Această tehnică este, de asemenea, utilizată pentru datarea depozitelor de stalactite și stalagmite din peșteri.(Ruddiman, 2008)

DENDROCRONOLOGIA

3.1 Definiție

Tissescu (2001, pag. 16) afirmă că dendrocronologia este știința datării unor evenimente (istorice, ecologice, etc.), pe baza analizei variabilității structurii inelelor anuale, ea abordând și problema complexă a relației factori de mediu – creștere radială a arborilor. După Shroder (1980, p. 161) „dendrocronologia este știința generală care se ocupă cu datarea inelelor anuale de creștere ale plantelor lemnoase și cu exploatarea informațiilor de mediu asociate acestei creșteri”.

Din punct de vedere etimologic, denumirea de dendrocronologie își are rădăcinile în greaca veche. Cum dendron înseamnă arbore, chronos – timp și logos – știință, putem deduce că dendrocronologia este știința care studiază arborii dintr-o persepectivă temporală, mai exact, este o metodă științifică de datare a trecutului pe baza analizei structurii interne a arborilor.

3.2 Concepte de bază în dendrocronologie

Dendrocronologia utilizează concepte și principii proprii născute din ansamblul de cunoștințe acumulate până în prezent. Principiile sunt linii directoare care îndrumă activitățile de cercetare în domeniu și se perfecționează continuu, concomitent cu creșterea gradului de înțelegere a fenomenelor implicate în studiul dendrocronologic. Aceste principii enunță atât legități universal valabile, comune cu alte științe, cât și elemente proprii dendrocronologiei, cum ar fi protocoalele de prelevare ale probelor sau modul de datare și interpretare a caracteristicilor inelelor anuale.(Popa, 2003)

Considerăm că anterior tratării principiilor dendrocronologiei, este necesară familiarizarea cu terminologia specifică. Astfel, atunci când ne referim la datare, ne gândim la asocierea fiecărui inel de creștere anului în care acesta s-a format. Ulterior datării inelelor intervine un concept specific dendrocronologiei, numit interdatare (în engleză crossdating, Douglass, 1941). Interdatarea este metoda propriu-zisă prin care se realizează și se verifică asocierea inelului de creștere cu anul în care acesta s-a format, prin această procedură urmărindu-se eliminarea erorilor ce pot apărea în procesul de numărare a inelelor.

În timpul vieții unui arbore, asupra acestuia acționează o serie de factori ce-i vor influența creșterea și implicit caracteristicile inelelor anuale. Influența unui anumit factor va genera o reacție a arborelui regăsită în inelul de creștere, reacție numită răspuns (Shroder, 1978). Diferențierea răspunsurilor poate duce la identificarea momentului și intensității cu care a acționat un anumit factor. De pildă, o prăbușire de bolovani are ca efect ruperea părții superioare a trunchiului unui arbore. În anii următori, capacitatea de fotosinteză a arborelui fiind redusă, acesta va forma inele mult îngustate, reducerea bruscă a lățimii inelelor fiind răspunsul specific la influența factorului extern.

Am amintit mai sus despre factorii care influențează creșterea arborilor. În multitudinea de influențe se pot distinge două categorii principale: factori interni și factori externi [Popa, 2004]. Factorii interni sau intrinseci sunt aceia care țin de specie, bagaj genetic și vârsta arborelui. Ca orice ființă vie, și creșterea arborilor este dependentă de vârsta individului. Cu cât acesta este mai tânăr cu atât creșterea este mai accentuată, în termeni dendrocronologici, inelele anuale vor fi mai late, iar o dată cu îmbătrânirea arborelui se va observa o tendință generală de descreștere a lățimii inelelor. Factorii externi pot fi abiotici, biotici și antropici. Aici se includ toate influențele legate de condițiile climatice, procese geomorfologice, incendii forestiere, invazii de insecte, poluare antropică, defrișări, etc. Efectele tuturor factorilor externi vor fi ponderate de poziția arborelui în cadrul comunității forestiere din care face parte și de amplasamentul concret pe substratul fizic (Negulescu și Stănescu, 1964).

În conținutul unui inel de creștere se pot regăsi informații relevante și utile pentru o anumită analiză sau, dimpotrivă pot apărea variații aleatorii sau informații nedorite. Astfel, termenul care desemnează informația relevantă, corespunzătoare scopului urmărit este semnalul. Alături de semnal, în cadrul analizei probelor dendrocronologice, poate apărea și acel tip de informație irelevantă, generatoare de erori, care poartă denumirea de zgomot. Optimizarea raportului semnal-zgomot (în sensul maximizării semnalului și minimizării zgomotului) este o prioritate în orice studiu dendrocronologic. În funcție de specificul studiului se desemnează acea informație considerată semnal sau zgomot. Spre exemplu, se urmărește determinarea evoluției unui element climatic, să presupunem cantitatea anuală de precipitații. Semnalul va fi reprezentat de efectul indus de variația cantității de precipitații, iar orice factor extern de genul incendiilor de pădure, proceselor geomorfologice, etc. va introduce un răspuns în inelul anual considerat zgomot. Din contră, dacă studiul se concentrează pe reconstrucția incendiilor de pădure într-un anumit areal, răspunsurile asociate incendiilor vor fi considerate semnal și orice alt factor extern sau intern comunității forestiere va induce zgomot.

Conceptul de autocorelare, prezent în studiul inelelor anuale, reprezintă corelarea unei variabile cu ea însăși pe intervale temporare succesive (Speer, 2010). De pildă, în condițiile unui an foarte favorabil din punct de vedere climatic, arborii își vor inmulți frunzele și implicit mugurii vor fi mai numeroși. Acest fapt va influența pozitiv fotosinteza din anul următor, inelele anuale urmând să fie mai late, dar nu datorită condițiilor climatice corespunzătoare acestui an, ci ca urmare a unui an favorabil sau a unei perioade favorabile din trecut. În concluzie, climatul anului n influențează creșterea din anul n+1, fapt ce trebuie luat în calcul în analizele dendrocronologice. Pentru asigurarea acurateții acestor analize este necesară și calibrarea datelor obținute cu înregistrări cunoscute. Acest procedeu se realizează comparând spre exemplu, date meteorologice disponibile cu date rezultate din studiul inelelor anuale rezultând o ecuație de calibrare pe baza cărei se va realiza reconstrucția unui parametru climatic.(Popa, 2003)

În dendrocronologie se lucrează în multe cazuri cu serii dendrocronologice. O serie dendrocronologică reprezintă evoluția temporală a unei caracteristici (lățime, densitate, etc.) a inelului anual transformată prin standardizare (vezi principiul standardizării) într-o serie de indici (Popa, 2004). Seria dendrocronologică se mai numește cronologie de referință, ea fiind semnalul climatului macrozonal (Popa, 2004) și se utilizează în interdatare și calibrare.

3.3 Concepte de bază în dendrocronologie

Metoda dendrocronologică se sprijină pe un set de principii teoretice și practice, conturat o dată cu perfecționarea metodei în ultimul secol. Există 8 principii generale (Grissino-Mayer, 1996, Popa, 2004).

Principiul uniformității;

Principiul factorilor limitativi;

Principiul amplitudinii ecologice;

Principiul alegerii sitului;

Principiul modelului agregat de creștere al arborilor;

Principiul replicației;

7. Principiul interdatării;

8. Principiul standardizării.

Principiul uniformității este un principiu general valabil în geologie și în majoritatea științelor naturale. Acesta se bazează pe afirmația că „Prezentul este cheia trecutului”. Mai exact, uniformitatea stabilește că modelul de interdependență care există în prezent între factorii de influență și creșterea arborilor este valabil pentru perioade din trecut. În dendrocronologie acest principiu poate fi extrapolat și în viitor prin afirmația că „trecutul este cheia viitorului”.(Popa, 2004).

Principiul uniformității este punctul de plecare în orice cercetare dendrocronologică și se consideră a fi îndeplinit în momentul inițierii oricărui studiu. În mod concret, uniformitatea se referă la faptul că o cât mai pertinentă interpretare a relației dintre condițiile de mediu și caracteristicile inelelor de creștere din prezent, certifică posibilitatea de a extrapola această conexiune pentru perioade oricât de lungi din trecut, și de asemenea, de a realiza previziuni pentru evoluții viitoare ale fenomenelor și proceselor implicate. (Popa, 2004)

Spre exemplu, uniformitatea este funcțională pentru reconstrucțiile climatice. În urma analizei evoluției unui anumit factor climatic (precipitații, temperatura aerului, etc.) și evoluției unei caracteristici a inelului anual (lățime totală, lățime a lemnului timpuriu sau târziu, densitate, etc.), există posibilitatea de identificare a unei corelații. O dată dovedită această corelație și realizată calibrarea, se pot realiza reconstucții climatice pentru perioade trecute în care nu au existat înregistrări meteorologice. (Popa, 2004)

Principiul factorilor limitativi este un principiu de bază din biologie adaptat la dendrocronologie care afirmă că procesul de creștere al arborilor are loc în măsura în care îi permite factorul cel mai limitativ. Identificarea acestui factor joacă un rol hotărâtor în corectitudinea concluziilor dendrocronologice. Popa (2004, pag.24) afirmă că „interdatarea seriilor de creștere se poate realiza numai dacă unul sau mai mulți factori de mediu devin limitativi, persistă pe o perioadă de timp suficient de lungă și acționează pe o arie geogafică suficient de largă pentru a determina aceeași reacție la un număr mare de arbori.” (Popa, 2004).

În zonele reci (din punct de vedere latitudinal sau altitudinal), temperatura reprezintă factorul climatic limitativ, deoarece arborii situați în aceste zone sunt mult mai sensibili la fluctuațiile temperaturii decât la variații ale altor elemente climatice. Precipitațiile devin factorul limitativ în arealele în care acestea sunt mai puțin frecvente (zonele aride), ceea ce are ca efect creșterea sensibilității plantelor la apariția acestui factor și la fluctuațiile sale. De asemenea, precipitațiile devin factor limitativ în regiunile în care substratul geologic sau caracteristicile particulare ale reliefului (declivitatea) nu favorizează reținerea apei pluviale (Popa, 2004).

Principiul amplitudinii ecologice este conectat de termenul de areal al speciei. În cazul plantelor, arealul reprezintă teritoriile pe care se extinde populația unei specii, reflectând capacitatea sa de expansiune în raport cu anumiți factori limitativi (Popa, 2003).

Fiecărei specii de arbori îi este propice o anumită zonă latitudinală și altitudinală, în cadrul căreia se va dezvolta în mod preponderent. Acest principiu se aplică în strânsă corelație cu principiul factorior limitativi, în sensul că indivizii care trăiesc în interiorul habitatului natural vor fi mai puțin influențați de către factorii limitativi, pe când indivizii care vegetetează la limita arealului vor fi mai sensibili la influențele acestor factori. Respectând acest principiu într-o cercetare dendroclimatologică, spre exemplu, în care se dorește realizarea unei reconstrucții a temperaturii aerului într-un areal montan înalt, se vor alege acei arbori care trăiesc la limita altitudinală superioară (Popa, 2004).

Principiul selectării sitului de prelevare este subordonat principiului factorilor limitativi și se aplică concomitent cu acesta. Situl de prelevare și arborii selectați pentru studiu sunt elemente vitale pentru maximizarea rezultatului urmărit. Alegerea unui sit potrivit (Foto 1), prin care se reușește eliminarea influenței cât mai multor factori este unul din premisele unei cercetări de succes. De asemenea, în cadrul sitului este necesară selectarea indivizilor care sunt cei mai reprezentativi, în funcție de scopul urmărit(Popa, 2002).

Principiul modelului agregat de creștere al arborilor servește la separarea influenței diverșilor factori prin aplicarea unei relații matematice care are expresia unei funcții liniare. Modelul agregat de creștere al inelelor anuale a fost definitivat de Cook (1992).

Principiul standardizării se referă la eliminarea creșterilor diferențiate rezultate din avansarea în vârstă a arborilor și din impactul perturbărilor endo- și exogene. Standardizarea se folosește în elaborarea seriilor dendrocronologice de referință (Popa, 2004), pentru separarea semnalului climatic. Practic, procesul de standardizare presupune calcularea tendințelor de creștere și aplicarea unei formule matematice inverse decât cea obținută pentru tendință. Seriile standardizate sunt folosite și în alte ramuri ale dendrocronologiei, pentru datarea anumitor evenimente care au dus la moartea arborelui studiat.

Principiul repetabilității susține că diminuarea zgomotului și valabilitatea rezultatului oricărei cercetări dendrocronologice presupun prelevarea unui număr cât mai mare de probe. Astfel, dintr-un arbore este necesară prelevarea a cel puțin două probe cu scopul de a reduce zgomotul intra-individ (în unele studii dendrogeomorfologice este recomandată prelevarea a 3 sau chiar a mai multor carote din același arbore), iar pentru un sit este optimă prelevarea de probe din cel puțin 20 de arbori (Frittz, 1976). Cu cât există mai multe probe de analizat dintr-o stațiune, cu atât avem mai multe răspunsuri de creștere la aceiași factori de influență, ceea ce optimizează raportul semnal – zgomot.

Principiul interdatării (Figura 8) reprezintă elementul propriu și esențial al dendrocronologiei și, în același timp, fundamentul practic al metodelor de studiu. Interdatarea este explicată de către Henri D. Grissino Mayer (1996), ca fiind metoda care permite aflarea exactă a anului corespunzător formării fiecărui inel de creștere, prin potrivirea secvențelor unor caracteristici ale inelelor, precum lățime, culoare, densitate, etc. Exprimat prima oară de fondatorul A.E.Douglass, principiul interdatării permite corelarea unor probe prelevate din arbori vii cu probe prelevate din arbori fosili sau bușteni folosiți în construcții, putându-se astfel realiza „întoarceri în timp” care să nu depindă de „speranța de viață” a unui arbore (Popa, 2002).

Perioada de timp pentru care se realizează interdatarea trebuie să fie suficient de lungă pentru a include ani în care factorii climatici au constituit un factor limitativ pentru creșterea arborilor și au lăsat amprente specifice și ușor de identificat (Popa, 1999).

Figura 8. Exemplifcarea procesului de interdatare între mai multe probe extrase din diferite surse: arbori

vii, construcții din lemn și arbori fosili. După „potrivirea” secvențelor caracteristice se poate obține o cronologie

de referință (după: https://www1.ethz.ch, 2012)

O simplă numărare a inelelor nu garantează corectitudinea rezultatelor. Este posibilă apariția unui inel fals sau lipsa unui inel într-o anumită probă, ceea ce va induce o eroare în atribuirea anului de formare a unui anumit inel . Probele dendrocronologice trebuie comparate între ele, identificate inelele caracteristice (anii marker) și pe baza acestora, realizată interdatarea (Popa, 2004).

Există mai multe metode de interdatare, acestea evoluând de-alungul timpului de la metodele vizuale (Figura 10) dezvoltate de Douglass la metodele automate realizate cu ajutorul unor programe de interdatare.

Figura 10. Interdatarea prin compararea vizuală a problelor este procedeul de bază al oricărui studiu dendroconologic

Plotarea Skeleton (Fig. 11) este tehnica de bază a interdatării clasice, inventată de A.E. Douglass în deceniul I al secolului al XX-lea. În mod concret, această metodă constă în trecerea pe hârtie milimetrică a mai multor probe, fiecare an reprezentând un milimetru, începând cu anul colectării probei până la cel mai interior an identificat pe aceasta. Pe lungimea destinată fiecărei carote se noteză inelele cele mai înguste și inelele cele mai late (anii marker), dintr-o succesiune de inele. Speer (2010), recomandă ca sectoarele analizate să conțină 7 inele. Inelele înguste vor fi notate cu o linie lungă iar inelele late cu o linie scurtă. Există posibilitatea comparării mai multor carote în același timp și identificarea neconcordanțelor apărute între lățimile extreme ale inelelor. Prin acest procedeu se va diminua și chiar elimina riscul unei interdatări eronate datorată apariției inelelor false sau a celor absente. Eficiența acestei metode poate fi îmbunătățită prin combinarea cu metoda memorării și metoda listelor.(Chiroiu, 2011)

Metoda memorării constă în identificarea în primele carote analizate a inelelor marker (sau reprezentative), memorarea acestora și verificarea lor pe fiecare carotă analizată ulterior memorării. Metoda listelor presupune întocmirea unei liste cu inelele înguste, inelele late și succesiunile caracteristice de inele, iar pe baza acestei liste se verifică fiecare carotă analizată. Avantajele acestor metode vizuale față de metodele automate constau în posibilitatea identificării anumitor caracteristici ale inelelor (lățimea lemnului timpuriu și respectiv a lemnului târziu, raportul dintre aceste lățimi, nuanța inelelor, etc.), interdatarea realizîndu-se pe baza mai multor elemente decât doar pe baza lățimii absolute măsurată de un program.

Figura 11. Plotarea skeleton: Grafic realizat în etapa de interdatare a studiului dendroclimatologic efectuat în Masivul Domogled în 2011. Corelațiile dintre cei 15 arbori (pe 150 de ani) sunt vizibile, fiind ușor de identificat anii marker (liniile roșii lungi reprezintă inelele cele mai înguste, liniile albastre scurte – inelele cele mai late, iar sectoarele hașurate atrag atenția asupra unei perioade cu inele succesive foarte înguste care pot fi semnale ale unor factori perturbatori non-climatici) (Chiroiu, 2011).

După realizarea interdatării prin metode vizuale, se trece la verificarea acesteia cu programul COFECHA, realizat de dendrocronologul Richard Holmes (Holmes, 1983). Acest program a devenit cu timpul un etalon în ceea ce privește verificarea corectitudinii procesului de interdatare, cei mai mulți cercetători folosindu-l pentru controlul calității analizei. Înainte de apariția acestui program, dendrocronologii apelau pentru verificarea interdatării la ajutorul unui alt dendrocronolog. Această a doua interdatare era confruntată cu prima, validând sau invalidând rezultatul procesului. În prezent, verificarea este preluată de programul COFECHA, un program care rulează în sistemul de operare DOS și al cărui fișier de ieșire conține infromații cu privire la lățimile fiecărui inel, la corelațiile existente între două carote și între o carotă și cronologia de referință, semnalează eventualele poziții în care ar putea exista un inel fals sau unul absent, realizează o standardizare de bază pentru a putea compara mai ușor carote extrase din arbori de diferite vârste, și validează în final interdatarea (se consideră că un coeficient de corelație acceptabil ar trebui să depășească 0,30).

3.4 Metode de prelevare și analiză

Pentru a preleva carotele de studiu este necesar a folosi un echipament (Figura 12) specific compus din:

– Burghie Pressler (diametru de 5.15mm., și lungimi de 300 și 400mm.).

– kit de desfundare, curățare și ascuțire compus din: spray WD-40, bețe chinezești de lemn, pietre de ascuțire de diferite granulații, nisip și ceară.

– fiersătraie mici pentru curățarea zonei din care se extrage carota, și un fierăstrău mare pentru eventualele secțiuni transversale.

– GPS pentru notarea coordonatelor fiecărui arbore eșantionat (localizarea exactă a arborilor este importantă pentru estimarea extensiunii spațiale a evenimentelor).

– aparat foto.

– paie de plastic pentru stocarea și transportul carotelor. – busolă și clinometru.

– carnet de teren și instrumente de scris (pixuri, creioane și markere permanente).

– metru de croitorie pentru măsurarea circumferinței arborilor .

– mănuși fără degete.

– spray cu vopsea pentru marcarea arborilor aleși.

– briceagul Victorinox, baterii, rucsacul de teren în care să intre toate materialele, hartă, imagini satelitare sau aerofotograme cu o rezoluție cât mai mare, sfoară de cânepă.

– macetă pentru tufe și crengi.

Prelevarea de probe de creștere, în vederea măsurării parametrilor inelelor anuale, se realizează prin diferite metode:

Metoda distructivă prin doborârea arborilor și prelevarea de rondele de la diferite înălțimi;

Metode nedistructive prin prelevarea de carote folosind burghie speciale Pressler

Metode moderne de măsurare a variației densității prin folosirea de aparate de măsură cu ultrasunete și metode tomografice.

Cea mai utilizată metodă este cea a carotelor obținute prin folosirea burghielor Pressler, cu lumgimi de 40-80cm, pentru extragerea unor carote complete (de la scoartă până la mijlocul arborelui) În funcție de diametrul arborelui. Carotele recoltate sunt transportate în tuburi speciale din plastic sau hârtie, asigurându-se uscarea lentă a acestora. După uscare carotele sunt lipite pe suporti speciali de lemn și sunt șlefuite pentru a pune în evidență inelele de creștere. La unele specii se aplică tratamente chimice pentru a se putea observa contrastul dintre lemnul timpuriu și lemnul târziu sau se aplică un strat de ulei de in. Rondelele se prelucrează identic ca și carotele.

Măsurarea lățimii inelului anual a arborilor poate fi analizată din punct de vedere al variabilității în timp a lățimii totale a inelului anual, al lățimii inelului anual diferențiată în raport cu lemnul târziu și lemnul timpuriu, al densității și structurii precum și din punctul de vedere al compoziției chimice.

Metodele de măsurare a acestor parametrii ai inelului anual variază de la simpla analiză vizuală a caracteristicilor generale ale inelului anual la metode sofisticate, cum sunt analiza densitometrică cu raze X, analiza de imagine sau tehnicile spectrometrice. Metodele moderne de analiză dendrocronologică, respectiv cele bazate pe studiul variației concentrației diferiților compuși chimici sau datarea cu C14 sau cu alți izotopi sunt condiționate de o aparatură extrem de sofisticată și costisitoare, limitând cercetările în această direcție.

Măsurarea lățimii inelului anual, diferențiată sau nu în raport cu lemnul târziu și timpuriu, se poate realiza prin mai multe metode: măsurarea lățimii inelului anual cu ajutorul unei rigle sau șubler, utilizând metoda valorilor individuale sau cumulate; măsurarea lățimii inelului anual la binocularul cu scăriță; metode semiautomatizate de măsurare având la bază sisteme optice de tip microscop combinate sau nu cu sisteme informatice și sisteme informatice integrate automate sau semiautomate de măsurare a lățimii inelului anual bazate pe tehnicile de analiză de imagine (Vitas, 1998).

Astfel în cadrul Stațiunii Experimentale de Cultura Molidului Câmpulung Moldovenesc a fost pusă la punct o metodă de măsurare a lățimii inelului anual bazată pe scanarea carotei și determinarea grosimii inelului anual prin intermediul unor coeficienți de calibrare (Cenușă, 1996). Ulterior, metoda a fost îmbunătățită prin integrarea ei într-un sistem informatic semiautomat de măsurare a lățimii inelului anual rezultând aplicația informatică CAROTA2.1., versiune ce constituie o perfecționare a programului CAROTA 1.0. (Popa, 1999).

3.5 DENDROCRONOLOGIA – CLIMA

O subramură a dendrocronologiei este dendroclimatologia care studiază inelele de creștere a arborilor (Fig. 13) și stabilește relațiile dintre aceste inele prin metode specifice, identificând schimbările climatice și evenimentele survenite în ecosistemele forestiere în retrospectivă. (Popa, 2003)

În general pentru studiu se folosesc arbori care au o durată lungă de viață și pot furniza date cât mai multe pentru stabilirea parametrilor climatici și de mediu în care au crescut. Pentru corelarea informațiilor se folosesc carotele prelevate din mai mulți arbori de pe arealul studiat, pentru o acuratețe cât mai mare a rezultatelor obținute. (Popa, 2003)

Pe baza informațiilor obținute se poate reconstitui variația temperaturii și a precipitațiilor din arealul studiat, pentru perioada din ultimele secole. În cazul cercetărilor de dendroclimatologie, pentru constituirea dinamicii istorice a regimului termic, se preferă stațiunile de la limita altitudinală sau latitudinală superioară, unde temperatura reprezintă principalul factor limitativ al creșterii, alegându-se arborii izolați din plafonul superior, la care efectul proceselor concurențiale care pot altera informația, sunt minime. Pentru arealul unde se efectuează studiul, se va ține cont de omogenitate care determină o calitate și o relevanță a rezultatelor obținute.

Inelul anual oferă informații importante pentru înțelegerea variabilității climatice și a dinamicii istorice a modificărilor climei la nivel mezozonal și general. Aplicarea tehnicilor de dendroclimatologie la analiza reacției molidului și bradului la oscilațiile regimului termic și pluviometric a permis stabilirea unor modele cu suport climatic important, semnificative statistic.

Variația creșterii radiale a arborilor poate fi corelată cu variația unuia sau a mai multor parametri climatici, cunoscuți ca fiind determinanți ai proceselor de creștere. Astfel, este posibilă găsirea unei relații statistice între creștere și factorii de mediu, care poate fi utilizată la deducerea sau reconstrucția variațiilor trecute ale parametrilor climatici, în baza variațiilor parametrilor inelului anual. Lățimea inelului anual al arborelui variază de la an la an într-o manieră mai mult sau mai puțin regulată, o mare parte din această variabilitate fiind datorată condițiilor climatice particulare, anterioare și actuale, ale perioadei de creștere activă. Intensitatea relației dintre inelul anual și parametrii climatici depinde de amplitudinea ecologică a speciei, de proximitatea condițiilor climatice extreme, de amplitudinea de variabilitate a factorilor care influențează creșterea. Variația caracteristicelor inelului anual poate fi corelată cu variația unuia sau mai multor factori de mediu, cu influență asupra proceselor biologice care contribuie la formarea inelului anual. Analizele de dendroclimatologie au pus în evidență gradienți în raport cu altitudinea. (Popa, 2003)

Din punct de vedere al dendroclimatologiei, variația lățimii inelului anual sau a unui alt parametru al acestuia, indusă de factorii climatici, este similară cu semnalul dintr-un sistem de comunicație, variațiile datorate factorilor non-climatici fiind asimilate cu zgomotul asociat semnalului. Conform acestei similitudini, seriile de indici de creștere din zonele cu un climat optim, pentru o anumită specie, au un raport semnal zgomot redus, în comparație cu seriile dendrocronologice pentru arborii de la limita arealului, care prezintă un raport semnal zgomot ridicat. Astfel, arborele reprezintă un adevărat fitoclimatograf de mare sensibilitate cu durată de funcționare de ordinul a sute de ani, capabil să înregistreze și să depoziteze informații privind acțiunea factorilor de mediu (Popa, 2002).

Factorii climatici cercetați

Identificarea parametrilor climatici determinanți ai procesului de creștere radială presupune cunoașterea proceselor fiziologice de creștere, verificarea acestor ipoteze putându-se realiza fie prin metode de analiză grafică comparativă, fie prin metode statistice de analiză a corelației. Analiza statistică a gradului de asociere a indicilor de creștere și parametrii climatici oferă o cuantificare și fundamentare matematică a corelației. Coeficientul de corelație măsoară varianța relativă (covarianța), care este comună în cele două seturi de date. Aceasta reflectă întreg spectrul de variație a seriilor de indici, incluzând atât semnalul de joasă frecvență, cât și cel de înaltă frecvență. (Popa, 2003)

Astfel dendroclimatologia utilizează inelul anual pentru studierea și reconstituirea climatului prezent și din trecut ( variația temperaturilor și a precipitațiilor, dintr-o anumită zonă în ultimele secole). Climatul general comun pentru toți arborii dintr-o anumită zonă geografică este influențat de:

Temperatură;

Precipitații;

Rezervele de apă din sol;

Evapo-transpirația;

Alți factori climatici cu influență directă și semnificativă asupra proceselor fiziologice de creștere ( depind de arealul studiat în funcție de longitudine, latitudine și altitudine).

În cercetările dendroclimatologice, care au ca obiectiv reconstituirea dinamicii istorice a regimului termic, se preferă stațiunile de la limita altitudinală sau latitudinală superioară, unde temperatura reprezintă principalul factor limitativ al creșterii și se vor alege arbori izolați, din plafonul superior, la care efectul altor procese perturbatoare este minim. Selecția stațiunii implică limitarea la maximum a numărului de factori, eliminând variabilele care nu sunt relevante pentru scopul cercetării. (Popa, 2003)

Curba de creștere medie este tipică unui arboret de limită, omogen din punct de vedere structural, cu o creștere activă în primele 3 decenii, urmată de o reducere progresivă și continuă a proceselor auxologice ca urmare a intensificării proceselor concurențiale. Nu se remarcă prezența unor perturbări majore în arboret, fiind situat pe un versant adăpostit. (Popa, 2003)

Foarte evident este anul 1946-1947, an foarte secetos conform înregistrărilor meteorologice, an care, alături de 1913, constituie principalii ani caracteristici ai acestei serii dendrocronologice. Sensibilitatea seriei dendrocronologice reziduale este ridicată (0,16), variabilitatea explicată de prima componentă principală fiind de 47%. Raportul semnal-zgomot este de 10,27 determinând un procent al semnalului comun de 91%, corelația medie dintre probele de creștere individuale și seria dendrocronologică fiind de 0,68. De remarcat este perioada 1980-1990 care, în această situație, este mai puțin pronunțată, atât în seria dendrocronologică, cât și în curba de creștere medie. Omogenitatea ridicată a curbei de creștere și a seriei medii de indici de creștere se datorează în mare parte și perioadei relativ mici acoperite de probele de creștere. (Popa Ionel, 2003)

Ceea ce diferă este însă amplitudinea modificărilor de la an la an, schimbări semnificative ale regimului temperaturilor sau precipitațiilor neavând întotdeauna un efect similar asupra ritmurilor de creștere radială. Dacă la începutul sezonului de vegetație corelația dintre temperaturi și indicii de creștere este pozitivă, în lunile de vară dinamica indicilor de creștere este invers proporțională cu regimul termic. (Popa, 2003)

Astfel datorită variațiilor de temperatură apare un inel fals (Figura 14) reprezentat ca o bandă mai închisă la culoare pe suprafața lemnului timpuriu sau ca o bandă mai deschisă pe suprafața lemnului tîrziu, fiind numit și inel de variabilitate intraanuală. Motivul formării unui astfel de inel este apariția unei schimbări bruște a condițiilor climatice, sau influența punctuală a unui factor perturbator extern. Spre exemplu, dacă în timpul formării lemnului timpuriu apare o perioadă mai rece sau mai secetoasă, arborele va produce celule cu pereții mai ingroșați (Schweingruber, 1988). Revenirea condițiilor climatice la normal va determina revenirea la producerea celulelor caracteristice lemnului timpuriu, astfel formându-se o bandă în interiorul lemnului timpuriu, care la o privire superificială ar putea fi inerpretată ca fiind lemnul târziu format în anul respectiv. La o analiză mai atentă, însă, se va observa că dimensiunea celulelor nu s-a micșorat, ci doar grosimea pereților este mai mare, și trecerea la o grosime mai mică a pereților celulari se va face treptat, și nu brusc, cum este caracteristic tranziției de la un an la altul.

Figura 14. Exemplificarea situației în care, din anumite motive fiziologice, arborele formează inele parțial absente. Cu săgeată este marcat locul în care se întrerupe continuitatea formării inelului pe toată circumferința trunchiului. (Speer, 2010)

Inelul de îngheț sau frost ring apare când temperatura coboară sub nivelul de îngheț în timpul sezonului de vegetație. Cambiul va fi afectat, și apa din celulele care se află în partea cea mai exterioară a trunchiului va îngheța generînd un inel caracteristic, precum cel din Figura 15.

În timpul procesului de interdatare este necesară o atenție sporită pentru a evita erorile rezultate din neidentificarea inelelor false, absente sau incomplete. Alte anomalii precum inelele de îngheț sau lemnul de reacție pot fi indicatori foarte preciși ai unui eveniment și pot ajuta în inerdatare, fiind considerați ani de referință.

Figura 15. Inelul de îngheț (sursa: http://www.earth.columbia.edu, 2012)

Alegerea cu prioritate a perioadei de timp precum și a factorilor meteorologici cu influență asupra proceselor de creștere radială depinde de particularitățile regiunii ecologice, a speciilor analizate, a datelor disponibile etc. În ceea ce privește perioada de analiză, majoritatea cercetătorilor au ajuns la concluzia că sezonul de vegetație actual și cel precedent oferă suficiente informații privind influența factorilor climatici asupra creșterii. Includerea în analiză a doua sau mai multe sezoane de vegetație anterioare (Becker et al., 1995) nu are, în general, o explicație biologică concludentă. Din punct de vedere al factorilor de mediu, pe lângă parametrii meteorologici clasici – temperaturi și precipitații lunare sau combinații ale acestora – pot fi utilizate date privind disponibilitatea resurselor de apă din sol, gradul de insolație, temperaturi minime, maxime, suma zilelor cu anumite temperaturi. (Popa, 2003)

STUDIU DE CAZ

4.1 Considerații generale

În dendroclimatologie, obiectivul major este de a obține informații cu privire la variația climei, în funcție de modul în care răspunde inelul de creștere anual al copacilor, sub influența factorilor climatici în principal temperatura și precipitațiile.

În general temperatura și precipitațiile sunt principalii factori climatici care influențează creșterea dimensiunii unui inel de creștere la un copac. Inelul de creștere este influențat și de zona climatică, astfel în zona temperată contează foarte mult alternanța sezonieră, primăvară, toamnă. Evoluția climatică primăvara influențează formarea lemnului timpuriu atât ca dimensiune cât și ca densitate, iar toamna influențează dimensiunea și densitatea lemnului târziu.

Pentru speciile de foioase cum sunt stejarul, fagul, au un vârf de creștere pentru lemnul timpuriu în perioada mai-iunie, unde au un răspuns pozitiv la precipitații și fiind un plin sezon de vegetație și temperatura în perioada septembrie-octombrie, când este sezonul în care se formează lemnul târziu ce va proteja copacul pe timpul iernii. În general lemnul timpuriu va avea o densitate mai mică comparativ cu lemnul târziu.

În acest studiu de caz se vor folosi ca materiale carote de la specia fag, din pădurea de lângă localitatea Luncavița, din Valea Făgetelor, din Munții Măcinului, obținute de la Dr. Ing. Ionel Popa, din cadrul „National Research and Development Institute for Silviculture Marin Dracea”, Forest Research Station for Norway Spruce Silviculture, Calea Bucovinei, nr. 73bis, Câmpulung Moldovenesc, România, precum și informații despre variațiile de temperatură și precipitații pe perioada 1961-2007.

Rezervația are o suprafață totală de aproximativ 154 hectare, fiind situată în perimetrul Parcului Național Munții Măcinului, în apropiere de localitatea Luncavița. Rezervația forestieră este ca o insulă relictară de fagi, care s-a dezvoltat într-o vale cu umiditate ridicată, unde pot fi întâlnite exemplare de fag cu dimensiuni de aproximativ 1m diametru și 38-40m înălțime.

4.2 Metode de selecție

Pentru a analiza variația dimensiunilor inelelor de creștere în funcție de cantitatea de precipitații și temperatură, s-a ales perioada 1961-2007, pentru 31 carote. Astfel s-a făcut corelația multiplă a carotelor și în urma rezultatelor obținute, s-a efectuat o selecție pentru un pachet de carote care se coreleaza pe o valoare mai mare de 0,5 și un pachet de carote care se corelează pe o valoare mai mică de 0,3, pentru analiza comparativă cu cantitatea de precipitații și temperatura.

Astfel au fost selectate 6 carote cu o corelație mai mare de 0,5 și 7 carote cu o corelație mai mică de 0,3. Ulterior s-a făcut corelația între carotele selectate, cu temperatura pe fiecare lună în parte și cu precipitațiile lunare, pentru perioada analizată.

Pentru grupele de carote selectate s-a corelat cu temperatura medie anuală și cantitatea medie de precipitații anuală, pentru perioada analizată.

S-a folsit metoda grafică construindu-se grafice pentru:

variația dimensiunii în grosime a inelelor de creștere pentru toate carotele;

corelația fiecărei grupe de carote cu temperatura;

corelația fiecărei grupe de carote cu precipitațiile;

variația dimensiunii în grosime a inelelor de creștere pentru fiecare grupă selectată;

variația temperaturii pentru fiecare lună în perioada analizată (1961-2007);

variația cantității de precipitații pentru fiecare lună în perioada analizată (1961-2007);

variația temperaturii medii anuale pentru perioada analizată (1961-2007);

variația cantității medii anuale de precipitații pentru perioada analizată (1961-2007);

4.3 Rezultate obținute

Analiza relației dintre climă și creșterea inelelor, arată influența factorilor climatici studiați, temperatura și precipitațiile, care arată un răspuns diferențiat și neconforme cu așteptările, observându-se reacții negative la temperatură pe perioada de vârf de vegetație în lunile mai, iunie, iulie, care sunt considerate ca fiind perioadele în care se dezvoltă lemnul timpuriu, la carotele cu corelații mai mari de 0,5 și reacții pozitive la cantitatea de precipitații în aceeași perioadă.

La carotele cu corelații mai mici de 0,3 s-a observat o reacție negativă mult mai semnificativă în aceeași perioadă a anului (mai, iunie, iulie) și racții pozitive la cantitatea de precipitații mai mari decât la carotele cu corelația dmai mare de 0,5 pentru perioada analizată.

Din rezultatele obținute se ajunge la concluzia că fagul are reactii negative sau indiferente față de variațiile de temperatură, dar are sensibilitate marită la variațiile cantității de precipitații.

Posibili factori care influențează aceste reacții pot fi:

locul unde au crescut arborii (periferie sau interiorul pădurii);

înclinația pantei pe care au crescut;

vârsta arborelui din care s-a extras carota (arborii tineri au reacții mai mari comparativ cu cei seculari);

proprietățile solului (zona Munților Măcinului sunt cunoscuți ca fiind într-o zonă aridă);

umiditatea din sol (este cunoscut că în zona Valea Făgetului pânza freatică este aproape de suprafață între 3 și 5m);

prezența curenților de aer;

CONCLUZII

Paleoclimatologia are o importanță deosebită pentru studiul evoluției climei și mediului ambiant, în diverse ere geologice și ajută la crearea bazelor de date cu privire la evoluția globală din cele mai vechi timpuri până în prezent a variațiilor climatice, a florei și faunei, direct dependentă de climă.

Prin studiile și cercetările efectuate pe eșantioane extrase din diferite zone și areale, cum ar fi din calotele glaciare, ghețari, sedimente de pe fundul lacurilor, mărilor și oceanelor, a polenului, a inelelor arborilor cu o durată de creștere mare, a fosilelor conservate în gheață sau în roci sedimentare, a recifelor de corali și alte surse adiționale, se obțin date importante care pot stabili evoluția climei pe perioade foarte mari de timp, precum și evoluția florei și faunei.

Studiul schimbărilor climatice, de asemenea, ne ajută să înțelegem modul în care oamenii influențează sistemul climatic al Pământului. Recordul climatic înregistrat în ultimii o mie de ani arată în mod clar că temperaturile globale au crescut în mod semnificativ în secolul 20, și că această încălzire globală este fără precedent în ultimii 1200 de ani. Recordurile paleoclimatice, de asemenea, ne permit să examinăm cauzele schimbărilor climatice din trecut și ne ajută să descoperim cât de mult poate fi explicată încălzirea globală din secolul 20 prin cauze naturale, cum ar fi variația solară, și cât de mult poate fi explicată prin influențe umane.

Prin realizarea de modele evolutive din trecutul istoric al modificărilor climatice ale Terrei, prin model comparativ putem crea o prognoză evolutivă probabilă în viitor și prin diferite metode să prevenim o catastrofă climatică datorită influenței umane, prin corectarea preventivă a erorilor de exploatare și folosire a mediului în care trăim.

BIBLIOGRAFIE

Borroughs, W.J., 2007. Climate Change a Multidisciplinary Approach, second edition, Edited Cambridge University Press.

Eckstein, D., Aniol, R.W., 1981. Dendroclimatological reconstruction of the summer temperature for an alpine region. Mitteilungen der Forstlichen Bundesversuchsanstalt

Frittz, H.C., 1965. Tree-ring evidence for climatic changes in western North America. Mon. Weather

National Oceanic and Atmospheric Administration, National Climatic Data Center. State of the Climate Global Analysis – Annual 2012;

Popa, I., 2003a. Dendrocronologia în România. Realizări și perspective. În Giurgiu, V., Contribuții științifice în dendrometrie, auxologie forestieră și amenajarea pădurilor. Editura Academiei Române. București.

Popa, I., 1999. Aplicații informatice utile în cercetarea silvică. Programul CAROTA și programul PROARB. Revista Pădurilor, 1999, Suceava.

Popa, I., 2002. Elaborarea de serii dendrocronologice pentru molid, brad și gorun cu aplicabilitate în dendroclimatologie și dendroecologie. Referat științific final. ICAS. Câmpulung Moldovenesc,

Ruddiman, F.W., 2008. Earth’s Climate – Past and Future, second edition, Edited W. H. Freeman and Company, United State of America.

Vitas, A., 1998. Dendroclimatological research of spruce forests in the west and central Lithuania. Mater Thesis. Vytautas Magnus University. Kaunas.