miniatur|Balkenprobe aus dem Rathaus von Gödenroth (Eichenholz)
Die Dendrochronologie (von , , ; also „Lehre/Wissenschaft vom Baumalter“, auch Baumringchronologie und Baumringdatierung genannt) ist eine Datierungsmethode der Geowissenschaften, der Archäologie, der Kunstwissenschaft und der Dendroökologie, bei der die Jahresringe von Bäumen anhand ihrer unterschiedlichen Breite einer bestimmten, bekannten Wachstumszeit zugeordnet werden. Der Begriff Dendrochronologie geht auf den US-amerikanischen Astronomen Andrew Ellicott Douglass (1867–1962) zurück. Die Dendrochronologie hat Beziehungen zu der Dendrologie (allgemeine Gehölzkunde).
Grundlagen und Geschichte der Dendrochronologie Jahresringe aus Jahren mit guten Wachstumsbedingungen sind breiter als solche aus Jahren mit schlechten Wachstumsbedingungen. Da für alle Bäume einer Art in einem bestimmten Gebiet die Lebensbedingungen annähernd gleich sind, weisen alle Bäume einer Art dieser Region etwa die gleiche charakteristische Abfolge von schmalen und breiten Jahresringen auf.
Erste Beschreibungen von Jahrringen sollen bereits bei Theophrast vorkommen. Die erste eindeutige Nennung von Jahrringen stammt jedoch aus dem 12. Jahrhundert aus China in einer Geschichte von Hong Mai.Franz Krojer: Chronologie der Dendrochronologie Differenz-Verlag, München 2014, S. 24 (PDF). Erste Nennungen von Jahrringen aus Europa finden sich bei Leonardo da Vinci und Montaigne. Buffon und Duhamel haben 1737 zum ersten Mal Jahrringe mit einem historischen Ereignis verknüpfen können, nämlich mit dem besonders strengen Winter von 1708/09. Babbage hat in seinem „The Ninth Bridgewater Treatise“ (1837) sehr ausführliche theoretische Überlegungen zur Dendrochronologie geführt und bereits auf das „Cross-Dating“ hingewiesen. Im Laufe des 19. Jahrhunderts wurde vermehrt damit begonnen, Jahrringfolgen unterschiedlicher Bäume tatsächlich zu „überlappen“, z. B. von Arthur Freiherr von Seckendorff-Gudent.
Der Begründer der Dendrochronologie, Andrew E. Douglass, wollte anhand der Jahresringe einen Zusammenhang zwischen dem Erdklima und dem elfjährigen Zyklus der Sonnenflecken aufzeigen. Douglass entnahm als Erster Bohrkerne aus Bäumen, um mittels der Dicke der Jahresringe Informationen über die klimatischen Wachstumsbedingungen zu erhalten. Ganz unproblematisch ist dies jedoch nicht, da noch andere Faktoren beim Zuwachs der Bäume eine Rolle spielen, wie z. B. die Nährstoffzufuhr, die Konkurrenz durch Nachbarbäume, Beschädigungen durch Waldbrände und Blitzschlag, Krankheiten und Schädlingsbefall. Fichten sind beispielsweise sensibel bei Temperaturschwankungen, während Tannen empfindlich auf Wassermangel reagieren. So ist Andrew E. Douglass ein anerkannter Nachweis des Zusammenhangs von Sonnenfleckenaktivitäten und Baumringdicke nie gelungen.
Douglass vermaß die Dicke der Jahresringe von langlebigen Bäumen und trug die Werte in ein Diagramm ein. Er erstellte eine Datensammlung, indem er die charakteristischen Abfolgen von extrem schmalen und breiten Jahresringen (so genannten event years oder Ereignisjahren) von verschieden alten, aber sich zeitlich überlappenden Bäumen auf einer Zeitskala zur Deckung brachte. Mittels dieser „Überlappungstechnik“ (Crossdating-Methode) konnte Douglass auch das Alter von abgestorbenen und verbauten Baumproben bestimmen. Im Jahre 1929 gelang ihm damit die Aufstellung einer 1229 Jahre langen Jahrringchronologie, die ununterbrochen von der Gegenwart bis ins Jahr 700 n. Chr. zurückreicht. Über diese Chronologie konnte er Wohnstätten nordamerikanischer Ureinwohner datieren, als er die Jahresringmuster der archäologischen Fundhölzer in den älteren Abschnitt seiner Chronologie eintrug. Bereits in den dreißiger Jahren konnten auch schwedische, irische und britische Fundorte datiert werden.
Angeregt durch den Erfolg von Douglass, begann der österreichische Botaniker Bruno Huber in den 1930er Jahren mit Baumringforschungen an der Forstlichen Hochschule Tharandt. 1941 gelang ihm der aufsehenerregende Beweis für die Tauglichkeit des Verfahrens in Mitteleuropa. Dabei spielten die bronzezeitlichen Wasserburg-Palisaden in der Federsee-Region eine zentrale Rolle, und ihre Datierung durch Huber markiert den Beginn der dendrochronologischen Untersuchungsmethode in Mitteleuropa. Nach dem Zweiten Weltkrieg führte er seine Forschungen an der Münchener Universität weiter, und es gelang ihm, drei Seeufer-Siedlungen der Ostschweiz derart zu datieren und ihre zeitliche Parallelität nachzuweisen. Da sie der Pfyner und der Cortaillod-Kultur angehörten, war erstmals der Beweis erbracht, dass beide Kulturen gleichzeitig nebeneinander existiert hatten.Keefer/Becker und Keefer, S. 60 ff.
Eine entscheidende Weiterentwicklung der Dendrochronologie in Deutschland gelang Dieter Eckstein Mitte der 1960er Jahre durch die erstmalige Verwendung computergestützter Auswertungsverfahren. Er datierte die Wikingersiedlung in Haithabu bei Schleswig. In der Folge gelang es ihm und anderen Forschern, lange Chronologien für die Holzarten Eiche und Kiefer zu erstellen. Die längsten Zeitreihen reichen bis in die frühe Nacheiszeit zurück.
Ablauf der Analysen mini|Hohlbohrer für Dendrochronologiebeprobung, links zwei Bohrkerne
Durch die Überlagerung der Ringmuster vieler Bäume (Crossdating-Methode) entsteht eine gemittelte Baumringabfolge (Jahrringchronologie), die aufgrund der überlappenden Lebenszeiten der Bäume viele Jahrtausende abdecken kann. Die Proben (Baumscheiben oder Bohrkerne) werden geglättet und mit einem Kontrastmittel, wie zum Beispiel Kreide, präpariert. Anschließend vermisst man jeden einzelnen Jahrring unter der Lupe. Die Messwerte wurden mit Stift und Papier aufgezeichnet. Die gesamten Messwerte wurden als Zeitreihe auf Transparentfolie gezeichnet. Die Zeitreihen aller gemessenen Bäume wurden schließlich auf dem Leuchttisch jahrweise gegeneinander verschoben und auf optische Übereinstimmung hin geprüft. Bis zur Einführung der elektronischen Datenverarbeitung Mitte des 20. Jahrhunderts war daher die Ermittlung von zeitgleichen Wachstumsabschnitten verschiedener Bäume und die Erstellung der resultierenden Jahrringchronologien eine zeitraubende Angelegenheit. Durch die Einführung spezieller Messgeräte, die die erfassten Messwerte direkt zu einem Computer übertragen haben, wurde die Arbeit sehr erleichtert und auch die statistische Auswertung war mit dem Computer einfacher.
Ein charakteristisches Maß der Übereinstimmung war der Gleichläufigkeitswert (das ist der Prozentsatz der Kurvenintervalle im Überlappungsbereich zweier Kurven, die synchron steigen oder fallen). In der resultierenden Jahrringchronologie treten die gemeinsamen Wachstumsmuster der Bäume stärker hervor, während die individuellen Muster unterdrückt werden. Intervalle, in denen ein hoher Prozentsatz der beteiligten Einzelbäume die gleiche Tendenz (Steigen oder Fallen) aufwies, wurden als Weiserintervalle bezeichnet, denen bei weiteren Vergleichen eine hohe Bedeutung zukam. Mit zunehmender Verfügbarkeit der elektronischen Datenverarbeitung erstellt man diese Vergleiche virtuell im Rechner, wobei inzwischen auch zahlreiche statistische Parameter der Zeitreihenanalyse (etwa der Korrelationskoeffizient) erhoben werden.
Derartige Jahresringchronologien dienen als Referenzmuster zur weiteren Datierung von Baumproben eines Gebiets. Wenn eine Jahrringchronologie Lücken zur Gegenwart aufweist, dann ist nur eine relative Datierung möglich (zum Beispiel Baum A wurde x Jahre früher als Baum B gefällt). Reicht eine Jahrringchronologie jedoch von der Vergangenheit lückenlos bis in die Gegenwart, dann können die Jahresringe einer Baumprobe für diesen Zeitraum absolut und jahrgenau datiert werden. Eine Baumprobe ist undatierbar, wenn sie zum Beispiel keinem Gebiet beziehungsweise keiner Jahrringchronologie zugeordnet werden kann oder wenn sie aus zu wenigen Jahresringen, weniger als ungefähr 80, besteht.
Während die Entnahme von Proben für die Dendrochronologie bei Bauteilen wie z. B. Dachstühlen meist ohne Schwierigkeiten möglich ist, konnten komplexe und empfindliche Objekte, bei denen die Entnahme einer Probe schwere Schäden verursachen würde (z. B. bei Musikinstrumenten, farbig gefassten Altaraufbauten usw.), lange Zeit nicht datiert werden. Mit Hilfe einer Computertomographie lassen sich jedoch mittlerweile dreidimensionale Modelle der Holzstruktur erstellen, die eine zerstörungsfreie dendrochronologische Datierung auch solcher Objekte ermöglichen.
Wichtige Jahresringtabellen In einigen Gebieten konnten so für einige Baumarten lückenlose Jahresringtabellen für die letzten 10.000 Jahre erstellt werden (zum Beispiel die mitteleuropäische Eichenchronologie). Eine fehlerfreie Dendrochronologie erlaubt es, jedem Baumring das Jahr seiner Entstehung zuzuordnen.
Ausmaß der erstellten Kurven: Hohenheimer Jahrringkalender: im April 2004 lückenlose 12.483 Jahre zurück bis 10.480 v. Chr. in die Jüngere Dryas ostmediterrane Kurve (Aegean Dendrochronology Project) bis 1800 v. Chr., Bronzezeit (Stand: 2003) Belfast-Chronologie 5474 v. Chr. (2006) Englische Standardkurve bis 5012 v. Chr. (2006) Bristlecone-Pines-Chronologie Sequoiadendron-giganteum-Chronologie
Anwendungsbeispiele der Dendrochronologie In der Naturwissenschaft Die Dendrochronologie geht in der Naturwissenschaft weit über die Funktion eines reinen Instruments zur Altersbestimmung von Holz hinaus. So können für die Neuzeit auch anhand der Verknüpfung von Klimadaten mit den Jahrringchronologien Klima-Wachstums-Korrelationen hergeleitet werden, welche die Reaktion der Bäume auf Umwelteinflüsse in Einjahres-Auflösung dokumentieren. Ein Aufgabenfeld dieser Ausrichtung der Dendrochronologie besteht darin, Prognosen für das Wachstum von Bäumen und somit für das Ökosystem Wald bei sich verändernden Klimabedingungen (Klimawandel) zu liefern. Da das individuelle Wachstum von Bäumen aber neben den Klimaeinflüssen von vielen anderen Faktoren wie zum Beispiel Alterstrend, anthropogenen Einflüssen, Konkurrenz und dem Zufall abhängt, müssen diese so erst herausgerechnet werden. Dafür bedient sich die Dendrochronologie eines umfangreichen Instrumentariums an mathematischen Methoden.
Vor der Zeit der wissenschaftlichen Wettermessungen (ab 1850), aus der kaum zuverlässige Daten zur Verfügung stehen, wird die Dendrochronologie selbst als indirektes Klimaarchiv herangezogen.
Dendrochronologisch konnte auch für einen ca. zehnjährigen Zeitraum um das Jahr 540 n. Chr. eine Klimakatastrophe belegt werden (siehe auch Pest unter Justinian I., die sogenannte Justinianische Plage, und Michael der Syrer). Als Ursache dieser weltweiten atmosphärischen Trübung werden Einschläge von Kometen oder Vulkanausbrüche vermutet.
Eine Ergänzung zur Dendrochronologie ist die Dendroanalytik, welche die Identifizierung und Quantifizierung von Stoffen wie zum Beispiel Schwermetallen in den Jahrringen ermöglicht.
In der Bauforschung und Denkmalpflege mini|Verwitterte Jahresringe an einem etwa im Jahr 1111 gefällten Baumstamm in dem Aztec Ruins National Monument
Mit Hilfe der Jahrringanalyse bei verbauten Hölzern können Bauzeiten von Gebäuden sehr genau ermittelt werden. Sie leistet dabei einen sehr wichtigen Beitrag für die Bauforschung und Kulturgeschichte von Gebäuden (Denkmalpflege). Die Genauigkeit der Datierung ist jedoch von mehreren Faktoren abhängig; präzise ist sie nur, wenn das verbaute Holz noch die sogenannte Waldkante zeigt, wenn das Holz erstverwendet wurde und sich noch am Ort der Erstverwendung befindet („in situ“).