In het boek ‘Wat bomen ons vertellen’ beschrijft de Vlaamse auteur Trouet wat er valt af te lezen uit jaarringen van bomen. Trouet heeft de Jan Wolkersprijs 2020 gewonnen voor ‘Het beste natuurboek van het jaar’. In haar boek beschrijft Trouet, als dendrochronoloog werkzaam aan de universiteit van Arizona, onder meer hoe onderzoek aan jaarringen kan bijdragen over kennis van het verleden. Een interessant, onderhoudend en relevant boek! Bijgaand enkele opvallende bevindingen (teksten ontleend aan het boek).
Ouderdom
Trouet begint in de proloog met een controverse die in 1999 ontstond over de authenticiteit van de Messias, de legendarische viool van Antonia Stradivari. Hoe oud was deze nu echt? Was de viool uit 1716 of later in de achttiende eeuw? Uitgebreid onderzoek aan de hand van jaarringen moest aantonen dat het bouwjaar 1716 of vroeger was. Met behulp van dendrochronologie (dendros betekent boom in het Grieks; chronos betekent tijd) is in 2016 een definitief uitsluitsel gegeven: Met een referentie databank voor Italiaanse snaarinstrumenten kwamen de jaarring patronen overeen met een andere viool uit 1724, waarvan het hout gedateerd werd in de jaren tachtig van de zeventiende eeuw.
Inzicht in klimaat
Aan de jaarringen van het hout kun je niet alleen exact de leeftijd van het hout vaststellen. Het jaarringonderzoek biedt ook inzicht in de gevolgen van klimaatverandering van vele eeuwen geleden. Op basis van die inzichten stelt Trouet in haar boek dat de huidige opwarming van de aarde desastreus is voor de planeet. ‘Voor het eerst in de geschiedenis van de mensheid bezitten we, dankzij eeuwen van wetenschappelijke ontdekkingen en onderzoeken, voorkennis over de klimaatveranderingen die ons te wachten staan. We kunnen dankzij de jaarringen niet alleen beter begrijpen hoe oude samenlevingen met onverwachte klimaatveranderingen zijn omgegaan. De verhalen die jaarringen ons vertellen – fluisterend en schreeuwend – kunnen ons inspireren inventieve manieren te bedenken om de ernstigste gevolgen ervan te verzachten en te beïnvloeden.’
Toch is dit gek: hoe kun je klimaatveranderingen die millennia geleden hebben plaatsgevonden, dateren aan de hand van jaarringen uit bomen? De meeste levende bomen worden maximaal 300 of 400 jaar oud. Meer hierover in het boek The hidden life of trees. Nu is het zo dat bomen in Noord-Amerika een stuk ouder kunnen worden. In 1929 had Douglas, een Amerikaanse dendrochronoloog, levende-bomenchronologie teruggevoerd tot 1260 n. Chr. Daarnaast had hij een zwevende chronologie opgebouwd aan de hand van archeologisch hout die een tijdsbestek overspande van 585 jaar. Uiteindelijk is het Douglas gelukt om aan de hand van een houten balk uit een ruïne van voormalige woningen van inheemse bewoner een koppeling aan te brengen tussen de levende-bomenchronologie en de zwevende chronologie. Zie ook onderstaande figuur. Uiteindelijk heeft hij ge gehele christelijke jaartelling weten te omvatten met een exact op jaarbasis gedateerd jaarringen archief.
Jaarringpatronen
Jaarringen chronologieën zijn locatie/regio gebonden. Inmiddels zijn er jaarring databanken voor meer dan 4.000 plaatsen. Jaarringen geven informatie over het klimaat. De groei van een boom wordt bepaald door de voedingsstoffen, beschikbaarheid van water en licht. In de droge regionen van het Amerikaanse zuidwesten wordt de groei grotendeels bepaald door de hoeveelheid water die een boom krijgt. In de Europese Alpen is het niet de neerslag maar de vraag of de zomers koel of warm zijn geweest. Sommige bomen, zoals de ponderosaden, hebben duidelijke ringen, komen veel voor en leven relatief lang. Het patroon van de jaarringen lijkt op een morsebericht (breed-smal-breed-breed-smal), dat onderscheidend is en herkenbaar in al het hout uit die streek. Daardoor kun je de patronen in levende en dode bomen, in historische gebouwen en archeologisch hout en zelfs in houtskool en subfossiel hout met elkaar matchen. Dit heet kruisdatering. Zo is bijvoorbeeld het jaar 1580 een zeer droog jaar in het zuidwesten van Verenigde Staten geweest: de meeste bomen hebben in dat jaar een uiterst smalle ring gevormd. Daardoor kun je het jaar 1580 als ijkjaar gebruiken. Het dient als referentiepunt om hout van een onbekende leeftijd te dateren en de jaarringreeksen in levende bomen te verifiëren.
Klimaatreconstructie
Het jaarringenpatroon is een unieke streepjescode voor het klimaat in het betreffende jaar. Behalve het feit dat de ponderosaden lang leeft, gevoelig is voor neerslag en in het zuidwesten van de Verenigde Staten veel voorkomt, biedt deze regio nog een extra voordeel: de oude pueblo volkeren maakten in hun bouwwerken veelvuldig gebruik van dennenhout, waardoor het in de ruïnes in grote hoeveelheden bewaard is gebleven.
Dendroklimatologen proberen het klimaat zo betrouwbaar mogelijk te reconstrueren en besteden zorgvuldig aandacht aan beperkende factoren als ze bomen en gebieden selecteren om monsters te nemen. Bij voorkeur bomen waarvan de jaarlijkse groei vrijwel uitsluitend wordt bepaald door de jaarlijkse variaties in het klimaat. De dendroklimatologen kiezen overheersende bomen in dun beboomde bossen, omdat deze bomen weinig last hebben van concurrentie met naburige bomen. Daarnaast geven zij de voorkeur aan bossen die moeilijk te bereiken zijn en die grotendeels met rust gelaten zijn door mensen. Om de krachtigste aanwijzingen voor het klimaat te vinden, gaan de dendroklimatologen naar streken met barre klimaatomstandigheden, waar de mate waarin een boom in een jaar tijd groeit, en dus de breedte van zijn ring, wordt bepaald door de weersomstandigheden in dat jaar. Temperatuurreconstructies zijn grotendeels gebaseerd op bomen uit hogere breedtegraden (Siberië, Canada, Scandinavië of op grotere hoogten (de Alpen).
Koolstof 14 ijking
De Duitse eiken-dennenchronologie geeft met jaarlijkse precisie een datapunt tot aan 10.644 v.Chr. Door haar nauwkeurigheid is de chronologie een waardevol instrument om andere dateringsmethoden te ijken, zoals koolstofdatering (C14). Koolstof 14 is een radio-actieve koolstofisotoop dat in de aardatmosfeer wordt gevormd onder invloed van kosmische straling. Deze hoogenergetische deeltjes bestaan uit elektronen en protonen, de kernen van helium en van zwaardere elementen, maar ook uit neutrino’s en hoog-energetische fotonen. De energie van deze deeltjes loopt uiteen van rond de 109 eV (elektronvolt) tot enkele malen 1020 eV. Koolstof 14 is onderhevig aan radioactief verval met een halfwaardetijd van 5730 jaar. Levende planten nemen door middel van fotosynthese deze isotoop op, die vervolgens ook terechtkomt in het weefsel van dieren die deze planten eten. Wanneer de plant of het dier eenmaal gestorven is, wordt er geen nieuwe koolstof opgenomen en neem de hoeveelheid koolstof 14 in het weefsel tijdens het proces van verval langzaam af. Door te meten hoeveel koolstof 14 zich nog bevindt in de overblijfselen van het botfragment of het hout, kan de leeftijd/ouderdom bepaald worden. Het concept van koolstofdatering werkt alleen als de hoeveelheid koolstof 14 in de atmosfeer constant is. Dat is echter niet het geval. Sinds het einde van de negentiende eeuw is de hoeveelheid koolstof 14 in de atmosfeer sterk gedaald als gevolg van het gebruik van fossiele brandstoffen. Deze zijn gevormd uit de restanten van planten en dieren. Omdat het omzetten van levende materie naar fossiele brandstof veel trager verloopt dan het radioactief verval van koolstof 14, zijn fossiele brandstoffen in de loop van de tijd vrijwel al hun koolstof 14 kwijtgeraakt. De van fossiele brandstoffen afkomstige CO2 bevat daardoor geen koolstof 14 meer. Door grote hoeveelheden CO2 uit te stoten hebben we het aandeel van koolstof 14 verkleind. Het omgekeerde gebeurde in de jaren vijftig en zestig door kernproeven uit te voeren: er is een piek in de hoeveelheid koolstof 14 in 1963, het laatste jaar waarin de bovengrondse kernproeven zijn uitgevoerd. Daardoor zijn de C14 gedateerde jaren niet één op één te verbinden met kalenderjaren. De dendrochronologie biedt een geschikte manier om de C14 methode te ijken. Zo zal de binnenste ring van een vijfduizendjarige bristleconeden ongeveer half zoveel koolstof 14 bevatten als de buitenste ring. Door het koolstof 14-gehalte in het hout van de individuele jaarringen te meten, kun je een koolstof 14-kalibratiecurve ontwikkelen die het koolstof 14-gehalte van een ring koppelt aan zijn absolute leeftijd. Aan de hand van deze kalibratiecurve kun op basis van het koolstof 14-gehalte van bepaalde archeologische objecten een inschatting maken van hun kalenderleeftijd.
Dendroprovenancing
Als er veel jaarringdata beschikbaar zijn, kun je zelfs vaststellen waar de (archeologische) objecten vandaan komen. Dit proces van dendroprovenancing is gebaseerd op het idee dat een jaarringreeks statistisch gezien beter overeenkomt met chronologieën van nabijgelegen gebieden dan met chronologieën van ver weg gelegen gebieden. Om de oorsprong van een houten object te bepalen kan een dendroarcheoloog de jaarringreeks ervan kruisdateren met een netwerk van chronologieën uit een groot geografisch bereik en de plek vinden waar de statistische match het sterkst is. Dat is dan de regio waar het hout hoogstwaarschijnlijk vandaan komt.
Natuurlijke beïnvloeders van klimaatverandering
Door jaarringgegevens te combineren met ijskerngegevens kun je de jaarlijkse temperatuurvariaties, gemiddeld genomen, op het noordelijk halfrond reconstrueren. De reconstructie laat zien dat de wereldwijde opwarming in de twintigste eeuw eenmalig was in de afgelopen zeshonderd jaar. Zie ook figuur 3.
De grafiek lijkt op een hockeystick. Licht dalende temperaturen tussen 1000 n.Chr en ongeveer 1850 n.Chr., gevolgd door een snelle opwarming die zich in de twintigste eeuw voortzet. Het klimaat reageert niet alleen op CO2 concentraties maar ook op veranderingen in de aardas van de aarde, de straling van de zon en vulkanische activiteit.
Baanvariaties zijn van nature cyclisch en verlopen langzaam: ze beïnvloeden het klimaat op aarde over perioden van 100.000 , 40.000 en 20.000 jaar. We bevinden ons momenteel in een interglaciaal dat circa 10.000 tot 50.000 jaar duurt. Onvermijdelijk zullen we in een ijstijd geraken, maar door het broeikaseffect is het goed mogelijk dat de miljoenen jaren oude ijstijdgeschiedenis uit balans geraakt is.
Het heeft een sterke invloed op de temperatuur op aarde en het is verantwoordelijk voor de ijstijden. De hoeveelheid zonnestraling varieert in cycli die in lengte uiteenlopen van enkele decennia tot enkele eeuwen. De zonnestraling creëert isotopen in de atmosfeer, alternatieve vormen van eenzelfde element die van elkaar verschillen in atoomgewicht maar niet in scheikundige eigenschappen. Zo ontstaat beryllium 10 onder invloed van krachtige uitbarstingen van zonnestraling. Het is een radioactieve isotoop met een halfwaardetijd van meer dan een miljoen jaar. Atmosferisch beryllium zit ingevangen in luchtbellen in de sneeuw- en ijslagen van Groenland en Antarctica. Be10-pieken in gedateerde ijskernen kun je gebruiken als een noemer (proxy) voor de activiteit en cycliciteit van de zon in vroegere tijden.
Vulkanische activiteit is een derde oorzaak van natuurlijke klimaatverandering. Als een vulkaan uitbarst, stoot hij aersols uit, fijne deeltjes zoals zwaveldioxide dat zich na verloop van enkele weken of maanden omzet in zwavelzuur. Dit wordt verspreid in de atmosfeer en blijft jarenlang hangen. Deze sluiers van vulkanische aerosols kunnen voorkomen dat een deel van de zonnestraling het aardoppervlak bereikt, wat tot lagere temperaturen leidt. Vulkaanuitbarstingen in de tropen hebben een groter effect dan uitbarstingen op hogere breedtegraden, omdat het zich krachtiger kan verspreiden in de stratosfeer.
Noord-Atlantische Oscillatie (NAO)
De Noord-Atlantische Oscillatie (NAO) is een meteorologisch fenomeen boven de noordelijke Atlantische Oceaan. Het betreft het wisselende luchtdrukverschil (op zeeniveau) tussen een lagedrukgebied met het centrum in de buurt van IJsland en een hogedrukgebied met het centrum in de buurt van de Azoren (het Azorenhoog). Het verschil in luchtdruk tussen deze twee drukgebieden beïnvloedt in een belangrijke mate de windkracht en -richting vanaf de oceaan richting Europa. De NAO heeft daarmee een bepalende invloed op het weer in West-Europa, waarbij de effecten het grootst zijn in de winter.
Door het jaarringenarchief van atlasceders in Marokko te combineren met het stalagmietenarchief uit een grot in Schotland is een relatie vastgesteld tussen de neerslag in Schotland en het lagedrukgebied bij IJsland. Een stalagmiet groeit sneller en vormt de dikste banden in warme, droge winters en smalle banden in koude, natte winters. Het jaarringarchief van de ceders is een omrekeneenheid voor de droogte in Marokko, maar ook voor het hogedrukgebied bij de Azoren. Er ontstaat zo een reconstructie voor de NAO die duizend jaar teruggaat.
Een soortgelijk fenomeen is te vinden in weerpatroon aan de Amerikaanse westkust. Als er een krachtig hogedrukgebied bove het noordoosten deel van de Stille Oceaan ligt, dan valt er nauwelijks neerslag in Californië. De jaarringen van de blauwe eiken zijn getuigen van dit verschijnsel. Klimaatverandering kon aldus worden aangetoond met behulp van de jaarringenreeks die ruim 400 jaar verder terug in de tijd ging dan instrumentele temperatuurgegevens.
Superzonnevlammen
Naast radioactieve koolstof wordt ook beryllium 10 in de atmosfeer gevormd als deze door de zonnestralen wordt gebombardeerd. Be10-pieken in de ijskernen zijn een proxy voor zonneactiviteit. Zo weet men dat in 774-775 en 994 er veel zonnevlam activiteit is geweest op basis van de C14 pieken in de jaarringen van 775 en 994. Bij onderzoek naar Be10-concentraties in ijskernen vond men de desbetreffende pieken in 768 en 987. Dit hield dus een afwijking van zeven jaar in tussen de beide chronologieën. Met het vergelijken van de goed geijkte C14 tijdreeks kon dus de Be10 reeks worden verbeterd.
Straalstroom
Een straalstroom is een zeer sterke wind die in de regel op 9 à 10 kilometer hoogte waait. Weerkundigen spreken van een straalstroom als de wind op die hoogte een snelheid heeft van meer dan 100 kilometer per uur (windkracht 11 of meer). Regelmatig worden hogere windsnelheden bereikt van meer dan 350 kilometer per uur. De straalstroom is gemiddeld enkele duizenden kilometers lang, enkele honderden kilometers breed en slechts een paar kilometer hoog. Het is dus een zeer langgerekte maar smalle band met hoge windsnelheden, die door de atmosfeer kronkelt als een rivier in het landschap. De stroming is van west naar oost. Dat is dezelfde richting als de draaiing van de aarde, zodat de lucht in de straalstroom sneller beweegt dan de aarde. Door de vele kronkels kan de luchtstroming plaatselijk ook naar zuid of noord gericht zijn. De richting en de plaats van de straalstroom is van groot belang voor het weer. Vanuit noordelijke richting voert een straalstroom in noordwest Europa in de regel koudere lucht aan dan vanuit het westen of zuiden. De straalstroom voert bovendien depressies met een warmtefront en een koufront aan. Wanneer de straalstroom over of vlak langs Nederland of België loopt krijgt men daar in de regel de ene na de andere depressie te verwerken met herhaaldelijk regen en wind. Is het in Noordwest-Europa slecht weer, dan is het goed weer op de Balkan.
Door jaarringgegevens en de hieruit afgeleide temperatuurreconstructies voor de Balkan en Groot-Brittannië te combineren, kun je noordwaarts en zuidwaartse beweging van de Noord-Atlantische straalstroom reconstrueren. Britse zomerse hittegolven, die sinds 1659 door middel van thermometers zijn vastgelegd, komen voor wanneer de (gereconstrueerde) straalstroom noordelijker lag dan normaal en zo de poollucht ten noorden van Groot-Brittannië hield. Omgekeerd geldt ook: als de straalstroom zuidelijker ligt dan normaal, dan bereikt de poollucht Groot-Brittannië. De zuidelijkste positie bereikt de straalstroom in de zomer van 1782, op 42 graden noorderbreedte, 10 graden zuidelijker dan gemiddeld. Uit historische documenten is bekend dat de zomer in 1782 zo koud was dat de graanoogst mislukte en een hongersnood het land teisterde.
De variantie in de positie van de straalstroom is een maatstaf voor het aantal noordwaartse of zuidwaartse afwijkingen van de gemiddelde positie. Deze variantie is gegroeid sinds de jaren zestig van de vorige eeuw, want het zijn juist die extreme posities die leiden tot extreme weergebeurtenissen. Zo geldt dit ook voor de hittegolf van 2013. Voor 2019 toen een hitterecord in de benelux en Duitsland werd gevestigd, is het mij niet bekend hoe de straalstroom maar ik verwed er een fles wijn op dat de straalstroom toen zeer noordelijk lag.
Brandbestrijding
Bosbranden lijken heel rampzalig maar na lezing van dit boek moet ik mijn beeld bijstellen: branden kunnen helpen om grote bosbranden te voorkomen. Het gaat dan om loopvuren met lage intensiteit die de hoeveelheid brandbaar materiaal op de bodem wegnemen. De ondergroei wordt als gevolg niet te dicht. Door de gerichte inzet van de Forest Service in de twintigste eeuw is het aantal natuurbranden drastisch afgenomen. Dit wordt ook wel het smokey bear effect genoemd. Nu echter ontstaat een situatie dat er branden ontstaan met felle kroonvuren. Dit komt doordat branden de afgelopen eeuw systematisch zijn geblust waardoor loopvuren niet meer voorkomen en dus de hoeveelheid brandmateriaal zich opstapelt nabij de stammen van de bomen: het vuur kruipt als het ware omhoog. Wanneer dan ook de temperatuur stijgt en de droogte periode toenemen, zijn vele felle langdurige branden het gevolg. Met name in Californië is dit een groot probleem.
Met behulp van brandlittekens is Trouet erin geslaagd om een reconstructie te maken van de ernst van branden over de afgelopen 400 jaar. Zie ook figuur 7.
