La dendrocronologia

Els anells de creixement dels arbres

La dendrocronologia és la ciència que estudia els anells de creixement dels arbres per obtenir informació sobre el passat.

El terme té arrels grecollatines:

dendron → arbre
cronos → temps
-logia → estudi o ciència

Els arbres formen, en general, un nou anell de creixement cada any. Durant la temporada de creixement, el càmbium, una capa de cèl·lules situada sota l’escorça, produeix noves cèl·lules de fusta. Al començament de la temporada de creixement, les cèl·lules que es formen són generalment més grans i tenen parets més fines. Aquesta part de l’anell s’anomena fusta primerenca (earlywood) i sol tenir un aspecte més clar. A mesura que avança la temporada i les condicions de creixement canvien, les cèl·lules es fan més petites i tenen parets més gruixudes, formant la fusta tardana (latewood), que sol ser més fosca i densa. La transició entre aquests dos tipus de fusta fa que l’anell anual sigui visible i permeti distingir un any de creixement del següent.

Però aquests anells no són tots iguals: la seva amplada pot variar molt d’un any a l’altre. Cada anell conté informació sobre les condicions en què va créixer l’arbre durant aquell any. Un anell ample indica, en general, unes condicions que van permetre un major creixement, mentre que un anell estret pot indicar que el creixement va estar limitat. I és precisament aquesta variació la que ens permet convertir els arbres en arxius naturals del passat.

Vista dels anells anuals en arbres (disc i nucli). La imatge de la dreta és una microsecció que mostra la fusta a nivell cel·lular dins dels anells de creixement anuals. Imatge extreta de Gärtner (2007).

Què ens expliquen els anells?

L’aigua és especialment important en els ecosistemes mediterranis. La disponibilitat d’aigua condiciona la fotosíntesi i, per tant, la quantitat de carboni que l’arbre pot destinar al creixement. La fotosíntesi és el procés mitjançant el qual les plantes utilitzen l’energia de la llum per transformar diòxid de carboni i aigua en glucosa, un sucre que que proporciona l’energia i carboni per al metabolisme i el creixement.

En l’equació global de la fotosíntesi, per formar una molècula de glucosa (C₆H₁₂O₆) es necessiten 6 molècules de diòxid de carboni (CO₂) i 6 molècules d’aigua (H₂O), utilitzant energia lumínica. Com a subproducte s’alliberen 6 molècules d’oxigen (O₂):

6 CO₂ + 6 H₂O + energia lumínica → C₆H₁₂O₆ + 6 O₂

Per fer la fotosíntesi, les plantes necessiten incorporar diòxid de carboni (CO₂) de l’atmosfera. Aquest intercanvi de gasos es produeix principalment a través dels estomes, petits porus situats a les fulles. Però els estomes tenen un inconvenient: quan estan oberts per captar CO₂, també permeten que l’aigua s’escapi de la planta en forma de vapor. Per això, quan hi ha poca aigua disponible, la planta pot tancar els estomes per reduir la pèrdua d’aigua. Això ajuda a evitar la deshidratació, però també limita l’entrada de CO₂ i, per tant, pot reduir la fotosíntesi.

Els estomes regulen l’intercanvi de gasos i la pèrdua d’aigua de la planta. Quan estan oberts, permeten l’entrada de CO₂ necessari per a la fotosíntesi, però també provoquen pèrdua d’aigua per transpiració. En condicions de sequera, els estomes es tanquen per reduir aquesta pèrdua d’aigua, limitant alhora l’entrada de CO₂ i la fotosíntesi.

El resultat és una cadena d’efectes, en condicions de sequera:

menys aigua → estomes més tancats → menys entrada de CO₂ → menys fotosíntesi → menys carboni disponible per al creixement → anell de creixement més estret.

Com podem utilitzar els anells com a registre del clima?

Els arbres d’una mateixa regió sovint responen de manera semblant a les variacions climàtiques. Un any especialment sec, per exemple, pot produir un anell anual molt estret en molts arbres alhora.

Els dendrocronòlegs poden comparar aquests patrons de creixement entre diferents arbres mitjançant la datació creuada. Aquest procés permet identificar els anys que coincideixen entre mostres i construir una cronologia, una sèrie temporal que pot estendre’s durant dècades o fins i tot segles.

La datació creuada permet connectar mostres d’arbres vius amb fusta històrica a partir de patrons compartits en els anells de creixement. La seqüència d’anells amples i estrets produïda per les variacions ambientals es pot reconèixer en diferents mostres, permetent identificar els períodes que tenen en comú i construir cronologies que s’estenen més enllà de la vida dels arbres vius. Imatge adaptada de Panyushkina (2011).

Però com sabem què significa un anell estret?

Aquí entra en joc el registre instrumental. Per als períodes recents disposem de dades meteorològiques (precipitació, temperatura, humitat, etc.), procedents d’estacions meteorològiques. Podem comparar aquestes dades amb els anells dels arbres. Si trobem una relació consistent entre el creixement i una determinada variable climàtica, podem utilitzar els anells més antics per estudiar com ha variat aquesta variable abans que existissin registres meteorològics.

D’aquesta manera, un arbre pot ajudar-nos a mirar molt més enrere en el temps que les dades instrumentals.

Com podem utilitzar els anells com a registre d’incendis?

Quan un incendi passa prop o al voltant d’un arbre, la calor pot matar el càmbium, la fina capa de teixit responsable del creixement en diàmetre. Si una part del càmbium sobreviu, l’arbre pot continuar creixent.

Per compartimentar la ferida i recuperar la continuïtat del càmbium, l’arbre produeix nova fusta al voltant de la ferida. A mesura que el tronc continua creixent, els nous teixits envolten progressivament la zona afectada i la ferida queda incorporada a la fusta. El resultat és una cicatriu de foc que queda enregistrada al tronc.

Quan obtenim una mostra de fusta que travessa aquesta cicatriu, podem observar-la i datar l’incendi comparant-la amb els anells anuals de creixement. Però no tots els incendis deixen una cicatriu visible en tots els arbres. La probabilitat que es formi i es conservi una cicatriu depèn, entre altres factors, de la intensitat del foc i de les característiques de l’arbre. A més, una cicatriu antiga pot quedar destruïda per un incendi posterior o perdre’s amb la degradació de la fusta.

La presència d’una cicatriu de foc és una evidència d’incendi, però l’absència d’una cicatriu de foc no significa necessàriament que no hi hagi hagut un incendi.

Quan diferents arbres presenten cicatrius que coincideixen en un mateix any, podem identificar un any d’incendi que probablement va afectar la zona estudiada. A partir d’aquest registre podem estudiar:

quan es van produir els incendis
amb quina freqüència es cremava la zona
com es distribuïen els incendis en el temps i l’espai
com ha canviat el règim d’incendis al llarg de dècades o segles

Els arbres ens permeten reconstruir una història del foc que sovint va molt més enrere que els registres històrics, i ens ajuda a entendre com el foc ha contribuït a configurar els paisatges mediterranis.

Cicatrius de foc (assenyalades amb fletxes taronges) en una secció transversal d’un tronc d'alzina. Les ferides provocades pel foc queden enregistrades a la fusta i es poden datar mitjançant els anells de creixement.

Podem utilitzar aquesta informació per entendre millor el futur?

Els arbres ens proporcionen un registre de com han respost als canvis ambientals que ja han passat. Per exemple, podem identificar els anys de sequera més intensa i estudiar com va respondre cada espècie: quant va disminuir el seu creixement, fins a quin punt es va recuperar després de la sequera i quant de temps va necessitar per tornar al seu ritme habitual.

Aquesta informació ens permet quantificar la resistència i la resiliència dels arbres davant de la sequera i altres perturbacions i comparar la resposta de diferents espècies.

Aquestes relacions es poden combinar amb les projeccions climàtiques futures. Els models climàtics ens permeten estimar com podrien canviar durant les pròximes dècades factors com la temperatura, la precipitació i la freqüència i intensitat de les sequeres.

Si sabem com han respost els arbres a diferents nivells de sequera en el passat, podem utilitzar aquestes relacions per explorar com podrien respondre davant de les condicions climàtiques projectades per al futur. Per exemple, si una espècie mostra una forta reducció del creixement durant les sequeres més intenses, i les projeccions indiquen que aquestes condicions podrien ser més freqüents, podem esperar que aquesta espècie estigui sotmesa a una pressió hídrica més gran. En canvi, les espècies que mantenen millor el seu creixement durant la sequera i mostren una major capacitat de recuperació podrien ser candidates interessants per a la restauració i la replantació de boscos en zones on s’espera un augment de l’estrès hídric.