التأريخ الشجري

أ ب ت ث ج ح خ د ذ ر ز س ش ص ض ط ظ ع غ ف ق ك ل م ن هـ و ي

التأريخ الشجري

تاريخ شجري

Dendrochronology -

المخططات الهيكلية	عمل التأريخ الشجري
التواريخ المرجعية	التأريخ الشجري في المناطق الاستوائية الجافة
تقنيات التأريخ الشجري	التطبيق العملي لعلم التأريخ الشجري
تطبيقات التأريخ الشجري

سيراؤوس محمد

علم التأريخ الشجري dendrochronology مصطلح يوناني مشتق من ثلاث كلمات؛ dendro (δένδρον) تعني الشجرة وchrono ( χρόνος) تعني تأريخ الأحداث وlogy (logia) تعني علم. كما يعرّف أيضاً بتأريخ حلقات الأشجار، وهو طريقة علمية للتأريخ تعتمد على نماذج حلقات الأشجار، فعلم التأريخ الشجري يمكن أن يؤرخ الزمن الذي تشكلت فيه حلقة النمو في العديد من أنماط الخشب؛ والسنة الميلادية بدقّة مقبولة.

يُطبَّق التأريخ الشجري في ثلاثة مجالات، هي: علم البيئات القديمة paleoecology الذي يستعمل لتحديد مظاهر محددة للبيئات الماضية، أبرزها المناخ، علم الآثار archaeology وتأريخ الفن والعمارة؛ ويستعملان في تحديد تأريخ اللوحات الفنية المرسومة على الخشب والمباني، والتأريخ بالكربون المشع radiocarbon dating حيث يستعمل لمعايرة أعمار الكربون المشع في بعض مناطق العالم؛ مما يمكن من تأريخ الأخشاب التي تعود إلى عدة آلاف من السنين.

يهتم علماء التأريخ الشجري بدراسة التتالي الزمني في المقطع العرضي لحلقات الشجرة أو في الأخشاب، حيث تظهر حلقات النمو السنوية بوضوح. وعلى الرغم من تشابه جميع الحلقات إلا أنها تبيّن خصائص مختلفة من نماذج النمو الشجري بزيادة كل من الارتفاع والقطر، وهذا النمو نتيجة النشاط الخلوي لأشكال الكامبيوم الوعائي vascular cambium المسؤول عن زيادة النمو القطري، فنمو الخشب (الزيلم) xylem لعام ما يتوضع إلى الخارج من نمو الأعوام التي سبقته، ويظهر على شكل حلقة في المقطع العرضي (الشكل 1).

الشكل (1) مقطع عرضي في ساق النبات يظهر حلقات النمو السنوية.

تتألف حلقة النمو السنوية من حزمتين من الخلايا المتباينة (الشكل 2)، هما خشب الربيع (الخشب المبكر early wood) وخشب الصيف (الخشب المتأخر late wood)، حيث تؤلف حزمة الخلايا الفاتحة اللون الخشب المبكر الذي يتشكل في فصل الربيع وبداية الصيف عندما يكون الماء متوفراً، وتكون خلايا الخشب هذه رقيقة الجدران ذات قطر كبير. أمّا الخشب المتأخر الذي ينتج في الصيف وبداية الخريف؛ فتكون خلاياه أصغر نوعاً ما من خلايا الخشب المبكر، وجدرانها أكثر ثخانة، ولمعتها أقل بكثير؛ مما يعطي الخشب المتأخر لوناً أغمق من الخشب المبكر. ويتوقف إنتاج الخشب مع نهاية فصل النمو حتى ربيع السنة التالية، حيث يبدأ الكامبيوم من جديد بإنتاج خلايا كبيرة الحجم رقيقة الجدران مشكلة تبايناً واضحاً مع خلايا الخشب المتأخر الداكن اللون للسنة السابقة وملاصقة له من الخارج؛ الأمر الذي يرسم حدود حلقة السنة الجديدة.

الشكل (2) حلقات النمو السنوية تظهر خشب الربيع وخشب الصيف.

العاملان الأساسيان المؤثران في عرض حلقة النمو الشجري هما توفر الماء والدفء في فصل النمو، فالفصل الدافئ والرطب يؤدي إلى تشكل حزم نمو عريضة فاتحة اللون في معظم الأشجار الدائمة الخضرة في النصف الشمالي من الكرة الأرضية، ويكون عرض الحلقات متوافقاً مع طول فصل النمو المفضل، وتنتج فصول الصيف الجافة حلقات ضيقة؛ على الرغم من أن استجابة الأشجار لعوامل النمو تختلف بحسب الأنواع، وتعتمد أيضاً على عوامل أخرى مثل وفرة المغذيات والضوء، وهذا يمكن تعميمه على معظم أنواع الصنوبريات في النصف الشمالي من الكرة الأرضية. إن العمل مع النباتات النفضية (متساقطة الأوراق) أكثر صعوبة؛ لأن الخشب المتأخر لا يختلف كثيراً عن الخشب المبكر، ولتمييز حلقات النمو السنوية لا بد من فحص الخلايا نفسها.

تمر الشجرة في حياتها بالعديد من الأحداث التي يمكن أن تسجل في خشبها على المستوى الخلوي أو على نحو أكثر وضوحاً بهيئة ندبات أو تشوهات في الشجرة نفسها. فالصقيع والأوبئة الحشرية والجفاف هي بعض الأمثلة على الأحداث التي ستسجل في حلقة النمو لسنة محددة؛ أو سلسلة من السنوات التي حصلت فيها هذه الأحداث. والحرائق والأحداث الأخرى التي تدمر الكامبيوم سوف توقف إنتاج الخشب في المكان الذي تضرر فيه الكامبيوم تاركة ندبات يمكن أن تغلق أخيراً مع الزمن، وهذه الندبات يمكن أن تؤرخ. تسجل أكثر الأحداث الإيجابية في حياة الشجرة على شكل حلقة عريضة مشيرةً إلى الزيادة في معدل النمو، فمثلاً تتشكل فتحة في قبة الغابة نتيجة موت شجرة ناضجة، وهذا يسمح للأشجار الموجودة تحتها بالنمو على نحو أفضل إذا توفر الضوء والمطر والمغذيات.

ويعتمد نمو الشجرة على سلسلة معقدة من التداخلات بين العوامل الوراثية والبيئية، فوفرة أي عامل بيئي أو نقصه يحدد فيما إذا كانت الشجرة سوف تنمو إلى الحدود الوراثية الكامنة أم لا، فسلسلة الحلقات المتناسبة مع العوامل البيئية تكون عريضة أو ضيقة بشكل منتظم، وتتطور بقطع النظر عن التنوع في المعايير البيئية. أمّا سلسلة الحلقات الحساسة فتُظهر الاستجابة السريعة لعوامل النمو المحددة (مثل رطوبة التربة)، وتُنتج أنماط حلقات قابلة للتأريخ على التوالي تكون مرتبطة بالتغيرات البيئية (التهطال المطري مثلاً) (الشكل3).

الشكل (3) سلسلة الحلقات المتناسبة وسلسلة الحلقات الحساسة.

وتكون في ساق الأشجار الرئيسية حلقات نمو متمركزة، فعندما تميل الشجرة بزاوية ما عن الوضع العمودي -كما في الأشجار النامية على حافة المنحدرات، أو الأشجار المائلة نتيجة دفع الثلج في أثناء الغمر الثلجي- تنشط أجزاء الساق النامية بحيث تعيد المحور الطولي للشجرة أقرب إلى الوضع العمودي. وفي الخشب غالباً ما تعود الحزم البارزة جيداً إلى خشب رد الفعل reaction wood حيث تتشكل على جانب واحد لجذع الشجرة، وتكون أعرض من الحزم الطبيعية المتشكلة على الجانب الآخر. يسمى خشب رد الفعل في مغلفات البذور angiosperms (مثل الحور Populus، الصفصاف Salix، البتولا Betula) بخشب الشد tension wood، حيث تتشكل الحزم القاتمة أعلى الانحناء في حين يتشكل خشب الشد على الجانب المعاكس للإمالة من خلال محاولة الشجرة العودة إلى الوضعية العمودية (الشكل 4)، ويسمى بالخشب المضغوط compression wood في عاريات البذور gymnosperms (مثل خشب الشوح Abies lasiocarpa، تنوب البيسيا Picea engelmannii، صنوبر ملتف Pinus contorta) حيث تظهر الحزم القاتمة أسفل انحناء الجذع، ويتوضع خشب رد الفعل على الجانب المائل للشجرة التي تحاول إعادة نفسها إلى الوضعية العمودية (الشكل 5).

الشكل (4) مخطط يظهر خشب الشد في مقطع جذع الشجرة.

الشكل (5) مخطط يظهر الخشب المضغوط في مقطع جذع الشجرة.

يبدأ خشب رد الفعل بالتشكل حالما تبدأ الشجرة بالميلان أو في الربيع التالي، فإذا حدثت الإمالة في الشتاء؛ فإن خشب رد الفعل يكون أقتم عادةً من الخشب العادي، ويظهر فقط على جانب واحد من الشجرة لكل حادثة إمالة. وتبدو معظم أنماط حلقات الأشجار متشابهة كثيراً أو قليلاً، ولكن بعض الحلقات تعرف بأنها حلقات علّامة (السنوات العلّامة marker years)، وهي مختلفة عن الحلقات المجاورة، ومثل هذه الحلقات مهمة من أجل مقارنة التأريخ (التأريخ المتصالب cross dating). وتدل بعض هذه الحلقات على الأحداث المضطربة المحلية أو الواسعة الانتشار المهمة للباحثين البيئيين. ومن هذه الحلقات:

أ- حلقات الصقيع

تنجم حلقات الصقيع frost rings عن حوادث الصقيع في أواخر الربيع أو بداية الخريف، حيث يتأثر الكامبيوم بالبرودة، ويتشكل بضع حلقات من الخلايا المشوهة قبل أن يسترد الكامبيوم انقسام خلاياه المنظم. تظهر حلقات الصقيع على شكل حزمة خلايا لونها قاتم وغير منتظمة داخل الحلقة الاعتيادية.

ب- الحلقات الكاذبة والحلقات الفاتحة

تتشكل الحلقات الكاذبة false rings في مدة قصيرة من فصل النمو، حيث تكون ظروف النمو في فترة حدوثها مشابهة لتلك الظروف الخاصة بنهاية فصل النمو. فعندما تسود ظروف أكثر جفافاً وبرودة لعدة أيام تتشكل بضع حلقات من الخلايا الثخينة الجدران التي تملك مظهر الخشب المتأخر، ولا يكشف تلك الحلقات إلا الفحص الدقيق. وعلى الرغم من أن جدران الخلايا أثخن؛ فإن حجمها في الواقع لا يتناقص، وتكون العودة إلى الخلايا ذات الجدران الرقيقة بشكل متدرج؛ وليس بشكل مفاجئ، ويحدث ذلك إذا عادت ظروف النمو إلى طبيعتها. ومن ناحية أخرى تُظهر الحلقات الفاتحة light rings تشكل الخشب المتأخر بحدوده الدنيا، وقد يكون من الصعب تمييز حلقات فاتحة كحزمة من الخشب المتأخر؛ لكونها رقيقة جداً، وقد تكون فاتحة جداً أو لاوجود لها.

ج- الحلقات غير المكتملة والغائبة موضعياً

يكون عند بعض أنواع الأشجار مثل اللاريكس (Larix) larches حلقات غير كاملة incomplete أو غائبة (موضعياً) locally absent rings؛ لتجريدها من الأوراق بفعل الحشرات غالباً، وفي هذه الحالة يمكن أن يمتد الخشب فقط في جانب الشجرة الذي نزعت منه الأوراق؛ لأن عملية التركيب الضوئي حدثت فقط في جانب واحد. والجداول الزمنية المرجعية مهمة جداً في تحديد الحلقات الغائبة، والدليل الوحيد على أن الحلقة مفقودة من العينة هو عدم تطابق السنوات العلّامة التالية مع الجدول الزمني المرجعي.

د- الحلقات الضيقة

الحلقات الضيقة narrow rings هي أكثر الحلقات العلّامة نفعاً. وتظهر بشكل واضح في كل الأشجار تقريباً؛ لأنها تنجم عن التأثير المناخي على مقياس المنطقة، واعتماداً على نوع الشجرة التي تلاحظ فيها فهي تدل على أجفّ الظروف /أرطبها أو أدفئها/أبردها مقارنة بتلك الظروف التي تناسب النوع النباتي. وتتطابق في بعض المناطق الحلقات الضيقة غالباً مع السنوات الجافة، ويمكن أن تشير سلسلة من الحلقات الضيقة إلى بضع سنوات ذات فصول نمو غير مناسبة، كما أنها تشير أيضاً إلى فوران الحشرات المسببة لنزع الأوراق بكثرة؛ مما ينجم عنه نمو قليل، وفي حالة فوران الحشرات فإن سلسلة الحلقات الضيقة سوف تكون موجودة فقط في الأنواع الشجرية التي تأثرت بنزع الأوراق، في حين لن تظهر تلك الإشارة الحشرية في الأنواع الأخرى.

المخططات الهيكلية

كل السنوات العلّامة الموصوفة سابقاً هي أدوات مفيدة لبناء تسلسل زمني مرجعي يقابل به تأريخ الأشجار الميتة، ويمكن مضاهاتهما لأغراض مقاطعة التواريخ. والأكثر شيوعاً لبناء تسلسل زمني لمثل هذه السنوات العلّامة هو رسم ما يُسمى المخطط الهيكلي skeleton plots في الرسم البياني للمخطط. تُمثَّل السنوات العلّامة بخط عمودي على محور الزمن (الشكل 6). وتكون الحلقات الضيقة ممثلة بخطوط عمودية أطول.

الشكل (6) إنشاء مخطط هيكلي.

وتُعدّ الحلقات الضيقة هي أكثر السنوات العلّامة موثوقية للتسجيل، وكذلك فإن حلقات الصقيع، والحلقات الزائفة، والحلقات الفاتحة تُلاحظ عادة بوضوح. وعموماً فإن 15-20 عينة كافية لبناء مخطط هيكلي يُعوّل عليه. فالحلقات العلّامة تسجل على محور زمن منفصل لكل عينة، ومن ثم تُرَكَّب الرسوم البيانية لإنتاج المخطط الهيكلي للموقع المدروس (الشكل 7). إن لهذه الرسوم البيانية أهمية كبيرة في تحديد نماذج نمو الأشجار، وهي غالباً كافية للسماح بمقاطعة التواريخ لمعظم الأحداث حتى لتأريخ الأشجار الميتة وعينات الخشب. بيد أن عينة الخشب التي يصادف أن تنحرف انحرافاً كاملاً بين هيئتين موثوقتين من الحلقات العلّامة لا يمكن مقاطعة تواريخها بهذه الطريقة.

الشكل (7) إنشاء مخطط هيكلي مركَّب.

التواريخ المرجعية

يتضمن إنشاء تأريخ مرجعي master/reference chronologies لمنطقة محددة عادة اعتيان العديد من الأشجار (أكثر من عشرين). ويجب أن يقاس عرض الحلقات لكل عينة سنوياً باستعمال الجدول المكرومتري micrometer table chronology أو باستعمال إحدى البرمجيات التي تسمح بالقياسات الرقمية للعينات على الشاشة. ويمكن تقاطع تواريخ الأشجار الميتة والمستحاثات الخشبية مع تأريخ الأشجار الحية؛ مما يسهم في بناء تواريخ مرجعية طويلة جداً تفيد في إعادة بناء الاتجاهات المناخية على المدى الطويل (الشكل 8)، كما تفيد في تأريخ البنى الخشبية والأشياء التي بنيت أو صنعت منها منذ وقت طويل.

الشكل (8) مخطط طريقة مقارنة نماذج عرض الحلقات في العينات.

هناك بعض البرمجيات مثل COFECHA التي تقارن نماذج عرض الحلقات في العينات غير المؤرخة مع التأريخ المرجعي لإيجاد الربط الإحصائي الأفضل، ونتيجة لذلك يُحدَّد تقويم تأريخي للعينات غير المؤرخة. وهناك بعض التواريخ المرجعية التي طُوِّرت في أوربا وفي الجنوب الغربي للولايات المتحدة الأمريكية تمتد إلى بضعة آلاف السنين.

تقنيات التأريخ الشجري

يُستعمل المسبر الملولب الذي يستطيع اعتيان لبابة صغيرة من الأشجار الحية من دون أذيتها (الشكل 9)، وهو البديل لنشر مقطع عرضي من الأشجار المتأثرة للحصول على الأقراص الشجرية في التقنية التقليدية، وهي طريقة غير ملائمة حتى لو طبقت وفق شروط محددة بسبب المخاطر المرئية والضرر الفيزيائي للشجرة، كذلك فإنه من الصعب النشر اليدوي أيضاً للحصول على المقاطع العرضية الجزئية من الأشجار الكبيرة من دون التسبب بضرر العديد من الأشجار المجاورة.

الشكل (9) المسبر الملولب وكيفية اعتيان لبابة صغيرة من جذع شجرة حية.

تطبيقات التأريخ الشجري

ويُرجَع إلى التأريخ الشجري لمعرفة حوادث كبيرة، منها:

1- الحرائق الكبيرة

غالباً ما تحترق بعض الأشجار دون القضاء عليها تماماً كحالة الحرائق السطحية في الغابات الشمالية، حيث يمتد الكامبيوم على جزء من المحيط الدائر للأشجار مغادراً الندب fire scars، ومن المعروف عن أشجار الصنوبر قدرتها على الاستمرار بالحياة بعد مثل هذه الحرائق، وعند حدوث الحرائق الكبيرة wildfires يمكن أن تتأجج النار في الأشجار من دون أن تموت، وفي كلتا الحالتين يمكن للكامبيوم الجانبي أن يمتد على جزء من المحيط الدائري تاركاً ندب الحريق fire scar الذي يمكن أن يؤرخ بها.

2- الفيضانات والانهيارات الجليدية

يسبب الجليد الطافي الذي تحمله الأنهار بسرعة أضراراً للنباتات النامية على حافة المياه، فالضرر الذي يلحق بالكامبيوم سوف يترك ندبات أو سحجات قابلة للتأريخ، وبشكل مشابه يمكن أن تكشط الانهيارات الثلجية والانزلاقات الصخرية النباتات تاركة ندبات، ويمكن أيضاً لبعض الصخور أن تنغمس داخل الشجرة مع بقاء النبات ينمو حول تلك الصخور، وتتشابه ندبات الصخور rock scars وندبات الجليد scars ice إلى حد ما؛ فهي ذات حافة ممزقة ومن الصعب تأريخها، ولكن من الممكن أن تقدم تقييماً جيداً لسنة الانهيار الثلجي وللانزلاقات الصخرية التي سببتها.

وعقب الفيضانات تترسب حمولات المياه من رواسب؛ مما يحدّ من نمو الأشجار، وقد يتسبب في موتها.

3- هجرة الكثيب الرملي

بما أن الكثبان الرملية تهاجر مع الزمن؛ فإنها أحياناً تطمر كلياً أو جزئياً بعض الأشجار التي يصادف وجودها في طريقها، فإذا ماتت الأشجار فإن موتها يمكن أن يؤرخ، وإذا نجت فإن هجرة الكثيب الرملي سوف تسبب انخفاضاً كبيراً في النمو إلى درجة انعدامه خلال الفترة الزمنية التي طمرت فيها الشجرة جزئياً، ومن ثم نمواً أفضل كلما أصبحت مكشوفة لاحقاً، وبهذا يمكن حساب معدل هجرة الكثبان.

4- الحلقات الحرة

يمكن أن تتشكل الحلقات الحرة release rings نتيجة التحسن المفاجئ في المناخ أو في ظروف النمو أو بعد موت جماعات الحشرات التي أبطأت نمو الأشجار المتضررة، أو نتيجة لأي تحسن في الظروف المحيطة مثل الفتحات في قبة الغابة أو وصول المغذيات التي تؤثر في الأشجار بإنتاج حلقات عريضة مفاجئة.

5- إعادة تنظيم السجل المناخي

وتستخدم البرمجيات الحاسوبية في إجراء التحاليل المطلوبة للتغيرات الدقيقة في عرض حلقات الأشجار لإعادة تنظيم السجل المناخي climate reconstruction، فالحوادث المناخية مثل العصر الجليدي القصير تقريباً من العام 1570 حتى 1850 تظهر عادة في تأريخ طويل مرجعي. ويمكن لسُحُب الغاز والرماد الناجمة عن ثوران البراكين أن تؤثر أيضاً في المناخ لعام واحد أو عدة أعوام؛ وكذلك الجفاف. فالبيانات المناخية (الأخيرة) المسجلة تربط بتأريخ حلقات الأشجار. ويمكن أن تستقرأ درجات الحرارة والهطل المطري إلى ما قبل السنوات الموثقة من العلاقة الملاحظة بين نمو الأشجار والمناخ خلال زمن البيانات المتاحة.

6- الاستعمال الأثري في تأريخ المواد الخشبية والمباني

استعمل علم التأريخ الشجري على نطاق واسع وخاصة في أوربا وجنوب غربيّ الولايات المتحدة الأمريكية وكندا لتأريخ العديد من المواد والهياكل الخشبية الأثرية التي حُفِظَت جيّداً. ولا بدّ من أن يربط نمط الحلقات بالتأريخ المرجعي archaeological referenced للمنطقة التي أخذت منها الأشجار؛ فضلاً عن ضرورة التفسير الدقيق للنتائج لتجنب التعيين المضلل للمباني القديمة من المباني الجديدة، وخاصة عندما أعيد تدوير الهياكل الخشبية من المباني القديمة في المباني الجديدة كما حصل في جنوب غربيّ الولايات المتحدة.

7- التحليل الجزيئي

بما أن الأشجار تتضمن جزيئات من الوسط المحيط (التربة والهواء) في حلقاتها السنوية؛ فمن الممكن تأريخ ظهور جزيئات جديدة في النظام مثل عناصر النشاط الإشعاعي بعد حادث نووي، أو تعقب أثر المغذيات في الترب. تتضمن مثل هذه الدراسات التحليل الجزيئي molecular analysis لحلقات النمو السنوي باستعمال حلقات الأشجار لمعايرة مقياس الكربون المشع وتحديد سنوات تقويمية للكربون 14.

8- علم التأريخ الشجري أداة في الأبحاث الجيولوجية

يُعدّ علم التأريخ الشجري أداة بحث مهمة جداً يستعملها العديد من الجيولوجيين لتحديد عمر المعالم الجيولوجية، فعندما يكون هناك قمتان بركانيتان متباعدتان بعضهما من بعض، يمكن تقدير أي منهما أكثر غطاء نباتيّاً وأي منهما أقدم؛ ولكن أدوات التأريخ الشجري تعطي بيانات أكثر دقة لكل معلم فيه أشجار؛ مما يعطي مصداقية أكبر لتلك القياسات. حيث يمكن أن يحدد عمر الصدوع في الأشجار التي تنمو بداخلها؛ لأن الصدوع أو الشقوق أقدم من الأشجار التي تنمو بداخلها.

كما يمكن أن يحدد علم التأريخ الشجري الأعوام التي حدثت فيها انفجارات بركانية هائلة وكذلك مسافة الانفجار البركاني؛ حين تكون الأشجار في منطقة البركان ولها العمر نفسه تقريباً، وتُعرَف بأشجار الثوران.

عمل التأريخ الشجري

يُعدّ علم التأريخ الشجري من طرائق التأريخ العلمي، وهو دقيق عندما يُطبَّق باعتماد فصل واحد من السنة، وخاصة في التأريخ للأبنية والأخشاب الأثرية. ويعتمد على الدمج بين علوم الحياة والإحصاء. فالمبدأ الأساسي لفهم عمل التأريخ الشجري هو ظاهرة النمو الشجري من خلال الزيادة في الطول والقطر؛ لأن النمو الطولي للشجرة يحدث نتيجة انقسام خلايا المرستيم القمي عند الأجزاء الطرفية للأغصان والفروع والجذور، أما النمو القطري فيحدث نتيجة انقسام الأنسجة المولدة القشرية الفلينية والكامبيوم، وفي الأشجار نوعان من النسج المولدة، هي (الشكل 10):

الشكل (10) النسج المؤلفة لجذع الأشجار.

1- النسيج المولد اللحائي الخشبي أو الكامبيوم: يعطي هذا النسيج نتيجة الانقسامات خلايا مولدة للحاء نحو الخارج وخلايا مولدة للخشب نحو الداخل، وهذه الخلايا الأخيرة تكون أكثر نشاطاً في الانقسام؛ مما يفسر سماكة طبقة الخشب الكبيرة نسبة إلى طبقة اللحاء المحدودة، وهذه الخلايا تتمايز إلى نوعين مختلفين بالشكل والعمل، هما:

- الخلايا الأم لعناصر الخشب كافة ما عدا الأشعة الخشبية.

- الخلايا الأم للأشعة الخشبية.

ينشط النسيج المولد في بداية فصل النمو (الربيع)، فيعطي خلايا خشبية بغزارة ذات أحجام كبيرة نسبياً، ثم يخفّ هذا النشاط تدريجياً حتى نهاية فصل النمو (الخريف)، ويعطي خلايا خشبية أقل غزارة ذات أحجام صغيرة نسبياً. هذا التمايز في نشاط النمو يعطي للخشب في النهاية شكل حلقات تسمى حلقات النمو السنوية، والنمو السنوي هو مجموع حلقتين من لونين مختلفين حلقة النمو الأولي (خشب الربيع/الخشب المبكر) وحلقة النمو النهائي (خشب الصيف/الخشب المتأخر)، فالحلقة السنوية مؤلفة من النمو الحاصل في الربيع والصيف الذي يستمر حتى نحو تشرين الثاني/نوفمبر عندما تتساقط الأوراق، وتصبح الأشجار في حالة كمون في أثناء الشتاء. ويمكن تمييز هذه الحلقات في بعض الأنواع بوضوح؛ كما هو في الصنوبريات، حيث يظهر خشب الربيع بشكل حلقة ذات لون فاتح؛ وخشب الصيف بشكل حلقة ذات لون غامق، وفي بعضها الآخر يصعب تمييز الحلقات كما هو في شجر الحور والصفصاف، فتُستعمَل مكبرات خاصة لتحديد الحلقات التي من خلالها يمكن تقدير عمر الشجرة بالضبط.

2- النسيج المولد الفليني القشري: يعطي هذا النسيج نتيجة لانقسامه نسيجاً فلينيّاً للخارج ونسيجاَ قشريّاً للداخل، وهذان النسيجان يعطيان ما يسمى بقلف الشجرة عند تقدمها بالعمر، وهو القشرة الخارجية التي تنفصل عن الشجرة بعد قطعها وجفافها.

وعموماً يمكن أن تُبسط الشجرة بشكل أفضل بوصفها مخروطاً بطبقات جديدة تضاف إلى الخارج كل سنة في المناطق المعتدلة، فتصبح أطول وأثخن، ففي السنديان الأمريكي الأحمر Quercus rubra والأبيض Quercus alba وكذلك الدردار الأسود Fraxinus nigra والعديد من الأنواع الأخرى؛ تتألف الحلقات السنوية من جزأين متميزين، هما النمو الربيعي أو الخشب المبكر، والنمو الصيفي أو الخشب المتأخر، فالخشب المبكر يتألف من الأوعية الكبيرة المتشكلة في مدة نمو الأغصان التي تحدث بين شهري آذار/مارس وأيار/مايو قبل بداية أي نمو ورقي، وهذا ينجم عن استعمال معظم الطاقة والمواد الخام المتراكمة خلال السنة السابقة، وبعد ذلك يحدث تغير مفاجئ وقت اتساع الأوراق في شهري أيار/مايو وحزيران/يونيو حين يحفز النشاط الهرموني التغير في نوعية الخشب، ويتشكل خشب الصيف أو الخشب المتأخر، فيصبح أكثر تليفاً، وتقل أوعيته، فالأشجار التي لديها هذا النمط من النمو تعرف بالأشجار ذات الحلقة المسامية ring-porous، وتكون متميزة بالمقارنة بين فتحة أوعية الخشب المبكر الملونة الفاتحة والخشب المتأخر الأكثف والأقتم لوناً.

وهناك أنواع أخرى من الأشجار تعرف بالأشجار ذات المسام المنتشر diffuse-porous، وهذه المجموعة تختلف عن الأشجار ذات الحلقة المسامية ، حيث تتألف أوعية الربيع فيها من أوعية صغيرة جداً تصبح أصغر كلما تقدمت الشجرة إلى نمو الصيف. يصعب غالباً تمييز حلقات النمو السنوية حتى تحت المجهر، وبعضها يحتاج إلى دراسة الأشعة المخية medullary ray التي تثخن عند حدود الحلقة. ويستعمل التأريخ الشجري التنوع في عرض الحلقات السنوية الناجم عن التأثر بالظروف المناخية المسيطرة في منطقة واسعة. وعلى النقيض من أكثر العوامل الأخرى موضعية مثل التنافس الغابي وهجوم الحشرات؛ فالتغيرات المُستَحثَّة induced مناخياً المؤثرة في عرض الحلقات للتواريخ التقويمية المنسوبة إلى الخشب من دون تأريخ محدَّد؛ تحدِّد بالضبط تأريخ قطع الشجرة عندما تقارن بتسلسل التأريخ الثابت. وإذا كان مقطع الشجرة كاملاً حتى حافة اللحاء؛ فإن تأريخ القطع سوف يكون دقيقاً للفصل من السنة اعتماداً على درجة تشكل الحلقة الخارجية، لذا يمكن تحديد عملية القطع أنها جرت في الربيع إذا كانت الشجرة المقطوعة مع لحائها وأوعية الربيع متشكلة فيها، وليس فيها نمو صيفي؛ ولكن لا يمكن تحديد الشهر الذي قُطعت فيه.

هناك أبعاد أخرى مهمة لدراسات التأريخ الشجري، هي وجود الخشب الطري أو الخشب المحيطي sapwood واللحاء، حيث تقع حزمة حلقات النمو هذه تحت اللحاء مباشرة، وتتضمن حلقات النمو الحية التي تنقل النسغ من الجذر إلى الأوراق، وتختلف حزمة الخشب الطري عن خشب القلب أو الخشب الصميمي heartwood، فالخشب الصميمي مظهره متميز ولونه قاتم، أوعية الربيع فيه مسدودة بالفضلات الناتجة من النمو الشجري، وتسمى التيلوز tyloses (الشكل 11)، فالخشب الصميمي نسيج ميت. أمّا الخشب الطري فهو حيّ على الرغم من كون الجزء الوحيد الحي والنامي فيه هو خلايا الكامبيوم الواقعة مباشرة تحت اللحاء.

الشكل (11) الخشب الصميمي.

التأريخ الشجري في المناطق الاستوائية الجافة

قُسِّم علم التأريخ الشجري خارج المناطق المعتدلة والشمالية إلى فرعين، هما علم التأريخ الشجري الاستوائي وعلم التأريخ الشجري لمناطق البحر الأبيض المتوسط.

تتشكل حلقة الشجرة في بيئة الأراضي المنخفضة الاستوائية اعتماداً على الجفاف أو الفيضان الدوري، في حين يكون فصلا الشتاء البارد والصيف الجاف مسؤولين عن حلقة الشجرة في بيئات البحر الأبيض المتوسط.

أما في البيئة الاستوائية الجافة والأرض المرتفعة؛ فتتغيّر درجة الحرارة في موسم الأمطار تغيراً كبيراً؛ إذ تكون درجات الحرارة في النهار عالية، وتنخفض كل ليلة إلى ما دون درجة التجمد أما في أثناء الجفاف؛ فيكون ذلك غير منتظم. ويمكن للصقيع العرضي والجفاف أن يسببا سدّ الهواء عن الخلايا الناقلة للماء بتشكيل خثرة تسد القنوات الناقلة للماء، ولهذا السبب ينقص نقل الماء في الشجرة؛ مما يقلل إنتاجية النبات، كما هي الحال في معظم إثيوبيا. وكذلك فإن زيادة الجفاف سوف تنقص إنتاجية النبات، ولهذا السبب فإن كلتا الحادثتين يمكن أن تسببا تشكيل حدود الحلقة. ويزداد التعقيد في تشكيل حلقة الشجرة في البيئات الاستوائية في ثلاث ميزات لسلوك نمو الشجرة:

- حلقات الشجرة غالباً متقطعة على طول قطر الشجرة (حلقات جزئية)، وهذا يتطلب الحصول على لبابات متعددة لكل شجرة؛ وحتى أقراص للساق (الشكل 12).

الشكل (12) تقطع حلقات الشجرة.

- تؤدي الاستجابة للظروف البيئية إلى تغيرات كبيرة بين الأنواع اعتماداً على التغير في البنية التشريحية للخشب والموطن وتوفر المغذيات وعمق الجذور وتأريخ النمو.

- لا تمر الأشجار بثبات حقيقي؛ أي ليس ثمّة نشاط كامبومي (قلبي)، ويحدث عوضاً من ذلك تغير في درجات السكون التي تحدد تميز الحلقة، وهو كثير الحدوث في هذه البيئة.

التطبيق العملي لعلم التأريخ الشجري

بدأ علم التأريخ الشجري بفحص نمط حلقات النمو الضيقة والعريضة لقطعة الخشب المحددة وقياسه. ويعكس هذا النمط الظروف الجوية السنوية المميزة في منطقة أو تحت منطقة مناخية حيث تنمو الشجرة. وبإجراء التحاليل الإحصائية الدقيقة جداً للعلاقة بين نمط الحلقة المقيسة وأنماط المواد المرجعية المعروفة يمكن إرجاع قطعة الخشب إلى مكان وزمان نمو محددين.

ولكي يكون نوع معيّن من الخشب قابلاً للتأريخ بواسطة علم التأريخ الشجري يجب أن يحقق معيارين أساسيين:

1. أن يبدي نوع الشجرة المدروسة نمواً منتظماً معقولاً قابلاً للتنبؤ به من دون شذوذات بين أفراده، مثل: البلوط .Quercus spp، الزان Fagus sylvatica، المران Fraxinus spp.، الزيزفون Tilia spp.، الدردار Ulmus spp.، الشوح الأبيض Abies alba، التنوب الشوحي Picea abies، الصفصاف الأبيض Salix alba، الصنوبر Pinus spp..

2. وجود بيانات إقليمية مناسبة كافية للمقارنة؛ ويجب أن يجمعها علماء التأريخ الشجري على شكل سلاسل زمنية مسجّلة، وبعد قياس الحلقات المتعاقبة تُحوّل البيانات الناتجة إلى منحني نمو، يمكن أن يعالج رياضياً للأخذ بالحسبان عوامل مثل ميل عرض الحلقة للتناقص كلما تناقص عمر الشجرة.

والجدير بالذكر أن علم التأريخ الشجري يعتمد على العلاقة بين منحني الخشب غير المعروف والتسلسل الزمني المسجَّل للخشب المصدَّر في مناطق عديدة من العالم. ولعدّ الإحصائية ذات دلالة معتمَدة لا بدّ من:

- مقارنة نحو 80 حلقة متتالية على الأقل، وهذا الرقم يتغير اعتماداً على شكل المنحني المقيس المميز (مثلاً: كم حلقة شاذة/مظاهر استثنائية يمكن أن تكون بارزة).

- يجب أن تقاس حلقات الأشجار المتتالية قياساً دقيقاً جداً (إلى أقرب 0.01 مم). باستعمال تقنيات عديدة اعتماداً على الظروف المحيطة.

وعموماً تكون الطريقة المفضلة للقياسات المباشرة لعرض الحلقات هي فحص نهاية الألياف الخشبية (المقطع العرضي)؛ حيث تعطي هذه التقنية أغلب القياسات الدقيقة التي يمكن تطبيقها فقط حين تكون نهاية الألياف من القطعة الخشبية قابلة للقياس. وفي الحالات التي تكون فيها نهاية الألياف غير قابلة للقياس من الممكن ومن خلال المقارنة ببعض الأنواع الأخرى من الخشب؛ أخذ القياسات المباشرة لعرض الحلقات من سطح المقطع الطولي للقطع الشعاعي لقطعة الخشب. ويمكن أن تستعمل هذه الطريقة غالباً مع الصنوبريات مثل التنوب الشوحي والشوح الأبيض والصنوبر حيث تكون حدود الحلقة واضحة ومميزة على سطح المقطع الطولي، فالكمان والأجهزة الوترية الأخرى يمكن أن تكون مؤرخة بهذه الطريقة. وتقاس حلقات الأشجار في الحالات التي لا يمكن فيها قياس نهاية الألياف أو المقطع الطولي مباشرة بالتصوير بأشعة X، ولكن هذه الطريقة أقل دقة من القياس المباشر، وتتباين النتائج إلى حد بعيد اعتماداً على نوع الخشب المدروس؛ فالصنوبريات ذات الخشب المبكر والمتأخر القوي المتدرج الكثافة يُعدّ خشبها الأكثر مناسبة لهذه التقنية عموماً. أمّا البلوط فهو أقل جودة؛ ولكنه ما يزال يُصوَّر بنجاح.

وضع علماء التأريخ الشجري تقديرات لعدد حلقات الخشب الطري الموجودة في أنماط مختلفة من الأشجار في مناطق مختلفة؛ وذلك لتوفير البيانات المفقودة عندما تكون حلقات الخشب المدروس من الخشب الطري sapwood؛ لأنه يصعب الحصول على البيانات الدقيقة المفقودة لهذه الأخشاب، فحلقات الشجرة الخارجية تنزع عند تحويله لخشب النجارة.

على سبيل المثال البلوط البلطيقي معروف باحتوائه على نحو 16 حلقة خشب طري مع انحراف معياري ±3؛ فإذا كان لقطعة خشب نجارة من البلوط البلطيقي خمس حلقات من خشب النسغ، والأخيرة من هذه الحلقات أرَّخها علم التأريخ الشجري في عام 1750؛ ومن ثم يمكن أن تُقدَّر البيانات المفقودة للشجرة بين 1758-1764. وهكذا يمكن تحديد السنة أو الفصل بدقة للقطع الخشبية القديمة؛ ولو فُقِدَت البيانات وحلقات من خشب النسغ.

مراجع للاستزادة:

- E.R. Cook, Methods of Dendrochronology: Applications in the Environmental Sciences Library of congress,2010.

- B. Humphreys, Dendrochronology,Finshing Line Press 2019.

- F. H. Schweingruber, Tree Rings: Basics and Applications of Dendrochronology, Springer, 2013.

- F. H. Schweingruber, A. Börner, et al., Atlas of Woody Plant Stems: Evolution, Structure, and Environmental Modifications, Springer, 2014.