Introduzione.

Anche se alcune osservazioni sull’annualita’ degli anelli degli alberi e sulla loro possibile relazione con il clima risalgono a Leonardo da Vinci, e’ all’astronomo americano Andrew E. Douglass che si devono le prime datazioni dendrocronologiche degli insediamenti preistorici di Pueblo Bonito nel New Mexico, a cui si fa risalire la nascita di questa nuova scienza (Fritts, 1976). L’interessamento dello scienziato americano agli anelli degli alberi era dovuto alla sua professione di astronomo. In particolare riguardava le sue ricerche sulle macchie solari e sulla loro relazione con il clima. Poiche’ all’epoca le registrazioni metereologiche erano molto brevi, egli sperava di poter dimostrare esaminando le serie anulari di alcuni Pinus ponderosa cresciuti in siti molto aridi, l’influenza dell’attivita’ solare sul clima terrestre e in particolare sulle precipitazioni. Sin dai suoi albori la dendrocronologia manifestava le caratteristiche di metodo interdisciplinare con applicazioni in diversi rami della ricerca scientifica. Ai giorni nostri infatti ci sono dendrocronologi provenienti dai settori piu’ vari delle scienze naturali: dal tradizionale settore dell’archeologia, la possibilita’ di effettuare datazioni e’ stata presto utilizzata anche da geologi e da geografi. Oggi si parla di dendroclimatologia, dendrogeomorfologia, dendroidrologia e dendroecologia a seconda dello scopo della ricerca stessa.

Basi biologiche e metodi

Le basi biologiche della dendrocronologia fondano sul principio che la stagione vegetativa, cioe’ il periodo di crescita degli alberi che abitano le regioni temperate alle medie latitudini, e’ limitato alla stagione primaverile ed estiva. L’attivita’ vegetativa inizia nella tarda primavera o al piu’ tardi all’inizio dell’estate con la produzione del legno primaverile o primaticcio, le cui cellule presentano lume ampio e pareti sottili. Macroscopicamente il legno primaverile e’ la parte piu’ chiara dell’anello. La parte scura e’ il cosidetto legno tardivo o autunnale che presenta, al contrario pareti cellulare spesse e lume piu’ piccolo. Alla fine della stagione favorevole alla crescita, l’arrivo dei primi freddi autunnali causa una brusca interruzione dell’attivita’ e, nelle latifoglie, la perdita delle foglie. L’anno successivo, la nuova ripresa della crescita avverra’ con cellule primaverili causando un visibile contrasto tra i due tipi di legno, che consente di delimitare precisamente la crescita annuale. Naturalmente il principio enunciato vale per le conifere e le dicotiledoni che crescono in climi con stagione fredda, cioe’ con interruzione della crescita. Nelle monocotiledoni non e’ presente legno secondario e mancano pertanto gli anelli, mentre gli alberi che abitano le regioni a clima tropicali crescono ininterrottamente durante l’intero anno, senza presentare interruzioni. Non e’ possibile pertanto riconoscere anelli annuali; anche se talvolta in climi con stagione secca possono manifestarsi anelli non annuali in occasioni di periodi di siccita’ tali da causare pause nell’ attivita’della pianta.

Nelle specie che presentano anelli annuali e’ possibile misurare lo spessore di ogni singolo anello e per ogni campione costruire delle curve in cui viene riportato l’andamento del parametro misurato (spesso in scala logaritmica) su scala temporale. Attraverso un esame puramente visuale della coincidenza tra curve di campioni diversi si procede alla datazione. Questo principio sta alla base di questa disciplina ed e’ noto con il termine inglese di "cross-dating": La traduzione italiana "datazione incrociata" e’ poco usata anche se chiarisce l’operazione: essa consiste nello stabilire concordanze tra le ampiezze anulari (o altri parametri) ricavate da diversi campioni allo scopo di collocare precisamente nel tempo ciascun anello annuale della pianta (Kaennel, Schweingruber, 1995). In questo modo e’ possibile determinare la data di un campione morto od abbattuto in un determinato anno, scoprire possibili errori introdotti durante misurazione e soprattutto individuare con precisione falsi anelli e anelli mancanti. Questi possono essere definiti "errori" della pianta: talvolta dei freddi primaverili possono provocare una produzione precoce di cellule di legno tardivo che successivamente, con la ripresa di un clima piu’ favorevole, lasciano spazio a una ulteriore formazione di cellule di legno primaverile. Cio’ causa delle oscillazioni intrannuali nella densita’ del legno, le quali spesso non sono assolutamente distinguibili da normali anelli annuali. Al contrario l’anello di un determinato anno puo’ venir omesso se la stagione vegetativa e’ troppo breve oppure in caso che sopravvengano condizioni non favorevoli alla crescita della pianta. . Entrambe queste situazioni possono venir riconosciute e corrette solamente tramite "cross-dating" di curve di differenti alberi (Stokes, Smiley, 1968). Si deve inoltre tener presente che non sempre e’ possibile avere a disposizione l’intera sezione trasversale dell’ albero, poiche’ non e’ sempre possibile e nemmeno necessario abbattere l’albero. Frequentemente quindi si lavora con delle carotine del diametro di 5 mm prelevate lungo un raggio del tronco. Questi campioni prelevati tramite un succhiello detto di Pressler consentono di esaminare la crescita di un albero senza arrecargli dei danni, il foro infatti viene generalmente cicatrizzato dalla crescita dell’albero stesso nel giro di un anno. E’ necessario ricordare inoltre che l’unica parte vivente del tronco e’ il sottile strato di cellule denominato cambio che sta tra la corteccia e il legno e che e’ anche il responsabile della crescita diametrale dell’albero stesso.

Generalmente al termine della fase di controllo e di datazione si procede alla costruzione di una cronologia cioe’ al calcolo di una media dei valori misurati in un certo numero (generalmente il minimo e’ 12) di piante provenienti da un sito che si vuole esaminare. E’ possibile inserire nella media campioni provenienti da piante morte o da edifici in legno o tronchi rinvenuti in sedimenti (cosidetti sub-fossili) allo scopo di allungare nel tempo la cronologia. La costruzione di cronologie e’ la base per ogni tipo di studio dendrocronologico, sia che si voglia esaminare il clima di una zona, sia che si vogliano datare antichi manufatti, sia che si desiderino avere semplici informazioni sulla crescita degli alberi di una foresta. Naturalmente il lavoro svolto da altri ricercatori e’ una tesoro inestimabile e grazie alle moderne tecniche informatiche e’ stata creata negli Stati Uniti una banca-dati con libero accesso (International Tree-Ring Data-Bank) dove e’ possibile ottenere cronologie di siti in tutti i cinque continenti, allo scopo di effettuare nuove ricerche o semplicemente nuove datazioni.

Tecniche di analisi

L’analisi dei campioni puo’ avvenire a diversi livelli. E’ possibile effettuare datazioni senza misurare gli anelli: tramite "skeleton-plot". Questo e’ un metodo visuale e soggettivo che consente di riconoscere anelli caratteristici. Anelli cioe’ che manifestano peculiarita’ in un determinato carattere preso in esame: anche in questo caso generalmente si lavora con lo spessore degli anelli ma e’ possibile effettuare skeleton-plot osservando lo spessore del legno tardivo, la presenza di canali resiniferi, di legno di compressione, di oscillazioni nella densita’ o di qualunque altra particolarita’ anatomica del legno. Gli anelli che presentano peculiarita’ osservabili vengono riportati su una scala temporale con dei semplici tratti di matita verticali, l’osservazione incrociata di grafici provenienti da diversi campioni, come gia’ per le curve, permette la datazione e il riconoscimento di eventuali errori. Anche se una discreta standardizzazione della procedura consente di confrontare con successo grafici prodotti da diverse persone, i risultati di questa tecnica restano comunque largamente soggettivi (Schweingruber et al, 1990).

Il metodo comunemente piu’ usato, in quanto offre i risultati migliori con impiego di mezzi relativamente economici, e’ la misurazione dello spessore degli anelli. La misura viene effettuata osservando il campione con un microscopio posto sopra ad un carrello con vite micrometrica a sua volta collegata con un apparecchio tarato per la registrazione dei valori.

Diversi altri metodi di indagine sono recentemente nati, favoriti dalle innovazioni tecnologiche. Molto usata negli ultimi tempi e’ l’ analisi delle immagini (Image Analysis): attraverso l’osservazioni di foto digitalizzate mediante computer, vengono misurati diversi parametri del legno quale spessori degli anelli, del legno primaverile, del legno tardivo, densita’ media del legno, densita’ minima del legno primaverile e densita’ massima del legno tardivo ed e’ inoltre possibile procedere alla misura della larghezza delle singole cellule costruendo cosi’ i cosidetti tracheidogrammi. Da alcuni anni viene invece portata avanti all’ Istituto di Ricerca Federale Svizzero per la Neve, la Foresta e il Paesaggio (WSL/FNP) di Birmensdorf l’analisi mediante radiodensitometria. I campioni di legno vengono tagliati in sottili listelli e sottoposti a radiografia. Le lastre prodotte vengono esaminate da un densitometro che ne misura la densita’ lungo la lunghezza dei campioni. Il grafico prodotto consente di individuare un gran numero di parametri del legno con estrema precisione. (Schweingruber, 1989).

Negli ultimi anni e’ salito alla ribalta nelle scienze naturali lo studio degli isotopi stabili. E’ stato naturalmente applicato anche agli anelli degli alberi; soprattutto nel campo della ricerca climatica con gli isotopi dell’ossigeno e del idrogeno. I risultati sono contradditori ma il metodo ha subito mostrato enormi potenzialita’.

Applicazioni.

Come gia’ ricordato all’inizio, la dendrocronologia ha assunto ormai il ruolo di scienza a se stante e si suddivide in numerose sottodiscipline. Il campo piu’ tradizionale e’ quello dell’ archeologia: l’estrema precisione con la quale e’ possibile datare manufatti in legno di epoche anche remote non e’ paragonabile ad alcun altro metodo di datazione. Se per molte specie e regioni le cronologie di riferimento con le quali effettuare datazioni sono limitate agli ultimi secoli e al massimo all’ultimo millennio, occorre ricordare che per la quercia (la specie piu’ studiata in archeologia) in Nord Europa e’ stata costruita una cronologia per l’intero Olocene cioe’ per gli ultimi 10.000 anni (Baillie, 1982). Va ricordato che mediante datazione dendrocronologica e’ stato possibile datare anche alcuni dipinti del pittore olandese Rubens e che la dendrocronologia ha trovato anche spazio nelle scienze criminali. Uno dei rapitori del piccolo Lindbergh venne infatti condannato a morte perche’ trovato in possesso di un pezzo di legno proveniente dalla scala usata per il rapimento; cio’ venne provato osservando gli anelli annuali dei due ceppi, che collimavano perfettamente. (Schweingruber, 1989)

La dendrocronologia viene impiegata con successo come metodo di datazione anche in geomorfologia e geologia. Un tronco sepolto in una morena o in altro sedimento datato dendrocronologicamente fornisce con la data della propria morte l’eta’ di deposizione del sedimento in cui si trova (Holzhauser, 1984). Il metodo piu’ semplice con cui si usa l’eta’ degli alberi per datare un’evento geomorfologico e’ quello frequentemente usato per datare i ritiri dei ghiacciai alpini. Valutando l’eta’ di un albero insediatosi su una piana proglaciale si ha un’eta’ minima del ritiro del ghiacciaio stesso: questo metodo e’ pero’ ampiamente impreciso perche’ l’insediamento delle giovani piantine in un ambiente cosi’ estremo puo’ avvenire anche con diversi anni di ritardo (Luckman, 1988). L’analisi di alberi e tronchi cresciuti nei pressi di ghiacciai alpini puo’ comunque fornire informazioni molto interessanti sulla storia del ghiacciaio. Puo’ succedere che i ghiacciai durante avanzate e ritiri danneggino, senza abbatterli, alberi cresciuti nelle loro vicinanze: in questo caso le ferite, dovute ad esempio allo smottamento di massi lasciano, tracce visibili negli anelli (anelli mancanti, cicatrici cambiali, anelli con legno di compressione, etc) che datate forniscono le date dei movimenti del ghiacciaio o anche di altri eventi geomorfologici quali frane, debris-flow, etc (Villalba, et al, 1990; Orombelli, Gnaccolini, 1972).

Gli anelli degli alberi sono anche indicatori molto sensibile di eruzioni vulcaniche e dei cambiamenti climatici ed atmosferici da esse generati. Un esempio e’ fornito dai cosidetti "light rings", anelli con densita’ e spessore del legno tardivo anormalmente basse, che sono stati associati con eventi eruttivi a scala globale (LaMarche, Hirschboeck, 1984). Un caso facilmente osservabile e’ l’anello del 1912 che sulle Alpi si presenta spesso ridotto nel legno tardivo e che e’ associato con l’eruzione del vulcano Katmai, avvenuta il 6 giugno 1912 nelle Isole Aleutine in Alaska, che proiettando tonnellate di cenere nell’atmosfera terrrestre avrebbe ridotto la radiazione solare in tutto l’emisfero nord (Schweingruber, 1988).

La dendrocronologia trova ormai largo impiego nelle scienze ambientali: soprattutto con la dendroclimatologia si cerca di fornire attraverso l’analisi degli anelli degli alberi un contributo allo studio molto generale ed interdisciplinare dei cambiamenti climatici.

In particolare sono state effettuate ricostruzioni matematiche e statistiche di alcuni parametri climatici quali temperature e precipitazioni. In questo tipo di ricerche ci si basa sul principio biologico-ecologico dei "fattori limitanti". Esso enuncia che la crescita e la vita di un organismo e’ limitata e condizionata dalla sostanza presente in quantita’ minore o dal fattore climatico o ambientale piu’restrittivo (ad esempio basse temperature, alte concentrazioni di sali, inquinamento, etc.). Alla luce di questo sono stati campionati gli alberi cresciuti in siti dalle condizioni ecologiche estreme. Gli studi sulle precipitazioni sono stati portati avanti soprattutto da Harold Fritts del Laboratory of Tree Rings dell’Universita’ di Tucson in Arizona, il quale ha analizzato conifere in siti molto aridi nel deserto dell’ Arizona, mentre la maggior parte degli studi riguardanti le temperature vengono condotti da Fritz Schweingruber del WSL, che attraverso analisi radiodensitometrica di alberi provenienti da stazioni di alta quota sulle Alpi e dall’estremo Nord della foresta boreale siberiana ha potuto ricostruire le temperature dell’ultimo millenio (Briffa et al, 1995; Graumlich, Brubaker, 1986). Anche in questo campo la dendrocronologia presenta il vantaggio di una risoluzione annuale che nessun altro metodo puo’ garantire. Le evidenze geologiche, geomorfologiche e botaniche sono infatti discontinue e meno precisamente databili, anche se generalmente consentono di analizzare epoche piu’ remote della storia della terra.

Un grosso problema che si presenta negli studi dendroclimatologici e’ quello di trovare alberi cresciuti in foreste preservate dall’impatto antropico. Questo al giorno d’oggi e’ praticamente impossibile visto che l’azione dell’uomo, manifestatasi durante tutto l’Olocene, non ha risparmiato nemmeno le foreste della taiga o i boschi di piu’ alta quota delle Alpi. Lo sfruttamento forestale pero’ introduce ad un’ altro settore in cui la dendrocronologia viene impiegata con successo: cioe’ lo studio delle dinamiche forestali (stand dynamics) e dell’ impatto antropico sugli ecosistemi boschivi.

Ultimamente pero’ il problema della protezione ambientale e del monitoraggio degli ecosistemi naturali e’ diventato un punto cruciale della ricerca scientifica, da quando l’inquinamento e i cambiamenti globali in atto sul nostro pianeti sono giunti all’attenzione dei mass-media e dell’opinione pubblica mondiale. Anche in questo campo la dendrocronologia si e’ rivelata un efficiente metodo di studio e di sorveglianza della salute degli ecosistemi forestali. Nel Nordeuropa alla fine degli anni Settanta si e’ avuto un allarmismo notevole dovuto al timore che le foreste, importante risorsa economica per questi paesi, venissero danneggiate e distrutte dall’inquinamento atmosferico (la cosidetta moria del bosco o "Waldsterben"). Molti studi sono stati diretti in questo senso e si e’ visto che in realta’ non si minacciavano catastrofi imminenti, come qualcuno prospettava, anche se danneggiamenti nelle chiome degli alberi in zone inquinate possono venire facilmente notati.

L’ anatomia del legno e la dendrocronologia, spesso accoppiate con analisi dendrochimiche si sono rivelate utili per ricostruire temporalmente l’impatto dell’inquinanti e per valutare l’intensita’ dei possibili danni causati dai pollutanti atmosferici.

Il delicato ambiente alpino e’ soggetto a stress, dovuti principalmente alla pressione antropica e al fatto di essere al centro di un area altamente industrializzata come quella europea. Al tempo stesso grazie alla sua sensibilita’ rappresenta anche una fonte priviligiata di informazione per scoprire i cambiamenti in atto e i possibili rimedi a cui ricorrere. E’ evidente che in un epoca in cui l’argomento centrale delle scienze ambientali e naturali e’ il cosidetto "Global change" un metodo cosi’ utile a monitorare e a confrontare i risultati con quelli di epoche passate non poteva non trovare applicazione in un ambiente sensibile come quello alpino e tradizionale palestra di studio per scienziati di tutta Europa. Naturalmente anche perche’ in un ambiente cosi’ vario e ricco di fonti paleoclimatiche e paleoambientali e’ possibile confrontare i risultati ottenuti con quelli ricavati da altre fonti quali antichi documenti, ghiacciai, torbiere, etc.

Autore:

Giorgio Strumia

Universita’ per l’Agricultura (BOKU-Wien)

Zentrum für Umwelt und Naturschutz

Gregor Mendel Straße, 33

A-1180 VIENNA

BIBLIOGRAFIA

Baillie M.G.L. 1982. Tree-ring dating and archaelogy. Croom Helm, London, Canberra.

Briffa, K.R., Jones, P.D., Schweingruber, F.H., Shiyatov, S.G., Cook, E.R., 1995. Unusual twentieth-century summer warmth in a 1,000-year temperature record from Siberia. Nature, 376, pp. 156-159.

Fritts H.C. 1976. Tree rings and climate. Academic Press, London , New York, San Francisco, 567 pp.

Graumlich, L.J., Brubaker, L.B., 1986. Reconstructions of annual temperature (1590-1979) for Longmire, Washington derived from tree rings. Quaternary Research, 25, pp.223-234.

Holzhauser, H.P., 1984. Zur Geschichte des Aletschgletschers und des Fieschergletschers. Physische Geographie, 13, Universität Zürich, pp.488.

LaMarche, V.C., Hirschboeck, K.K., 1984. Frost rings in trees as records of major vulcanic eruptions. Nature, 307, pp. 121-145

Luckman, B.H., 1988. Dating the moraines and recession of Athabasca and Dome glaciers, Alberta, Canada. Arctic and Alpine Research, Vol.20,N.1, pp. 40-54.

Kaennel, M.; Schweingruber, F.H. 1995. Multilingual Glossary of Dendrochronology. Terms and definitions in English, German, French, Spanish, Italian, Potuguese and Russian. Birmensdorf, Swiss Federal Institute for Forest, Snow and Landscape Research. Berne, Stuttgart, Vienna, Haupt. 467 pp.

Orombelli, G.; Gnaccolini F., 1972. La dendrocronologia come mezzo di datazione di frane avvenute nel recente passato. Bollettino della Societa’ Geologica Italiana, v.91. Roma.

Schweingruber, F.H. 1988. Tree rings: basics and applications of dendrochronology. Kluwer Academic Publishers, Dordrecht, Holland.

Schweingruber, F.H., Eckstein, D., Serre-Bachet, F., Bräcker O.U., 1990. Identification, presentation and interpretation of event years and pointer years in dendrochronology. Dendrochronologia, 8, pp. 9-38.

Stokes, M.A., Smiley, T.L., 1968. An introduction to tree-ring dating. The Univ. of Chicago Press, chicago and london, pp. 73.

Villalba, R., Leiva, J.C., Rubulls,S., Suarez, J., Lenzano, L., 1990. Climate, tree-ring, and glacial fluctuations in the Rio Frias Valley, Rio Negro, Argentina. Arctic and Alpine Research, Vol.22, N.3, pp. 215-232.