Dendrokronologia, radiohiili ja kosminen säteily, osa 2: Pitkät lustokalenterit – onko dendrokronologinen menetelmä absoluuttinen?

Mikko Tuuliranta, elokuu 2022

Luominen-45:n artikkelin Dendrokronologia vastaan Raamatun kronologia otsikko
Tämä artikkelisarja (1-3) on täydennystä Luominen numero 45:n artikkelille ”Dendrokronologia vastaan Raamatun kronologia”. (Dendrokronologia tarkoittaa siis puiden vuosirenkaisiin eli -lustoihin perustuvaa kalentereiden rakentelua.)
Artikkelin 1. osan löydät täältä

Tämä sarja on täydennystä Luominen -45 artikkelille ”Dendrokronologia vastaan Raamatun kronologia”. Osassa 1 käsiteltiin dendrokronologialle tärkeää radiohiiliajoitusta ja tultiin siihen johtopäätökseen, että kun mennään lähelle esihistoriallista aikaa, ehkä vain toiselle vuosituhannelle ennen ajanlaskun alkua, C-14-menetelmän tarkkuus alkaa heikentyä. Näin mm. siksi, että: 1) Radiohiilen pitoisuus ilmakehässä ei ole ollut vakio, ja 2) ei ole olemassa mitään iältään varmasti tunnettuja vanhoja näytteitä kuten arkeologisia löytöjä tai absoluuttisia ja riippumattomasti rakenneltuja, riittävän pitkiä lustokalentereita, joita vasten radiohiilivuodet voitaisiin kalibroida ja muuntaa tarkoiksi kalenterivuosiksi. Eivätkä esim. vesistöjen pohjasedimenttien ”vuosilustot” kelpaa tähän tarkoitukseen yhtään sen paremmin (vesistöjen lustoista osassa 3).

Dendrokronologia ja pitkien lustokalentereiden rakentelu ei ole kovin yksinkertainen juttu. Alaa hallitsevia ei liene koko maailmassa kuin kourallinen; kyseessä on ”subspesialiteetin subspesialiteetti”, jossa myös tilastomatematiikka näyttelee tärkeää osaa. Siksi maallikon voi olla aika vaikea kyseenalaistaa alan asiantuntijoiden ”kiveen hakattuja” tutkimustuloksia. – Vai onko? Katsotaan. Aivan parin sivun jutusta tämä mutkikkaaksi kokemani asia ei kuitenkaan selviä. Ken viitsii ja jaksaa kahlata seuraavat 12, jopa 20 sivua, tehkööt itse omat johtopäätöksensä. Jotta tämä artikkeli ei olisi vain tylsää teoriaa, loppuosa koostuu kymmensivuisesta liitteestä, joka koskee itse tekemiäni havupuiden tutkimuksia ja niistä tekemiäni johtopäätöksiä. Kiitän asiantuntijoita Samuli Helamaa, Lars-Åke Larssonia ja John Woodmorappea saamistani neuvoista ja kirjallisuudesta.

Osan 1 alkuun kirjoitin mottona: ”Jos haluat esittää argumentteja nuoren Maan kreationismia kohtaan, unohda ainakin dendrokronologia.” Miksi? Siksi, että kokonaisuuden huomioiden aihepiiri on omasta mielestäni ollut nuoren Maan kreationismin kannalta vähämerkityksellinen. Kuitenkin mitä tulee Raamatun sukuluetteloihin ja niihin perustuvaan aikajanaan, dendrokronologia vaikuttaa esittävän jonkinlaisen haasteen: Euroopan tammipuiden lustokalenterin väitetään ulottuvan 12 000 vuoden päähän ja Lapin mäntyjenkin 7 600 vuoden taakse. Masoreettisen tekstin sukuluetteloiden perusteella luominen tapahtui noin 6 000 vuotta sitten ja Septuagintan (LXX) mukaan noin 1 600 vuotta aikaisemmin. Vastaavasti vedenpaisumuksen ajankohta olisi ollut joko noin 2 350 tai 3 400 eKr. Teististen evolutionistien ja vanhan Maan kreationistien mielestä sukuluetteloissa on mainittu vain kunkin aikakauden tärkeimmiksi katsotut henkilöt, jolloin luomisen aika ei olisi ristiriidassa lustokalenterien kanssa.

Eero Junkkaalan ja Rope Kojosen kirjojen (Onko mitään Järkeä uskoa Jumalaan, 2020 ja Luominen ja evoluutio, 2021) sekä Otto Pellisen erään luennon ja Areiopagi-artikkelin johdosta kiinnostuin asiasta kuitenkin sen verran, että olen nyt koettanut edes hieman tutustua aihepiiriin sekä teoriassa että käytännössä. Aloitukseksi esimerkki Otto Pellisen esittämästä haasteesta:

Riippumatta siitä, käytetäänkö masoreettiseen tekstiin vai Septuagintaan nojaavaa raamatullista kronologiaa (jonka mukaan vedenpaisumus olisi n. 3300 eKr.), puiden vuosirenkaat muodostavat siis vakavan ongelman nuoren Maan maailmankuvalle (Areiopagi 2021, Matkani nuoren Maan kreationismiin ja sieltä takaisin).

Vaikka uskonkin, että Mooseksen, Aikakirjojen ym. sukuluettelot ovat alkuperäisissä teksteissä oikeita, en rupea asiasta tässä argumentoimaan. Koetan vain esittää pääasiat dendrokronologiasta, sen hypoteeseista, koukeroista ja virhelähteistä, siitä miksi menetelmä ei taidakaan tuottaa absoluuttisia kalentereita, vaikka niin on yritetty vakuutella (esim. Helama, Eronen ja Timonen, ”Dendrokronologinen ristiinajoitus – absoluuttinen ajoitusmenetelmä”, Geologi 57, 2005).

Jo melko pintapuolisen tutustumisen ja ”kenttähavaintojen” jälkeen tuli mieleeni historioitsija Herbert Butterfieldin toteamus vuodelta 1949:

Emme saa jättää huomioon ottamatta sitä tosiasiaa, että oppineisuus – myös eri luonnontieteiden alalla – on halki vuosisatojen osoittanut taipumusta aggressiivisuuteen, niin että kaikkina aikoina on väitetty asioita todistetuiksi, vaikka näin ei ole todella tapahtunut, tai on tehty johtopäätöksiä, joita käytetyn menetelmän ja todistusaineiston pohjalla ei suinkaan olisi ollut lupa tehdä (Kristinusko ja historia, WSOY, s.198).

Tällä alalla, päinvastoin kuin evoluutiokysymyksissä, en kuitenkaan ole törmännyt aggressiivisuuteen. Mutta entä jos uskallan väittää, että dendrokronologinen ristiinajoitus ei ole absoluuttinen menetelmä?

Dendrokonologian perusteista ja sen subjektiivisuudesta

Peruskäsitteistä kirjoitin jo Luominen-45 artikkelissani. Selitän niitä nyt ensin hieman yksityiskohtaisemmin. Näin siksi, että lukijan on helpompi ymmärtää jälkiosaa, sitä mitä kerron alan ”koukeroista” ja epävarmuustekijöistä sekä omista tutkimuksista ja niistä tekemistäni johtopäätöksistä.

Alussa (ja paljolti vieläkin) menetelmän lähtökohta oli, että puu kasvattaa joka vuosi kuorensa alle yhden selvästi havaittavan uuden renkaan eli luston siten, että: 1) Alkukesän nopea kasvu synnyttää paksun ja vaalean osan (kesäpuu/varhaispuu) ja syyskesällä kasvun hidastuessa syntyy tumma ja tiivis osa (syyspuu/myöhäispuu). 2) Puun ikä voidaan laskea renkaista, koska joka vuosi niitä syntyy yksi. (Näin ei kuitenkaan ole läheskään aina. Siitä tuonnempana.) 3) Renkaat ovat ”ilmastosormenjälkiä”: hyvänä vuonna kasvaa paksu, huonona ohut rengas. Tropiikin puissa renkaat kuitenkin erottuvat heikosti tai ei ollenkaan, koska ne kasvavat lähes koko ajan. Siksi kalentereiden rakentelu ei tahdo niistä onnistua.

Puut ja ilmasto

Yhdysvaltalainen astronomi Andrew Douglass (1867–1962) perusti ensimmäisen puiden kasvurenkaita tutkivan yksikön Arizonan yliopistoon vuonna 1937. Hän uskoi, että 11 vuoden jaksoissa esiintyvät auringonpilkut vaikuttavat maapallon ilmastoon ja sitä kautta puiden kasvuun, joka näkyy niiden vuosirenkaissa: Hyvänä kautena (paljon auringonpilkkua) kasvaa paksuja renkaita, huonoina ohuita siten, että näitä ilmaston vaikutuksia saattaa näkyä vielä muutaman seuraavankin vuoden renkaissa. – Ja erityisen huono kausi saattaa jättää jälkensä pidemmäksikin aikaa. Näitä kasvueroja (joiden pitää olla selvästi havaittavissa, jotta kalentereita voidaan rakentaa) kutsutaan ilmastosignaaleiksi (tai sormenjäljiksi).

Auringon aktiivisuus – totta kai, vaikuttaa ilmastoon, mutta normaalien, 11 vuoden jaksoissa esiintyvien pilkkujen vaikutus ei ole kovin merkittävä: ehkä havaittava mutta ”marginaalinen”. Selvää kuitenkin on, että kasvukauden lämpötiloilla ja sademäärillä on vaikutusta kasvuun ja että kasvulustoja on mahdollista lukea myös jonkinlaisina ilmastosignaaleina. On kuitenkin huomattava, että myös talven lepotilan aikaisilla lämpötila- ja lumioloilla saattaa olla suuri merkitys.

Jos siis osittain samoihin aikoihin kasvaneista elävistä ja kuolleista puista voitaisiin koota ajallisesti katkeamaton rengassarja (lustokalenteri) satojen, jopa muutaman tuhannen vuoden päähän, saataisiin tietoa alueen ilmastohistoriasta. Samalla voitaisiin määrittää myös vanhojen puisten rakennusten ja muiden rakenteiden kuten siltapilarien tai laivanhylkyjen ikää. Ja jos onnistuttaisiin löytämään katkeamaton sarja elävistä puista vanhoihin hyvin säilyneisiin subfossiilisiin puihin, voitasiin jopa laskea, koska jääkausi päättyi Lapissa ja ensimmäiset männyt alkoivat kasvaa etelästä tuulen mukana lentäneistä siemenistä: Jokaisen puun ydin- ja pintaosista löytyisi riittävän pitkät ja hyvin erottuvat lustosarjat, jotka yhdistävät ne kahteen viereiseen sukupolveen. Wikipedia (kursivointi minun):

Sarjan rakentaminen onnistuu, jos kukin sarjan puista on elänyt ainakin sarjan kahden muun puun kanssa [osittain] samaan aikaan. – – Vuosirengassarjan teossa ovatkin olennaisia niin sanotut osoittajavuodet, joiden vuosirenkaat poikkeavat muista normaaleista vuosirenkaista.

Niinpä, jos kaksi pitkäikäistä* saman lajin puuta, vanha (A) ja nuori (B), ovat varmasti eläneet lähekkäin ja osittain samaan aikaan ja reagoineet kasvukausiin samalla tavalla (siis sääolojen mukaisesti), molempien tuona aikana kasvattamien lustosarjojen pitäisi olla samankaltaiset eli keskenään hyvin korreloivat.

*Vanhimmat elossa olevat Lapin männyt ovat 700-800 vuotiaita ja Etelä-Suomenkin luonnonpuistoista löytyy 300-500 -vuotiaita yksilöitä.

Kuvitelkaamme siis kaikkein yksinkertaisinta, Douglass´n hypoteesiin sopivaa ideaalista esimerkkiä, kahta mäntyä: Mattilan vanha isäntä kaatoi 130-vuotiaan puun A joulukuussa 1960 ja siitä tuli hänen talonsa harjahirsi. Lähellä oli toinen, pienempi mänty B, jonka hän jätti kasvamaan. Hänen pojanpoikansa kaatoi sen 60 vuotta myöhemmin, joulukuussa 2020. Jos hän nyt haluaisi varmistua, että vaari varmasti rakensi talonsa vuonna 1960 kaadetuista puista eikä joistain vanhoista hirsistä, hän tekisi ristiinsovituksen (engl. crossmatching), jossa katsotaan miten hyvin nyt kaadetun puun ja talon hirsien rengassarjat sopivat yhteen eli limittyvät: Nyt kaadetun puun (jossa myös 130 rengasta) sisemmistä (eli vanhemmista) osista pitäisi löytyä samanlainen, selvästi erottuva rengassarja kuin harjahirren 60:stä uloimmasta (nuoremmasta) sarjasta (edellyttäen, että viimeistä eli kuoren alaista vuonna 1960 syntynyttä pintaa on jäljellä). Näin siis ihannetapauksessa, jossa molemmat puut ovat reagoineet ilmastoon samalla tavalla. Tällöin niiden rengassarjojen pitäisi korreloida vahvasti ja yhteensopivuuden pitäisi alkaa vuoden 1960 renkaasta, ns. ensimmäisestä osoittajavuodesta (distinctively high-t-crossmatch point) eikä mistään muusta. Jos asian sitten todetaan olevan näin ja rengassarjat korreloivat muutenkin hyvin, asiaa voidaan ainakin harjahirren osalta pitää todistettuna: vaari saattoi rakentaa koko talon uusista hirsistä. Asia kuitenkin mutkistuisi, jos puut eivät olisikaan reagoineet ilmastoon samalla tavalla joko ulkoisista tai sisäisistä (geneettisistä?) seikoista johtuen.

Alla kuvitellun ihanteelliset ja yksinkertaistetut lustosarjat (paksuudet millimetreissä 1, 2...) osoittajavuosineen: vahva korrelaatio (t>>10), jossa 1890 ja 1960 osoittajavuodet lihavoituina ja alleviivattuina. (t on tilastomatemaattinen korrelaatioarvo ja sen pitäisi olla vähintään 3,5, mieluimmin 7 tai enemmän.) (Huomaa, että aivan joka vuoden renkaiden ei tarvitse olla täsmälleen yhtä paksuja!)

1830 1890 1960 2020
33422322331223452... 232121212... 45322334... 121212
232121212... 35322334... 121212... 22321335... 2332

Tässä on siis tärkeää ymmärtää dendrokronologian perusteet: 1) (terveet) puut, jotka ovat kasvaneet osan aikaa elämästään yhdessä ja lähekkäin, ovat tuona aikana kasvattaneet melko samanlaiset lustosarjat (kuten vuosien 1890–1960 lihavoidut sarjat) (puhutaan yhteiskasvusta). 2) Muina vuosina (kuten 1830–1889 ja 1961–2020) syntyneet sarjat ovat näistä riittävän selvästi erottuvia. 3) Tutkittavat puut ovat tarpeeksi vanhoja (mieluimmin yli sata vuotta), jotta olisi syntynyt riittävästi eripaksuisia, erottuvia lustojaksoja, jotta niiden vertailut onnistuisivat ja jotta niistä voitaisiin tehdä luotettaviksi katsottuja tilastomatemaattisia ja ilmastollisia johtopäätöksiä.

Mattilan harjahirren kanssa voisi siis käydä niin, että sen uloin (nuorin) lustosarja korreloi hyvin äsken kaadetun puun sisemmän (vanhimman) lustosarjan kanssa. – Tai sitten ei. Miksi ei? Koetan selittää: Jos puut olisivat reagoineet kasvullaan ilmastoon hyvin (”normaalisti”) ja samalla tavalla, 70 yhteisen kasvukauden ajan (1890–1960) rengaskuvioiden pitäisi olla selvästi erotettavissa muiden kasvukausien (1830–1889 ja 1961–2020) kuvioista. Näin siksi, että on kovin epätodennäköistä, että samalla seudulla olisi joskus pari-kolme sataa vuotta aikaisemmin ollut ilmastollisesti hyvin samankaltainen 70:n perättäisen kasvukauden jakso. Ja jos toista sellaista ei ollut ja jos puut ovat reagoineet ilmastoon ”oikein”, ensimmäinen ja tärkeä osoittajavuosi/lusto (1960) olisi molemmissa puissa juuri siinä, missä pitääkin ja tästä lustosta sarjat korreloivat vahvasti koko pituudeltaan vuoteen 1890. – Tai sitten ei, koska: Tuskin minkään samaan aikaan samalla seudulla kasvaneen kahden puun pitkät lustosarjat ovat koskaan kaikilta osiltaan täysin identtisiä: Kahdenkymmenen ja jopa neljänkymmenen vuoden sarjat saattavat sitä olla, mutta tuskin enää seitsemänkymmenen eikä varsinkaan yli sadan vuoden sarjat. Näin siksi, että puut, siinä kuin ihmisetkin ovat yksilöitä (elleivät ole klooneja): Yksilöllisiä eroja ilmenee aina, enemmin tai myöhemmin. Pitkien lustokalentereiden rakentelu onkin kaikkea muuta kuin yksinkertaista; mukaan saattaa sekoittua subjektiivisuutta, virheitä ja muita inhimillisiä tekijöitä:

Vaikka dendrokronologisen ristiinajoituksen pääperiaatteet ovatkin sinällään yksinkertaisia, on ristiinajoitus [= ristiinsovitus] aikaasyövä prosessi, joka vaatii suorittajaltaan äärimmäistä huolellisuutta ja herkeämätöntä tarkkuutta ja keskittymistä. (Helama, Eronen, Timonen: Dendrokronologinen ristiinajoitus – absoluuttinen menetelmä, Geologi 57, 2005).

Pitkien lustokalentereiden rakentelusta

Jotta rengaskäyrät saataisiin sopimaan yhteen, niitä pitää muokata matemaattisesti

Ovatko kaikki dendrokronologian säännöillä ja menetelmillä saadut tulokset absoluuttisia?

1) Normalisaatio

Kahden puun vertailu alkaa siitä, että molempien poikkileikkauspintojen rengaspaksuuksista laaditaan käyrät: Pystyakselille (y) merkataan keskimääräiset (?)paksuudet millimetreissä, vaaka-akselille (x) vuodet. Näin saadaan käyrä, joka pomppii ylös alas samaan tapaan kuin inflaation kehitystä kuvaavat käppyrät. Näitä käyriä voi löytää esim. ruotsalaisten Lars-Åke ja Petra Larssonin cybis.se/forfun/dendro -sivuilla: ”As you saw in the ring width diagram, it was difficult to actually identify the similarities between the [two] ring width curves” (- - käyristä on todella vaikeaa tunnistaa samankaltaisuuksia). Tämä tarkoittaa sitä, että kun Mattilan vuonna 1960 kaadetun harjahirren ja vuonna 2020 kaadetun puun käyrät asetetaan päällekkäin, niiden samankaltaisuutta saattaakin, ainakin paikka paikoin, olla vaikea huomata: Osoittajavuosina 1890–1960 puut eivät kasvaneetkaan aivan samalla tavalla. Niinpä käyriä on pakko muokata: ”Therefore we have done some mathematics on the ring width values. In CDendro, we name this type of curve processing for a normalization of the curves.” ”Normalisaatio” tarkoittaa sitä, että käyrät ikään kuin pakotetaan muistuttamaan enemmän toisiaan, jotta silmä tai tietokoneiden algoritmit havaitsisivat paremmin niiden osoittajavuosien eli yhteisen elinajan ilmastollisen kasvutrendin. Larssonien kaupallisessa (ja ilmeisesti paljon käytetyssä) CDendro-ohjelmassa tämä tapahtuu siten, että absoluuttiset paksuudet muunnetaan suhteellisiksi: Kahden viimeisen vuoden paksuudet milleissä (alkaen ensimmäisestä kuoren alaisesta renkaasta) lasketaan ensin yhteen. Ensimmäisen vuoden suhteellinen paksuus saadaan, kun tämän vuoden paksuus/leveys w1 (width) jaetaan sen ja sitä edeltävän vuoden yhteisellä paksuudella: w1/(w1+w2). Vuoden 2 suhteellinen paksuus saadaan samasta kaavasta: w2/(w2+w3). Vuodelle 3 tulee arvo w3/(w3+w4) jne. Siis näin: w1/(w1+w2), w2/(w2+w3), w3/(w3+w4) jne. Näin millimetrit saavat mitattoman (dimensionless) numeerisen arvon: 3, 3, 2, 2 ja 3 mm saavat arvot 0.5, 0.6, 0.5, 0.4. Tällöin käyrien pitäisi näyttää paremmin yhteensopivilta (kuten Larssonien esimerkkitapauksessa).

Puut, vaikka olisivatkin lähekkäin ja osittain samoihin aikoihin kasvaneita, eivät tietenkään joka vuosi kasvata täydellisen identtisiä renkaita. Jos näin olisi, dendrokronologia olisi helppoa ja absoluuttista! Kuulostaa siis loogiselta, että Mattilan talon harjahirrestä ja vuonna 1960 kaadetusta puusta pitää jotenkin koettaa uuttaa esiin yhteisen kasvukauden trendi – jos (ja kun) halutaan todistaa, että puilla on sellainen joskus ollut. Normalisaatio saattaa paljastaa tuon trendin paremmin kuin millimetreistä laaditut käyrät. Larssonien (ja ilmeisesti kaikkien muidenkin) normalisaatiokaavoissa on se mielenkiintoinen ja mielestäni arveluttava piirre, että jokaisen vuoden kasvu sidotaan tiukasti edellisen vuoden kasvuun: Vuoden X1 renkaan paksuus määrää aika pitkälle, minkä arvon vuoden X2 rengas saa! Näin tietokoneiden algoritmit on jo ensimmäisessä vaiheessa sidottu teorialle keskeiseen ilmastosignaaliin. Tämä on osa ”äärimmäisyyksiin vietyä rusinoiden poimintaa”, johon palaan myöhemmin. Onko kyseessä tutkimusharha (study bias): löytyykö sitä mitä halutaan löytää?

Palataan vielä äskeiseen esimerkkiin, jossa renkaiden paksuudet olivat 3, 3, 2, 2 ja 3 mm. Tällaisen sarjan voi löytää monen pölkyn päästä. Normalisaatiossa renkaat saavat arvot 0.5, 0.6, 0.5 ja 0.4. Kuitenkin, jos ko. rungon sahaus olisi tehty vaikkapa puoli metriä ylempää tai alempaa, renkaiden 1 ja 2 yhteispaksuus olisi silti saattanut olla sama eli 6 mm, mutta rengas 1 voisi olla 2.5 mm ja toinen 3.5 mm. Tällöin rengas 1 saisi arvon 0.4, rengas 2 arvon 0.64 ja käyrästä tulisi jo melko tavalla erilainen. Tällaisia tapauksia, että kahden renkaan yhteispaksuus rungon eri osissa on sama, mutta renkaiden omat paksuudet ei, olen huomannut aika usein omissa tutkimuksissani. Palaan tähän myöhemmin. Herää kysymys, onko tällainen (tarkoitushakuinen?) normalisaatio sittenkään hyvä ajatus – kun ottaa huomioon, että menetelmää väitetään absoluuttiseksi.

Ruotsalaisten CDendro ei kuitenkaan ole ainoa tapa normalisoida käyrät; niitä on ainakin viisi muuta. Jo tämä viittaa (absoluuttiseen?) epävarmuuteen. Entä miten luotettavia ovat eri ohjelmilla laadittujen lustokalenterien keskinäiset vertailut silloin, kun jossakin kalenterissa on epävarma jakso ja sille on jouduttu hakemaan vahvistusta muista kalentereista? (Niin kuin on usein toimittu.)

2) Detrending ja double detrending

Normalisaatio ei kuitenkaan riitä, koska nuoret puut tuppaavat tehdä paksumpia renkaita kuin vanhat. Näin on mm. siksi, että ympärysmitan kasvaessa yhtä paksun renkaan kasvattaminen vaatii yhä enemmän resursseja. Tällöin puun ekologisesta lokerosta ja puiden keskinäisestä kilpailusta voi tulla kohtalainen tai vahva luston paksuutta määräävä tekijä. Iän myötä kasvukyky saattaa muutenkin hiipua useista syistä (joista jotkut ovat yksilöllisiä). On myös havaittu, että hyvin nuoret tai iäkkäät puut saattavat reagoida ilmastoon huonommin kuin keski-ikäiset. Joidenkin puiden renkaista voi iästä ja sääoloista riippumatta tulla myös tavallista paksumpia (jos maaperä on kovin hedelmällistä) tai ohuempia (jos maaperä on köyhää). Niinpä tutkijat, jotta saisivat käyrät sopimaan paremmin toisiinsa, tekevät niille vielä toisenkin manööverin. Siitä käytetään nimitystä detrending, joka tarkoittaa rengaspaksuuksien muuttamista eräänlaisiksi keskiarvoiksi (ring width mean value):

A) Jos epäillään, että ilmaston lisäksi myös maaperä on vaikuttanut kasvuun tavanomaista enemmän, renkaiden arvot ”tasoitetaan” jakamalla jokaisen arvo koko puun renkaiden keskimääräisellä arvolla. (Tämä kuulostaa paljon järkevämmältä manipulaatiolta kuin normalisaatio. Näin maallikon näkökulmasta ajatellen tämän pitäisi riittää – paitsi ehkä iän vaikutus kasvuun, ks. alla.)

B) Puun ikääntymisen aiheuttama renkaiden oheneminen yritetään huomioida luomalla ”negatiivinen eksponentiaalikäyrä*, joka sovitetaan detrending-käyränä rengassarjan käyrään”. Sitten jokaisen renkaan leveys jaetaan detrending-käyrän vastaavalla arvolla. (Ks. www.cybis.se/forfun/dendro/ ja sieltä vas. sarake ”Dendrochronology, curve matching and mathematics”.)

*Renkaiden kasvun on havaittu noudattavan puun ikään korreloivaa negatiivista eksponentiaalikäyrää. Näin on (yleensä): Nuori puu kasvattaa paksumpia renkaita kuin vanha. Mutta: Myös saman puun eri osat (tyvi-/keski-/latvaosa) kasvattavat eripaksuisia renkaita: Usein samana vuonna syntynyt rengas on ylempänä paksumpi kuin alempana. Tästä enemmän tuonnempana, kun kerron omista havainnoistani.

Mutta mistä voidaan ”tietää”, että joku subfossiilinen puu on joskus kauan aikaa sitten kasvanut hedelmällisemmässä maaperässä kuin joku toinen? Monet, kuten Euroopan vanhat tammet, on kaivettu pitkien jokien kuten Tonavan ja Reinin pohjamudista tai rantapenkoista eikä kukaan tiedä, miten hedelmällistä tai köyhää maaperä on ollut jossain kaukana yläjuoksulla kauan sitten – saati minkälaiset kilpailuolosuhteet siellä vallitsivat. Siksi kaikki eivät luota koko detrending-manipulaatioon, vaan jättävät suosiolla sisemmät paksut ja ohuet uloimmat kokonaan huomiotta ja koettavat sovitella sarjojaan yhteen vain keskiosien ”normaaleilla” renkailla! Tämä johtaa kuitenkin siihen, että yksittäisistä sarjoista ja niiden limityksistä tulee lyhyitä, jolloin tilastollinen merkittävyys voi jäädä kyseenalaiseksi. (Niin kuin joidenkin eurooppalaisten tammikalentereiden kanssa näyttäisi käyneen.)

Tavanomaisen detrendauksen sijasta voidaan käyttää myös kaksinkertaista detrendausta, jolla pyritään eliminoimaan ”kohinaa” eli satunnaismuuntelua, ns. heteroskedastisuutta. Sen yksityiskohtia en maallikkona ymmärrä (ks. viite 2, Helama ym.).

3) Pre-whitening (”esivalkaisu”)

Myös pre-whitening on tilastomatemaattista datan muokkausta, jonka kiemuroita en hallitse. Senkin tarkoitus on koettaa eliminoida renkaiden kasvussa havaittua ja usein toistuvaa satunnaismuuntelua jotta deterministinen (ilmastoon liittyvä) muuntelu saataisiin paremmin esiin (ks. viite 2). Vasta näiden matemaattisten muokkausten jälkeen renkaiden paksuuskäyriä, tai pikemminkin niiden indeksejä/suhdelukuja, ruvetaan sovittelemaan yhteen. (Tässä ei vielä kaikki; lisää manipulaatioita tarvitaan, kun alasarjoista kootaan pitkiä yleissarjoja (masterchronology). Siitä tuonnempana.)

Puuttuvat ja muuttuvat renkaat, valerenkaat ja tuplarenkaat

Kuvioita sekoittaa myös se, että jotkut puut, kuten mänty, saattavat huonona vuonna jättää renkaan kokonaan tekemättä. Yksittäisen renkaan puutos saatetaan kuitenkin huomata, koska osa puista tekee renkaan, vaikka vuosi olisikin ollut kasvun kannalta poikkeuksellisen huono (Larsson). (Puut eivät siis reagoikaan ilmastoon samalla tavalla, synkronisesti, vaikka tämä on koko menetelmän tärkein lähtökohtaolettamus!). Entä huomataanko puuttuva rengas aina? Epäilen: Jos näytteitä on vähän, rengas voi puuttua kaikista. Ja päinvastoin: Jotkut puut, kuten mänty, saattavat kasvattaa yhtenä kautena, kaksi, joskus jopa kolme rengasta. (Tästä on kirjallisuudessa runsaasti havaintoja.) Pystytäänkö ne aina havaitsemaan? Niitä kutsutaan tupla- tripla- tai valerenkaiksi (false ring): Jos keskellä kasvukautta tulee useamman viikon kuiva kausi, kasvu hidastuu ja keskelle rengasta saattaa syntyä ohut tumma lisärengas. Tällöin yksi rengas saatetaan lukea kahdeksi. Ja kaiken lisäksi valerengas ei välttämättä näy koko ympärysmitalla. Tämä on kuitenkin ainakin Lapin mäntysarjoissa yritetty huomioida tarkastamalla koko sektori (360 astetta).

Mikäli olen oikein ymmärtänyt, renkaan puuttuminen, tupla- tai triplarengas, jos sellaista ei ole havaittu, voi vääristää koko osoittajavuosien sarjaa. Eli ne olisivat algoritmeille eräänlaisia lukukehysmutaatioita, samanlaisia kuin yhden kirjaimen puutos (deletio) tai ylimääräinen kirjan (insertio) DNA:ssa? Tällöin RNA-polymeraasi lukee koko jakson väärin ja syntyy väärä proteiini.

Menetelmän A ja O on siis ilmaston määräämä rengaspaksuuksien yhteisvaihtelu. Korostan vielä sitä (mikä aiemmin taisi jäädä painottamatta): Tärkeintä eivät ole renkaiden absoluuttiset paksuudet, vaan paksuuksien suhteelliset, samankaltaiset vaihtelut/trendit vuodesta toiseen! Absoluuttisista mitoista suhteellisiin siirrytään jo silloin, kun käyrät normalisoidaan. Voiko absoluuttisista arvoista suhteellisiin siirtyminen johtaa joskus väärille jäljille? Jokainen rengashan saa suhteellisen arvonsa osittain ainoastaan edellisen vuoden renkaan absoluuttisesta paksuudesta (w1/[w1+w2]), vaikka normalisaation pitäisi kuvata yhteisvaihtelua eli kokonaisuutta!

Pölkkypäitä mittaamassa

Huomaa, että renkaiden paksuudet mitataan aina ”pölkyn päästä”, siis poikkileikkauspinnalta, ei halkaistusta puusta. Mutta ainakaan kaikki männyn ja kuusen renkaat eivät kierrä puuta suurin piirtein tasapaksuina ja säännöllisinä ympyröinä vaan joskus myös vaihtelevan paksuisina ”aaltoina”. Ken on pölkkypäitä tarkastellut esimerkiksi tukkipinoista tai tuoreista kannoista, lienee sen huomannut: Joidenkin renkaiden loivien ”aaltojen” pohjat ja harjat saattavat muodostua useammasta lustokerroksesta siten, että pohjalla osa renkaista on paksumpia, mutta ohenevat kohti aallon harjaa ja päinvastoin.

On siis helppo huomata, etteivät renkaat ole läheskään aina tasaisen pyöreitä vaan ennemminkin ”aaltoympyröitä”. Tein asian tiimoilta mittauksia: Sahasin näytteitä muutamasta melko tuoreesta tuulen kaatamasta männystä ja kuusesta, muutaman metrin tyven yläpuolelta oksattomista osista. Otin mitan ja suurennuslasin ja totesin, että kun yksittäisiä renkaita seuraa koko kierroksen (360 astetta), joidenkin paksuus voi muuttua useita kertoja. Jo muutaman asteen matkalla voi tapahtua selvä muutos. 120 asteen sisällä paksuus saattoi muuttua useasti, joskus kuudesta millimetristä kolmeen, joskus viidestä kolmeen tai kahdesta kolmeen ja neljään. Joskus renkaan paksuus on koko kierroksella vuorotellen yhtä loivaa ylä- ja alamäkeä. Parin paksumman puun ulommissa ja tiheimmissä kerroksissa näkyi selvää usean kerroksen synkronista aaltoilua ja vastakkaisten puolien paksuuksien eroja: Yhdeltä puolelta mittasin yksittäisten renkaiden paksuuksiksi 1–1,5 mm ja toiselta puolelta 1,5–2 mm. Liekö yhtään kuusta tai mäntyä, jossa jokainen rengas muodostaa suurin piirtein tasapaksun ympyrän? Tätä on kuitenkin ainakin joissain sarjoissa, kuten Lapin männyissä koetettu huomioida laskemalla kullekin renkaalle kolmelta tai neljältä sektorilta mitattujen paksuuksien keskiarvo (Helama 2008). Miten luotettavia ne sitten ovat, kun paksuudet joskus vaihtelevat jopa useita kertoja jopa yli 100 %? Pitääkö paksuudet mitata aste asteelta vai riittävätkö kolmelta tai neljältä sektorilta mitatut arvot? Onko tämä muka absoluuttista?

Siksikö käyrät, jotta ne saataisiin yhteensopiviksi, pitää normalisoida, ”detrendata”, ”esivalkaista”, keskiarvoistaa jne? Mitä signaaleja niistä sitten jää jäljelle? Lisäksi vaihtelua tapahtuu myös pystysuunnassa: esim. jo yhdestä 33 sentin pöllistä mittasin yhden millimetrin muutoksia, mikä on merkittävää, kun renkaiden paksuudet ovat keskimäärin 2–3 mm. (Tästä enemmän tuonnempana.)

Puun laatu: kesäpuu ja syyspuu (tai varhaispuu ja myöhäispuu)

Jos tärkein renkaiden paksuuteen vaikuttava tekijä on ilmasto, kesäpuun ja syyspuun osuuksien vuotuiset vaihtelut pitäisi myös huomioida, muuten ilmastosignaali saattaa jäädä ylimalkaiseksi. Alaa harrastavien mukaan menetelmästä tulisi kuitenkin aivan liian työläs, kallis ja monimutkainen. Niinpä dendrokronologia typistettiin jo alussa pelkkien paksuuksien vertailuksi. Tavallisesti renkaan uloin tumma eli tiiviimpi osa on omien havaintojeni mukaan koko paksuudesta ehkä kolmannes tai neljännes. Ei ole kuitenkaan harvinaista, että se on yhtä paksu, jopa paksumpi kuin sisempi kesäosa. Joskus taas syyspuun osuus on yhdellä puolella jopa 80 % ja toisella puolella 20–30 %! Kunkin vuoden kasvattamat erot renkaiden laadussa saattavatkin olla yhtä tärkeä ilmastomittari kuin pelkkä määrä eli paksuus. Silti tutkijat vaikuttavat pitävän dendrokronologiaa tärkeänä menneiden aikojen ilmastomittarina (ks. alla Zhang ja Fang).

Lisää datan muokkausta ja yhteensovitusta

Ilmastotrendi ja autokorrelaatio

Koska ilmastoa pidetään tärkeimpänä renkaiden paksuuteen vaikuttavana tekijänä, seuraa siitä ajatus, että kasvukauden 1 sää saattaa vaikuttaa myös kauden 2, jopa kausien 3 ja 4 kasvuun. Näin se varmaan onkin (ainakin useimmiten?). Tämä yritetään huomioida ns. autokorrelaatio-funktiolla silloin kun käyriä sovitellaan yhteen. Miten autokorrelaatio toimii, senkään yksityiskohtia en tunne. Sen kuitenkin luulen ymmärtäneeni, että autokorrelaation perusta on yllä mainittu käyrien normalisaatio, jossa vuoden 1 rengaspaksuus osittain määrää vuoden 2 paksuuden (eli vuoden 1 ilmasto on määrännyt myös vuoden 2 paksuutta).

Algoritmi on suunniteltu siten, että se huomaa tietyt (ilmastolliset) trendit eli tavallista ohuemmat ja paksummat renkaat (ja niiden vaikutukset seuraaviin renkaisiin). Yksinkertaistettu esimerkki: Yhtenä vuotena luston paksuus on vain 1 mm, samoin seuraavan, myöhemmän vuoden. Tätä seuraavien vuosien lustot ovat 1.5 ja 2 mm. Tämä saattaa johtua siitä, että ensimmäistä ohutta lustoa edeltävä vuosi oli erityisen huono ja luston paksuudeksi jäi vain 0.5 mm. Mutta kaksi sitä edeltävää vuotta olivat normaalit ja tuottivat 2 mm:n lustot. Lustot sisältä ulospäin: 2, 2, 0.5, 1, 1, 1.5 ja 2 mm. Näin tuo erityisen huono vuosi jätti sormenjälkensä, signaalin myös kolmeen seuraavaan vuoteen. Kun algoritmi havaitsee tällaisen sarjan eli trendin, se tulkitsee sen tärkeäksi ilmastolliseksi osoittajavuosien sarjaksi. Tällainen signaali saa aikaan sen, että algoritmi alkaa hakea sarjalle vastaavia trendejä muista sarjoista. Niissä lustojen paksuuksien ei välttämättä tarvitse olla aivan samat vaan trendi ratkaisee: 2, 2, 0.5, 1, 1, 1.5 ja 2 mm eli normalisoituna alkaen uusimmasta 2 mm:n lustosta: (normalisaatio etenee ajassa taaksepäin): 0.57, 0.6, 0.5, 0.67, 0.2, 0.5. Sarjat kuten 0.67, 0.2, 0.5 ovat siis sellaisia, joihin algoritmi helposti ”tarttuu”, ainakin näin olen ymmärtänyt. Autokorrelaatiota onkin syytetty siitä, että se saattaa johtaa vääriin, mutta tilastomatemaattisesti kelvollisiin ristiinsovituksiin: On näet todennäköistä, että on puita, joiden renkaista saattaa löytyä samankaltaisia ”trendejä”, vaikka ne olisivatkin syntyneet eri syistä ja eri ilmastoaikaan, siis eri vuosina. Aiheesta enemmän osassa 3.

Pääsarjat ja keskiarvoistaminen (averaging)

Mielestäni jo nämä manööverit viittaavat siihen, että dendrokronologia ei taidakaan olla niin eksakti tutkimusala kuin mitä jotkut ovat antaneet ymmärtää. Ja tämä ”manipulointi” vain jatkuu, kun alueellisia alasarjoja (subchronology) yritetään yhdistellä pitkiksi tuhansien vuosien pääsarjoiksi (masterchronology). Pääsarjat koostuvat useista, jopa kymmenistä alasarjoista. Joka kerta, kun sarjaan yritetään lisätä uusi tulokas, se keskiarvoistetaan (averaging) sarjaan sopivaksi. Tämä tarkoittaa sitä, että mitä enemmän jäseniä ja mitä laajemmalta alueelta niitä tulee, sitä enemmän kaikki ikään kuin tasapäistyvät. Tämä vahvistaa menetelmän perustana olevaa ilmastosignaalia, josta käytetään myös nimitystä common variance tai yleissignaali, common signal. Tämä käy ilmi mm. siitä, että usein yksittäiset sarjat sopivat paremmin keskiarvoistettuun pääsarjaan kuin johonkin oman sarjansa yksittäiseen jäseneen (jossa siis enemmän yksilöllisyyttä jäljellä). Normalisaatiot, ”detrendaukset”, ”esivalkaisut”, autokorrelaatiot ja keskiarvoistamiset siis vahvistavat ilmastollista sormenjälkeä ja tasoittavat yksilöllisiä eroja. Tästä käytetään nimitystä masterchronology effect (”pääsarjavaikutus”). Nämä yllä mainitut manipulaatiot saattavat saada aikaan myös sen, että tilastomatemaattisesti tärkeä t-arvo kasvaa keinotekoisesti (Woodmorappe 2018).

Matemaattisiin kaavoihin perustuvat tilastolliset merkittävyydet ovat kuitenkin, kuten lainsäädäntökin, ”vain joukko inhimillisiä sopimuksia”, absoluuttisuudesta ei voida puhua: absoluutti ei tunne tilastoja eikä todennäköisyyksiä! Niinpä otsikko ”Dendrokronologinen ristiinajoitus – absoluuttinen ajoitusmenetelmä” (Geologi 57, 2005, viite 3), on yliampuva. Lapsuuden ystäväni toimi tilastomatematiikan professorina eräässä yliopistossa. Tapasin hänet vuosikymmeniä myöhemmin. Hän oli jättänyt virkansa ja siirtynyt ”hanttihommiin” ja sanoi olevansa tyytyväinen päästyään eroon tylsästä tilastomatematiikasta ja yliopiston kilpailuhengestä: Publish or perish! ”Tilastolliset merkittävyydet ovat pelkkiä inhimillisiä sopimuksia, jotkut huonoja, toiset vähän parempia”, totesi naapurin poika.

Puiden kasvua muuttavia tai häiritseviä tekijöitä

Asioita vaikuttaa edelleen mutkistavan se, että ilmastosignaalia vahvistava autokorrelaatio-toiminto ei aina vahvistakaan sitä, vaan jotain muuta signaalia. Näin siksi, että 1) jotkut algoritmit vaikuttavat olevan ”yliherkkiä” tietyille muutoksille kuten tavallista ohuimmille renkaille (Woodmorappe), ja 2) osa puista on sellaisia, että ne reagoivat herkästi muihinkin ympäristötekijöihin kuin säähän. Tämä tarkoittaa sitä, että on puita, joille tärkein kasvuun vaikuttava tekijä saattaakin (ainakin ajoittain) olla joku muu kuin ilmasto (ellei siinä tapahdu merkittäviä muutoksia). Ja kun on muutakin huomioon otettavaa kuin sää, puut saattavat reagoida ilmastoon ”suboptimaalisesti” eli oletettua lievemmin. Samalla ne voivat reagoida muihin ympäristövaikutuksiin oletettua voimakkaammin. Tätä tukee mm. eräs Yhdysvalloissa vuonna 1963 aloitettu seurantatutkimus: Muuan alan tutkija (ei kreationisti) totesikin eräässä hiljattain pidetyssä kongressissa, että ”dendrokronologiassakin olisi jo korkea aika hylätä uniformitarismin paradigma”. Tällä hän tarkoitti sitä, että ei pitäisi enää niin vahvasti luottaa siihen, että kaikki terveet puut reagoivat ilmastoon niin kuin on ajateltu. (Valitettavasti tietolähde on toistaiseksi hukassa.)

Myöskään kansainvälinen ”puupankki” (International Tree-Ring Data Bank, ITRDB) ei anna kovin hyvää arvosanaa ilmastosignaali-hypoteesille. Zhang ja Fang kirjoittavat Science-tiedelehdessä, että monet tekijät sekoittavat ilmastokuvioita (kursivointi minun):

Puiden renkaita on pidetty pitkään hyödyllisinä menneiden aikojen ilmastojen epäsuorina mittareina. – – Niiden antamasta datasta ei ole kuitenkaan aivan helppoa rekonstruoida laajempien maantieteellisten alueiden tiettyjä ilmastollisia variantteja. Koska ympäristön monet piirteet (kuten makroilmasto, paikalliset kasvulokerot, ympäristölliset häiriöt ja puiden fysiologia) vaikuttavat kasvuun, makroilmaston signaalit pitää ”uuttaa” samalla kun poistetaan [”esivalkaisulla”?] renkaiden kasvuun vaikuttanut ilmastosta johtumaton kohina.
Tree rings have long been recognized as a useful proxy for past climate variations. – – However, the use of these data for reconstruction of a specific climate variable over a large geographical region is not straightforward procedure. Because a variety of environmental characteristics (such as macroclimate, local habitats, environmental disturbances, and tree physiology) influence tree growth, the signals from the macroclimate must be extracted while removing the nonclimate noise in the rings (Science, Nov. 2020; Tree rings circle an abrubt shift in climate).

Nämä ”ympäristön monet piirteet” voivat peittää ilmastosignaalin. Dendrokronologien ”yliherkät” algoritmit saattavatkin tulkita jotkut lievät poikkeavuudet ilmastollisiksi trendeiksi (Woodmorappe 2018). Tällöin ne voivat kääntyä väärälle raiteelle ja alkavat etsiä ko. rengassarjalle pareja muista samalla tavalla käyttäytyneiden puiden käyristä. Tällöin algoritmit eivät toimikaan ilmasto- eli ”aikaperusteisesti”. Menetelmän (vakava?) perusvirhe saattaakin olla ”ilmastolle annettu kohtuuttoman suuri valta”. Tätä epäili mm. alan tunnettu ekspertti Mike Baillie kirjassaan A Slice Through Time v. 1995. Hän kirjoitti, että dendrokronologiassa olemme sitoutuneet menetelmään, jolle on ominaista ”äärimmäisyyksiin viety rusinoiden poiminta”. Tällä hän tarkoitti, että dendrokronologialle on ominaista pitkälle viety aineiston valinta, joka on sille vieläpä välttämätöntä, jotta esihistoriallisia lustosarjoja ylipäätään voitaisiin yhdistellä pitkiksi yleiskronologioiksi. Tällä Baillie siis viittaa menetelmän sisäänrakennettuun ja sitä hallitseviin ilmastoperusteisiin algoritmeihin (joiden perustana on käyrien normalisointi). Hän siis tarkoitti, että ilman ”rusinoiden poimintaa” pitkien lustokalentereiden rakentelu ei onnistu?

Monet lyhytaikaiset ja satunnaiset ympäristövaikutukset kuten tuholaiset tai liiallisten sateiden (tulvien) aiheuttama maaperän vettyminen näkyvät usein vain yksittäisissä lustoissa. Tässä ei sinänsä ole vielä mitään kovin huolestuttavaa. Ne ovat yleensä liian lyhytaikaisia ja eri puissa erilaisia voidakseen peittää ilmastosignaalin. Tämän kaltaisista häiriöistä käytetään nimitystä weak growth disturbances (WGD, lievät kasvuhäiriöt). Määritelmällisesti ne ovat siis vain muutamaan vuoteen rajoittuvia jaksoja, jolloin yhden tai kahden vuosiluston paksuus jää normaalista pienemmäksi. Näiden sanotaan olevan ”hanskassa” eli ne on otettu huomioon silloin kun käyrien korrelaatioasteita laskevia algoritmeja on ohjelmoitu. Näin WGD-sarjat tulevat mukaan normaaleina variantteina. Näissä lievästi haitallisissa, ”peittyvässä mutaatioissa” saattaa kuitenkin piileskellä yksi menetelmän heikko lenkki (josta enemmän osassa 3). (WGD:tä voitaisiin verrata lievästi haitallisiin mutaatioihin, joita luonnonvalinta ei huomaa.)

Jotkut puut ovat taas saattaneet olla käytökseltään niin ”pahasti häiriintyneitä”, että ”oikeaa” ilmastosignaalia ei synny. Nämä selvästi poikkeavat yksilöt pystytään helposti huomaamaan ja siten hylkäämään. (Kuten luonnonvalinta, joka karsii pois selvästi haitalliset mutaatiot.) Myös jotkut tuhohyönteiset kuten saksanturilas saattavat esiintyä säännöllisissä 3–5 vuoden jaksoissa ja syödä tammista (eri ikäisistä) lähes kaikki lehdet. Tämä näkyy säännöllisesti toistuvina puuttuvina tai ohuina renkaina ja nämäkin osataan huomioida.

On kuitenkin terveitä puita, jotka jostain syystä reagoivat ilmastoon ja joihinkin muihin ympäristötekijöihin omalla tavallaan. Tällöin niiden lustosarjoissa esiintyy ilmastollisesti poikkeavia jaksoja. Tästä ja monista muista syistä johtuen 10 – 25 % (joskus jopa 45 %)* kaikista subfossiilisista puista joudutaan hylkäämään puutteelliseksi katsotun ilmastokuvion johdosta – erityisesti vanhoista, jotka vaikuttavat kasvaneen esihistoriallisella ajalla. Näin siksi, että ristiinsovituksista voi tulla hankalia, koska puiden arvioidut ikähaarukat (esim. radiohiilellä) jäävät liian suuriksi. Esim. Lars-Åke Larsson toteaa, että sarjat pitäisi pystyä kokoamaan turvautumatta ”esiajoitukseen” (pre-dating) eli niinkin epätarkkaan apumenetelmään kuin radiohiileen. Radiohiilimenetelmään turvautuminen on hänen mielestään riman asettamista liian matalalle (lowering of the guards).** Näin siksi, että dendrokronologiassa radiohiili ei ole riippumaton ajoitusmenetelmä; dendrokronologian pitäisi pystyä seisomaan omilla jaloillaan. (Radiohiilestä ykkösosan lisäksi vielä lisää osassa 3.)

*Ainakaan lääketieteessä tutkimuksia, joissa 25–45% lähdemateriaalista joudutaan hylkäämään, ei juurikaan arvosteta.

**Näin on kuitenkin jouduttu menettelemään, jotta eurooppalaisista tammipuista saatiin koottua ns. ylipitkät lustokalenterit 1980-luvulla. Näistäkin kalentereista enemmän osassa 3.

Muita tunnettuja ja tuntemattomia mutta vain lieviä puiden kasvuun vaikuttavia ympäristötekijöitä lienee ties miten paljon. Niinpä kun jostain pitkän joen kuten Tonavan pohjamudasta tai rantatöyrästä löydetään oletetusti tuhansia vuosia vanha ja kenties satoja lustoja sisältävä puunrunko, tarvittaisiin aikakone, jotta voitaisiin seurata sen ”kehityshistoriaa” ja jäljittää kasvupaikka (ja sen maaperän laatu + valaistus- ja kilpailuolosuhteet). Tiedetään, että jopa muurahaispesät voivat vaikuttaa kasvuun häiritsevästi (ohuempia vuosilustoja). Pesäthän ulottuvat varsin syvälle maan alle ja yksittäisissä pesissä voi miljoonan muurahaisen lisäksi asustaa kutsuvieraina kymmeniä tai satoja eri hyönteislajeja. Vuosikymmenien saatossa vanhoja pesiä hylätään ja uusia rakennetaan. On myös olemassa ainakin kaksi sienilajia, jotka voivat pesiytyä juuriin ja vaikuttaa kasvuun tekemällä ne aroiksi esim. myöhäiskevään halloille/pakkasille. Nuoret puut ovat halloille herkempiä kuin vanhat ja kasvupaikkojen korkeuseroista johtuen ne saattavat vaikuttaa hyvin paikallisesti. Tuholaiset ja virus/sienitaudit lehdissä, neulasissa ja kuoren alla vaikuttavat kasvuun, mutta eivät jätä itsestään mitään fyysisiä jälkiä. Tikka saattaa tikata paksun puun tyvestä lähteviä juuria. (Itsekin olen näitä nähnyt.) Rinnemaastoissa (kuten Tonavan rannoilla) kasvavien puiden juuristot voivat altistua ajoittaisille ja hitaille maanvyöryille, jotka saattavat edetä vain sentin tai pari vuodessa. Rinnemaastoja vaivaavat myös eriasteiset eroosiot ja vuosien saatossa maaperä saattaa köyhtyä (epätasaisesti). Ja vastaavasti alaville maille voi valua ravinteita. Myrsky saattaa kaataa läheisen puun, jolloin valoa tulee lisää ja kasvu nopeutuu. Tai puu on kasvanut nuoruutensa vanhan varjossa, eikä olekaan kasvattanut niin paksuja renkaita kuin sen ikätoverit yleensä. Myös lepokauden lämpötilojen vaihtelut ja lumiolosuhteet saattavat vaikuttaa kevään kasvuun (oksa- ja latvavauriot). – Samoin siementuotanto: paljon käpyjä, ohuita renkaita, vähän käpyjä, paksuja renkaita.

Nämä ja monet muut tekijät (kuten geneettiset ja epigeneettiset) saattavat aiheuttaa sen, että pitkän kasvun aikana (jopa satoja vuosia) joihinkin lustosarjohin syntyy sinne tänne pieniä ja vaikeasti havaittavia poikkeavia jaksoja. Algoritmeissa ne saatetaan tulkita ilmastosignaaleiksi tai lieviksi kasvuhäiriöiksi (WGD). Näin erityisesti esihistoriallisen ajan lustokäyrien tulkinnat ja sen myötä ristiinsovitukset saattavat vääristyä: Samanaikaisia lustosarjoja voidaan tulkita osittain tai kokonaan eriaikaisiksi tai eriaikaisia samanaikaisiksi, koska niiden tarkkaa ikää ei voida määrittää riippumattomasti. Tätä epäilyä vahvistaa mm. John Woodmorappen pitkillä lustosarjoilla tekemät testit: Monista sarjoista, kuten Lapin männyistä on mahdollista poimia erilleen yksittäisiä, selvästi eri-ikäisiä puita, joiden käyrät ovat silti yhteen sovitettavissa hyväksyttävillä tilastomatemaattisilla korrelaatioarvoilla. Tällä Woodmorappe osoitti, että on teoriassa mahdollista ristiinsovittaa hyvin eri-ikäisten puiden lustosarjoja (viite 7). Kun siis löydetään kaksi esihistorian aikaiseksi epäiltyä puuta, niihin ei ole merkitty syntymäaikaa. Näin ollen ikiä ei voida varmistaa vertaamalla niiden sarjoja esimerkiksi johonkin iältään tunnettuun arkeologiseen löytöön ja myös dendrokronologiaan vahvasti sidottu radiohiili saattaa antaa harhaan johtavia ikiä. Näin syntyy ns. kelluva kronologia. Sille pitäisi löytää siltasarja, jotta se voitaisiin liittää iältään varmasti tunnettuihin kronologioihin.

Liite: Omia lustotutkimuksia + loppukommentit

Koska joidenkin yksittäisten lustojen paksuudet vaihtelevat poikkileikkauspinnoilla eli vaakatasossa, sektorilta sektorille jopa yli 100 %, herää tietysti kysymys, että vaihtelevatko paksuudet myös pystysuunnassa. Kirjallisuudesta en kuitenkaan löytänyt mitään mainintaa tällaisesta vaihtelusta. En myöskään saanut vastauksia, kun kysyin asiaa kahdelta alan ekspertiltä. Muihin kysymyksiin vastattiin lyhyesti, mutta tästä vaiettiin. Mietinkin, että onkohan pystytason vaihtelua edes huomattu? Tukin päästä voi helposti havaita, että vaakatasossa renkaat eivät ole aina säännöllisiä, mutta pystysuunta on eri juttu. Höylätyn laudan pinnalla voi tosin nähdä kauniita kaartelevia kuvioita ja muuttuvia lustoja. Mutta ne tulevat oksista ja siitä, että pitkittäissuuntainen sahauspinta ei juuri koskaan kulje – ei ainakaan koko matkalla, tasan keskiluston kautta. Eikä lustojen mahdollisia paksuuden muutoksia huomaa, vaikka pöllin saisikin kirveellä halki juuri keskiluston kautta. Pinta pitää höylätä tasaiseksi ja seurata lustoja tarkasti päästä päähän: Paksuusvaihtelua voi olla vaikea havaita, ellei sitä osaa varta vasten hakea.* Tämä koskee erityisesti hitaasti kasvaneita ohutlustoisia puita kuten suolla tai Lapissa kasvaneita mäntyjä. Kysyin asiaa myös John Woodmorappelta. Hänkään ei tiennyt siitä mitään. Tämä viittaa siihen, että asiaa ei ole edes tutkittu, vaan on oletettu, että pystysuunnassa lustot ovat ainakin lähes tasapaksuja: että metrin korkeudelta sahattu rengaskuvio on identtinen kahden tai kolmen metrin korkeudelta sahatun kanssa. Tosin Woodmorappe kirjoitti kuulleensa, että jossain olisi otettu kairausnäytteitä eri korkeuksilta ja että ne olisivat korreloineet hyvin keskenään. Kairausnäytteisiin en kuitenkaan luota. Miksi en, siitä pikapuoliin.

*Ei dinosaurustenkaan fossiileista löytynyt säilyneitä pehmytkudoksia ennen kuin niitä erään sattuman johdosta alettiin hakea.

Päätinkin selvitellä lustopaksuuksien mahdollista pystysuuntaista vaihtelua itse ja havaitsin, että: 1) Joidenkin paksuudet saattavat muuttua merkittävästi jo 10–15 cm:n matkalla. 2) Selviä paksuuden vaihteluita on joskus havaittavissa oksa- eli vuositasojen välillä* (männyissä) siten, että 10–20 cm oksan yläpuolella sama lusto voi olla selvästi paksumpi kuin oksatason alapuolella. Joskus taas päinvastoin: jokin oksan alapuolella olevista lustoista on yläpuolista paksumpi. Puun alaosasta eli sen vanhasta osasta sahatuissa kiekoissa uloimmat 10–15 lustoa ovat usein ohuempia kuin ylempänä. Havaitsin kuitenkin myös päinvastaisen tapauksen: yhdessä puussa uloimmat lustot olivat alaosassa paksumpia! Alla joitain yksityiskohtia.

*Mänty lisää pituutta kasvattamalla joka vuosi ensin uuden, noin 20-40 cm:n pituisen latvaosan, jonka kärkeen kasvaa yleensä 4-6 oksasilmua + kärkisilmu. Seuraavana keväänä oksasilmuista alkaa kasvaa oksia ja kärkisilmusta tulee uuden kauden pituuskasvu. Oksatasojen välille ei kasva välioksia kuten kuusessa, joten oksatasoja voidaan kutsua myös vuositasoiksi: Kun siirrytään yksi oksa ylemmäksi, on tavallaan siirrytty puun vuotta nuorempaan osaan (samalla tavalla kuin vaakatasossa siirryttäessä sisemmästä lustosta ulompaan).

Aineisto ja menetelmät

Keräsin lähimetsästä noin kolmen kilometrin säteeltä näytteitä viidestä kuusesta ja kahdeksastatoista männystä (+ yhdestä serbianmännystä). Kaikki ovat hyväkuntoisia ja melko tuoreita tuulenkaatoja paitsi yksi suolle pystyyn kelottunut hyvälaatuinen mänty, jonka kaadoin. Sen halkaisija on puolen metrin korkeudella 29–31 cm ja kahden metrin korkeudelta laskin 131 rengasta.

Otin näytteitä eri korkeuksilta (pitkin ja poikin) yhteensä noin 70. Näytteiden ottoon ja valmisteluun käytin moottorisahaa, pokasahaa, vannesahaa, höylää, kirvestä, puukkoa, vatupassia ja suorakulmaa. Poikkileikkauspaloja sahasin sekä näkyvien oksien kohdalta että oksatasojen välistä. Jokaisesta puusta sahattiin 10–55 sentin kiekkoja/pöllejä, joiden toinen kylki oli merkattu ennen kuin runko sahattiin paloiksi. Osa halkaistiin hieman keskipisteen ulkopuolelta. Sitten paksumpi puolisko höylättiin sileäksi keskilustoon saakka paitsi, että ohuemmat rungot ja kiekot sahattiin suoraan keskiluston kautta ohutteräisellä vannesahalla. Yksittäisten lustojen seuraamiseen, merkkaamiseen ja mittaamiseen käytin suurennuslasia, nuppineuloja, lyijykynää, värikynää ja läpinäkyvää millimetrimittaa. Pidin huolen siitä, että kuhunkin lustoon tuli aina otettua saman vuoden kesäpuu ja syyspuu eli mittaus tapahtui lustojen kasvusuuntaan sisältä ulospäin edellisen syksyn tumman renkaan ulkopinnalta seuraavan syksyisen renkaan ulkopinnalle. Näin ei päässyt tapahtumaan virhettä, että olisi mitattu edellisen vuoden syyspuun ja seuraavan vuoden kesäpuun yhteiset paksuudet. Parissa näytteessä vaikutti olevan valerengas: Erittäin ohut ja epäsäännöllinen tumma rengas vaalean kesäpuun sisällä, joka ei edes näy kunnolla joka sektorilla tai tasolla. Nämä poikkeavuudet luin kuuluvaksi selvään oikeaan renkaaseen, tai jos olin epävarma, jätin sellaiset renkaat pois laskuista.

Huomiota oksien vaikutuksesta:

Paksujen runkojen sisältä löytyy runsaasti vanhojen oksien jäänteitä, joiden päälle on myöhemmin oksan kuivuttua kasvanut jopa kymmeniä uusia lustoja: Paksusta männyn rungosta ei voi ulospäin päätellä, millä kohtaa on joskus kasvanut oksa. Sekä pitkittäis- että poikittaisleikkeissä on nähtävissä, miten lustot kaartavat kohti oksaa ja samalla niiden paksuus saattaa muuttua. Tutkijat varmasti osaavat huomioida tämän – vai osaavatko, jos oksan pintaa ei ole näkyvissä? Ainakin, jos otetaan vain kairausnäytteitä, lähellä oleva oksa vääristää rengassarjaa ja saattaa johtaa virheelliseen tulkintaan.* Tiedän, että ainakin osia lustokalentereista on rakenneltu pelkistä kairausnäytteistä ja niihin en luota. Itse koetin mitata omat lustoni vähintään viiden sentin päästä oksasta tai epäilystä, että lähistöllä on oksan jäänne piilossa (useita päällekäisiä lustoja kaartuu ja tihenee tai harvenee samalla tasolla).

*”Dendrokronologia on tieteenala, joka tutkii puiden vuosirenkaissa eli lustoissa havaittavaa vaihtelua. – – Puiden lustojen tutkija, dendrokronologi käyttää usein tutkimuksissaan kairaa” (Helama artikkelissa ”Puulla on pitkä muisti” [kirjassa Kasvit?]).

Muutamia esimerkkejä lustojen paksuuksien vaihteluista (sekä pysty- että poikkitasoissa):

Yleinen havainto oli, että kun samasta rungosta sahataan useita kiekkoja, useat ulommat lustot saattavat puun yläosassa olla paksumpia kuin alhaalla. Parhaiten tämä ilmenee, kun esim. 10 tai 20 luston yhteispaksuudet lasketaan eri kiekoista, kuten:

Kuusi X, josta 10 ulointa rengasta: 44 renkaan taso 15/14 mm ja ylempi 23 renkaan taso 22/16 mm (vastakkaiset sektorit). Kun laskettiin 23 rengasta, keskipaksuuksiksi tuli 39 ja 51 mm.

Mänty X: 7 uloimman renkaan yhteispaksuus: Ylin taso: 30/35, keskitaso 17/22 mm ja alempi taso 16/20 mm.

Ehkä parhaiten saman luston paksuuden muutos näkyi halkaistuissa männyn latvaosissa 10–15 cm oksatason ala-ja yläpuolella: Muutama uloin lusto, ainakin toisella sektorilla saattaa oksatason yläpuolella olla 1–2 mm paksumpi kuin alapuolella. Mutta tein myös päinvastaisia havaintoja: Oksatason alapuolella 1 tai 2 lustoa saattavat ainakin toisessa kyljessä olla 1–2 mm paksumpia kuin oksan yläpuolella! Jos katsotaan myös vastakkaista sektoria, lustot voivatkin olla yhtä paksuja tai paksumpi lusto onkin nyt ohuempi. Ja jos lusto X on alhaalla paksumpi, toinen lusto Y voi olla ylhäällä paksumpi ja alhaalla taas ohuempi! Näin puu ilmeisesti ”synkronoi” paksuuskasvuaan siten, että ylöspäin mentäessä puu kuitenkin vähitellen ohenee.

Mittauksia muutamista yksittäisistä puista:

1) Suolta kaadettu (yllä mainittu) kelo, josta sahattiin 55 sentin pituinen pölli noin kahden metrin korkeudelta. Se halkaistiin ja höylättiin. Sitten lustoja seurattiin ja mitattiin niiden mahdollisia pystysuuntaisia paksuuden muutoksia:

Monissa yksittäisissä lustoissa oli jo paljaalla silmällä tai ainakin suurennuslasilla havaittavissa selviä vaihteluja ilman, että lähistöllä (5 cm) näkyi merkkejä mahdollisen oksan vaikutuksesta, kuten: lusto X: 2–1.5 mm, lusto Z: 1.5–1 mm, Y: noin 0.8–1.5 mm ja Ö: noin 0.5–1 mm. Jos huomioi myös molemmat vierekkäiset lustot, huomasi, että joskus kaikki kolme saattavat muuttua suurin piirtein samoissa suhteissa – tai sitten ei: Keskimmäinen voi paksuuntua millin, mutta kaksi muuta pysyvät lähes samoina, tai vain toinen pysyy samana ja toinen ohenee tai paksunee: Lustojen paksuudet eivät siis aina muutu samoissa suhteissa! Suurin osa lustoista kuitenkin vaikutti pysyvän suurin piirtein saman paksuisina. Havaitut vaihtelut ovat kuitenkin merkittäviä, kun ottaa huomioon, että esim. Lapin pitkässä mäntysarjassa lustojen paksuudet on määritetty millimetrin sadasosan tarkkuudella.

2) Suolla viimetalvisen lumikuorman alle kaatunut noin 15 cm:n paksuinen tiheäsyinen mänty: Jotta siellä täällä pystysuunnassa ilmenevän vaihtelun olisi voinut havaita, yksittäisiä lustoja piti merkata ja seurata tarkkaan suurennuslasilla. Pari esimerkkiä: Neljänneksi ja viidenneksi ulompien lustojen paksuudet muuttuvat 15 cm:n matkalla yhdestä puoleentoista milliin, mutta niiden päällä olevan kolmanneksi ulomman mitta pysyy samana (0,5 mm). Metriä ylempää sahatussa palassa tapahtuu kahden vierekkäisen luston A ja B vaihtelua eri tahdissa kahdesta puoleentoista milliin siten, että kun toinen levenee, toinen ohenee. Tämä tarkoittaa sitä, että eri päissä lustojen normalisoidut arvot vaihtuvat keskenään: toisessa päässä A:n arvo on 0,57 ja B:n 0,43 ja toisessa päinvastoin.

3) Mänty-3, josta ensin 30 cm:n pituinen pätkä vajaa pari metriä latvan alapuolelta: Paksuuden muutoksia pystysuunnassa: Uloin lusto: 6–4 mm ja toiseksi uloin: 6–4,5 mm (tyvestä latvaan). Vastakkaisella puolella kummankaan paksuus (5 mm) ei muutu. Viidennen luston paksuudet tällä puolella 6–4 mm, mutta vastakkaisella puolella tämän luston paksuus pysyy samana (4 mm).

Noin 3–6 metriä alempaa sahasin eri tasoilta neljä 20–30 cm:n pituista palaa, joiden päät ja kyljet merkattiin ennen sahausta. Pöllit halkaistiin ja sekä päät että halkaisupinnat höylättiin. Lustoja on korkeudesta riippuen 28–39 ja ne olivat keskimäärin 2–4 mm:n paksuisia. Suurin osa ei vaihdellut pystysuunnassa merkittävästi, mutta ainakin 6–7:ssä paksuudet vaihtelivat selvästi millimetrin molemmin puolin. Viereinen tai molemmat viereiset lustot saattoivat pysyä saman paksuisina tai muuttua samaan tai vastakkaiseen suuntaan, kuten: Jo 5 cm:n matkalla yhden lustoparin muutos on 2/3 >> 2/2 mm, mutta vastakkaisella sektorilla molempien leveydet pysyvät samoina, 2/2,5 mm. 10 cm ylempänä paksuudet ovat 2/3 ja vastakkaisella puolella 2/2 mm. Vastaavanlaisia yhden millin muutoksia on havaittavissa muuallakin siten, että vaikka yksi lusto ohenee kahdesta yhteen milliin, viereisen luston paksuus ei muutu. Ainakin joskus kuva on sellainen, että sisempi lusto on tasainen, mutta sitten pari ulompaa alkaa muunnella. Muuntelu vähenee ulospäin mentäessä ja lopuksi tasoittuu, kunnes jokin lusto taas alkaa muunnella ja muuntelu taas tasoittuu, kun siirrytään ulospäin.

4) Noin 25 metrin pituinen kuusi, josta 30 sentin halkaistu pätkä kymmenen metrin korkeudelta: Seurailin vain muutamaa lustoa ja havaitsin, että luston A paksuus vaihtelee aaltoillen välillä 4,5–2 mm samalla kun vastakkaisella sektorilla paksuus muuttuu aivan eri tahtiin, 5,5:stä 3,5 milliin! Vastaavasti läheisen luston B paksuus vaihtelee yhdellä puolella välillä 1,5–3 mm ja vastakkaisella puolella 3–4 mm. Tässäkään pöllissä vierekkäisten lustojen paksuudet eivät vaihtele samassa suhteessa (kuten teoria edellyttää): Jotkut saattavat pysyä suurimman osan pituudestaan suurin piirtein saman paksuisina tai sitten paksuudet muuttuvat samaan tai eri suuntaan. Valtaosa tämänkin pöllin lustoista pysyy kuitenkin suurin piirtein saman paksuisina.

5) Talvella 2020–21 kaatunut noin 30 metrin pituinen kuusi: Sahasin pätkän noin neljän metrin korkeudelta ja laskin 80 rengasta. Tämän paksun puun sahauspinnalla renkaiden aaltoilut ja paksuuden jopa yli 100 %:n vaihtelut näkyvät kauniisti. Osa renkaista on jopa yli 6 mm:n paksuisia, mutta vähän matkan eli muutaman asteen päässä vain kolme tai neljä milliä. Tässä näkyy selvästi, miten jonkun vahvasti vaihtelevan renkaan viereisten (sisä- ja ulkopuolisten) renkaiden paksuus muuttuu joko samaan suuntaan tai sitten ei: Viereinen rengas saattaa paksuuntua toisen ohetessa tai paksuus ei muutu lainkaan. Tällä pinnalla näkyi parissa kohtaa rungon sisään jäänyt pieni oksan jäänne, mutta monien renkaiden vaihtelut tapahtuivat kaukana niistä.

6) 20-metrinen kuusi: Rungon keskiosasta sahatussa kiekossa rengas numero 24 on selvä 1+2 mm:n tuplarengas, mutta pari metriä ylempää sahatun kiekon vastaava rengas on ”normaali” (2 mm). Molemmilla tasoilla renkaan 24 ulkopuolella on 1 mm:n rengas. Renkaan 24 sisäpuolella on rungon keskiosassa 2 mm:n rengas (numero 25), jonka paksuus ylemmässä osassa on vain 1,5 mm:n. Renkaat 30-33 ovat keskiosan kiekossa 1, 0.5, 2 ja 2 mm, mutta ylemmässä 3, 2, 1.5 ja 2 mm (samalla sektorilla)!

Pystysuunnassa tapahtuvien vaihtelujen vaikutus poikkipinnan rengaskuvioihin eri tasoilla:

Tämä on aika helppo nähdä asettamalla tarkasti vastakkain kaksi eri korkeuksilta sahattua ja keskeltä suoraksi ja sileäksi höylättyä kiekon puolikasta. Toisen kyljen ulkopinnat pitää asettaa täsmälleen samaan linjaan. Kun kiekot sitten painaa vastakkain, rengaskuvioiden poikkeavuudet rajapinnalla on helppo huomata. Pitää kuitenkin katsoa, että kiekot ovat oikeinpäin. (Vaikka virhettä tuskin pääsee tapahtumaan, sillä yleensä vastakkaisten sektorien kuviot ovat sen verran poikkeavia, että sitä ei voi olla huomaamatta.)

Vertailin ja mittasin rengaskuvioita tällä menetelmällä yllä mainitusta paksuhkosta männystä (3) useista kiekoista, joissa siis maksimaalinen korkeusero noin kolme metriä. Havaitsin seuraavaa: Yhtä lukuun ottamatta puolikkaiden renkaat menivät ulommasta laskien tasan muutaman renkaan verran, mutta siihen tasajako usein päättyi: jomman kumman rengas oli toista paksumpi. Kun esim. kuudennen vuoden tummat osat siirsi ulkopinnoiltaan tarkalleen vastakkain, ei tarvinnut laskea sisäänpäin kuin muutaman renkaan ja taaskaan jako ei mennyt tasan, vaan tuli millin tai puolentoista pykälä ja taas ko. renkaat piti siirtää vastakkain. Yhdessä tapauksessa kävi niin, että kaksi metriä ylempänä oleva kiekko oli toiselta puolelta neljä vuosirengasta eli noin sentin paksumpi, vaikka alempana olevan olisi ikänsä puolesta pitänyt olla paksumpi! Vastakkaisella puolella vastaava 28 ulomman renkaan yhteispaksuus oli molemmissa kiekoissa kuitenkin sama (84 mm). Eivätkä kaikkien renkaiden paksuudet muuttuneet samoissa suhteissa (vaikka teorian mukaan niin pitäisi).

Yksittäistapauksena tästä männystä mainittakoon vielä yhden 20 cm:n pituisen pöllin päistä sahatut kiekot: Latvapäässä yhden rengasparin yhteispaksuus on 9 mm ja tyvipäässä 7 mm siten, että latvapäässä renkaat ovat yhtä paksuja (4,5 mm), mutta tyvipäässä sisempi on vain kolmanneksen ulomman paksuudesta. Kuitenkin, ”yleisesti ottaen” samojen puoliskojen rengaskuviot tässä männyssä ovat melko lailla samankaltaiset, mutta vastakkaisten puoliskojen paikka paikoin aika paljon toisistaan poikkeavat.

Vaikka yksittäisten lustojen paksuudet vaihtelevat molempiin suuntiin, vaihtelut ovat kuitenkin ”synkronoituja”, koska itse rungon pyöreys ei juurikaan muutu ja puu ohenee tasaisesti latvaa kohti vuosikasvu kerrallaan oksatasolta seuraavalle. Onko tällainen vaihtelu, lustojen aaltoilu suunniteltu, jotta puu kestäisi paremmin myrskyjä? Suurempi lustojen välinen rajapinta ja pintojen suunnan muutokset todennäköisesti lisäävät lujuutta, sillä eri osista koostuvissa materiaaleissa pitkät ja tasaiset rajapinnat ovat heikkoja lenkkejä. Tämä on valtavan mielenkiintoinen ajatus. Muinaisia kivirakennelmia tutkineet hämmästyivät, miksi rakentajat olivat käyttäneet erikokoisia kiviä. Vastaus oli se, että nykyviisaudella samankokoisista kivistä tehdyt rakennelmat olisivat sortuneet maanjäristyksissä, kun taas erikokoiset kivet vahvistivat niitä. Tästä hyvänä esimerkkinä mainittakoon Peruun jo ennen inkojen aikaa rakennettu Sachsahuaman muuri.

Lustojen muuntelu voisi siis olla puihin ennalta ohjelmoitu. Jos näin on, tulee mieleen, että olisiko tässä raamatullisen teologian perspektiivistä katsottuna jonkinlaista ironiaa, sellaista että Luojan kädenjälki loi puihin ”ylipitkien” lustokalentereiden kannalta hankalan rakenteen?

Lustokalentereiden rakentelussa lustojen absoluuttiset paksuudet eivät siis ole niin tärkeitä kuin paksuuksien suhteelliset ja samansuuntaiset muutokset. Näin siksi, että kaikki samaan aikaan ja samoilla seuduilla kasvaneet puut eivät monista eri syistä kasvata aina tismalleen yhtä paksuja renkaita. Niiden kuitenkin oletetaan reagoivan eri kasvukausiin aina saman suuntaisesti (puhutaan ns. yhteiskasvusta). Tästä syystä absoluuttiset paksuudet normalisoidaan suhteellisiksi paksuuksiksi. Mutta koska saman poikkileikkauspinnan absoluuttiset paksuudet vaihtelevat jopa merkittävästi, pitää niistä ennen normalisaatiota laskea jonkinlaiset keskiarvot mittaamalla kunkin renkaan paksuudet useammalla sektorilla (ilmeisesti vain kolmella tai neljällä kuten Lapin männyissä).

Mutta kun paksuudet vaihtelevat satunnaisesti myös pystysuunnassa samoissa tai eri suhteissa, joidenkin rengasparien normalisaatioarvot saattavat tasolla A olla aivan eri luokkaa kuin tasolla B! Tasolla A renkaan X paksuus saattaa olla sama kuin tasolla B tai sitten se voi olla paksumpi tai ohuempi. Samalla sen toinen parin, renkaan Y paksuus voi olla muuttunut eri suuntaan. Jos X:n normalisoitu paksuus tasolla A on 0,4, tasolla B se voi olla 0,5 tai 0,3. Kumpi kelpuutetaan?

Kuinka monelta sektorilta ja tasolta lustot pitää mitata, jotta saataisiin luotettavat keskiarvot? Kuvitellaan, että on löytynyt viisimetrinen puu, jossa on 200 rengasta. Riittääkö, että otetaan näytteet metrin välein ja jokaisesta tasosta paksuudet mitataan ja keskiarvoistetaan kolmesta sektorista? Näin mitattavia lustoja olisi 3 000. Saadaanko samoja arvoja, jos varmuuden vuoksi otetaan mittaukset puolen metrin välein ja kuudelta sektorilta? Silloin mitattavia lustoja olisi 12 000. Kuka tietää? Entä sitten kun on kyseessä sadoista, jopa yli tuhannesta sieltä täältä löydetystä puusta koottu kalenteri, jonka väitetään ulottuvan 8 000 tai 12 000 vuoden päähän? Kun ottaa huomioon kaikki mahdolliset jokaiseen ristiinsovitusvaiheeseen liittyvät pienet virhelähteet ja niiden kumuloituminen, miten voidaan puhua absoluuttisesta ajoitusmenetelmästä, kuten väitetään artikkelissa ”Dendrokronologinen ristiinajoitus – absoluuttinen menetelmä”, Helama, Eronen ja Timonen, Geologi 57 (2005), viite 3.

Tässä artikkelissa todetaan mm. että:

Samasta puunrungosta säteittäisesti eri suuntiin mitatut lustonleveyssarjat korreloivat kuitenkin yleensä keskenään paremmin kuin eri puuyksilöistä mitatut sarjat. Tämän vuoksi saavutetaan ristiinajoituksessa [ristiinsovituksessa?] paras tulos mittaamalla ensin useita lustonleveyssarjoja, ristiinajoittamalla ne keskenään ja vasta sen jälkeen vertaamalla sädekohtaisista näytteistä laskettua keskiarvosarjaa [jo olemassa olevaan valmiiseen] referenssisarjaan. [Kursivointi ja hakasulkeet minun.]

Tämä tarkoittaa sitä, että yhdeltä poikkileikkauspinnalta (siis sama taso) mitataan 3–4:n sektorin renkaiden paksuudet ja lasketaan niiden keskiarvot. Sen jälkeen ne normalisoidaan ja saatua käyrää verrataan jo olemassa olevaan referenssikäyrään. Tässäkin puhutaan siis vain säteittäisistä ja sädekohtaisista, ei eri tasojen lustonleveyssarjoista. Lustoja ei siis mitata ja verrata rungon eri korkeuksilta? Ja miten menetelmä voi olla absoluuttinen, jos se joutuu turvautumaan todennäköisyyslaskentaan, tilastomatematiikkaan (t- ja r-arvot). Käsite ”absoluuttinen”, oikein ymmärrettynä, sulkee pois tilastomatematiikan ja todennäköisyydet. Lisäksi termi ”ristiinajoitus” on mielestäni harhaanjohtava: pitäisi olla ristiinsovitus (crossmatching); termi ristiinajoitus sopii paremmin siihen, kun lustokalentereista saatuja ikiä yritetään varmistella radiohiilellä.

Alla esimerkkinä lista yllä mainitusta mänty-3:sta otetusta kahden kiekon rengaspaksuuksista. Alempaa sahatussa on 36 ja ylemmässä 27 rengasta. Paksuuksia on mitattu vastakkaisilta sektoreilta A ja B. Kahdessa ensimmäisessä sarakkeessa (vas.) näkyy A:sta mitatut paksuudet 36:n ja 27:n renkaan tasoilta. Kahdessa seuraavassa on vastakkaisen sektorin B paksuudet. 36A ja 36B tarkoittaa siis alemmasta kiekosta mitattuja paksuuksia, 27A ja 27B ylemmän eli pienemmän kiekon mittoja. 27 renkaan kiekon voidaan siis sanoa olevan 9 vuotta nuorempi kuin alempi. Oikean puolen sarakkeeseen on laskettu renkaiden keskiarvot. Merkittävimmät saman sektorin mutta eri tason erot on lihavoitu ja kursivoitu. Yhden mm:n muutos (kuten 3>>2) on merkittävä. Numerointi alkaa ulommasta lustosta numero 1. Oikealla sulkeissa muutama huomio:

36 A 27 A 36 B 27 B Neljän keskiarvot
Rengas 1: 2.5 mm 2 mm 2 mm 1.5 mm 2 mm
Rengas 2: 2 2 3 3 2.5
3: 2 2 2.5 2 2.2
4: 2 2 3.5 3.5 2.8
5: 2 1.5 2.5 3 2.3
6: 1 2 3 3.5 2.4 (Huomaa erot A- ja B-sekt. renkaissa!)
7: 1 1 1.5 2 1.4
8: 1 1.5 2 2 1.6
9: 1.5 2 2.5 3.5 2.4 (36A: 1,5 mm, 27B: 3,5mm)
10: 1.5 1.5 2 3.5 2.1 (Samoin)
11: 2 1 2 2 1.8
12: 2 1.5 2 2 1.9
13: 3 2 2 3 2.5
14: 3 3 3 4 3.3
15: 2.5 3 3 4 3.1
16: 3 3 4 3 3.3
17: 2 3 4 3 3
18: 3 3 2 3 2.8
19: 2 3 3 3 2.8
20: 3 3 3 4 3.3
21: 3 4 3 5 3.8
22: 3 3 2.5 3 2.9
23: 3 3 2.5 2.5 2.8
24: 2 3 4 4 3.3 (36A: 2 mm, 36B: 4 mm)
25: 3.5 3.5 4 4.5 3.9
26: 3 3 2.5 2.5 2.8

Saman renkaan paksuus samassa puussa voi siis sektorista ja tasosta riippuen vaihdella merkittävästi, jopa yli 300 % (3,5>>1 mm) kuten rengas 6, 36A ja 27B.

Alla olevassa taulukossa näkyy samojen renkaiden normalisoidut arvot samassa järjestyksessä alkaen ulommasta parista 1 ja 2. Monissa on pieniä tai kohtalaisia eroja, joissakin merkittäviä. Lihavoidut ja kursivoidut ovat mielestäni merkittäviä saman sektorin (eli eri tasojen) poikkeamia.

Ainakaan tämän puun näistä kohdista mitatut ja lasketut arvot eivät mielestäni korreloi keskenään kovin hyvin. Tällaisista yksittäisistä kohdista mitatut arvot vastaavat kukin yksittäistä kairausnäytettä. Entä jos lähettäisin nämä sokkona analysoitaviksi? Pystyisikö analyysin tekijä päättelemään, ovatko näytteet samasta puusta vai eri puista? Entä jos vertaisin näitä jonkin toisen samalla seudulla kasvaneen elävän puun vastaaviin lustoihin? Korrelaatio saattaisi olla vielä heikompi, sillä: ”Samasta puunrungosta säteittäisesti eri suuntiin mitatut lustonleveyssarjat korreloivat kuitenkin yleensä keskenään paremmin kuin eri puuyksilöistä mitatut sarjat” (Helama ym., ks. yllä).

Neljässä ensimmäisessä sarakkeessa on siis yksittäisistä mitoista (ikään kuin kairausnäytteistä) lasketut normalisoidut arvot, oikeanpuoleisemmassa kaikkien neljän keskiarvoista saadut normalisaatiot (joitain isompia poikkeamia lihavoitu). Siitä oikealle on kaarisulkeisiin poimittu yksittäisten arvojen isommat erot (sektoria ja tasoa erittelemättä). Siitä vielä oikealla hakasulkeissa ovat saman sektorin suurimmat erot 36:n ja 27:n renkaan tasoilla. Hakasulkeista siis näkee miten joidenkin lustojen paksuus saattaa pystysuunnassa muuttua niin paljon, että se ainakin kohtalaisesti muuttaa normalisoitua lukua:

36 A 27 A 36 B 27 B Keskiarvoista lasketut normalisaatiot
Rengas 1: 0.56 0.5 0.4 0.33 0.44 (0.56>>0.33)
Rengas 2: 0.5 0.5 0.55 0.6 0.56
3: 0.5 0.5 0.41 0.36 0.42 (0.5>>0.36)
4: 0.5 0.57 0.58 0.54 0.55
5: 0.66 0.43 0.45 0.46 0.49 (0.66>>0.43) [0.66>>0.43, sama sektori A]
6: 0.5 0.6 0.67 0.64 0.63
7: 0.5 0.4 0.43 0.5 0.47 [0.5>>0.4]
8: 0.4 0.43 0.44 0.36 0.4
9: 0.5 0.57 0.56 0.5 0.53
10: 0.43 0.6 0.5 0.64 0.51 (0.64>>0.43) [0.6>>0.43 ja 0.64>>0.5]
11: 0.5 0.4 0.5 0.5 0.47 [0.5>>0.4]
12: 0.4 0.43 0.5 0.4 0.43 [0.5>>0.4, sektori B]
13: 0.5 0.4 0.4 0.43 0.43 [0.5>>0.4]
14: 0.55 0.5 0.5 0.5 0.52
15: 0.45 0.5 0.43 0.57 0.48 [0.57>>0.43]
16: 0.6 0.5 0.5 0.5 0.52 [0.6>>0.5]
17: 0.4 0.5 0.67 0.5 0.52 (0.67>>0.4) [0.5>>0.4 ja 0.67>>0.5]
18: 0.6 0.5 0.4 0.5 0.5 [0.6>>0.5 ja 0.5>>0.4]
19: 0.4 0.5 0.5 0.43 0.46 [0.5>>0.4]
20: 0.5 0.43 0.5 0.44 0.44
21: 0.5 0.57 0.55 0.63 0.57
22: 0.5 0.5 0.5 0.55 0.54
23: 0.6 0.5 0.38 0.38 0.43 (0.6>>0.38) [0.6>>0.5]
24: 0.4 0.5 0.5 0.47 0.46 [0.5>>0.4]
25: 0.58 0.46 0.62 0.64 0.58 (0.64>>0.46) [0.58>>0.46]
26:

Tästä huolimatta uskon, että dendrokronologinen tutkimus metodina (ja teknologian puolesta) on ok. Tutkijatkin ovat varmasti tehneet tarkkaa työtä. Mutta: Menetelmää taitaa rasittaa yllä mainittu rusinoiden poiminta, ennen kaikkea ilmasto-olettamuksen pohjalta laaditut käyrien normalisaatiot, jolla sarjoista koetetaan uuttaa (puoliväkisin?) kasvun yhteisvaihtelun trendi (common variance tai common signal):

Kasvun yhteisvaihtelu ja sen perusteella tehtävä lustosarjojen ristiinajoitus (Douglass 1941, Fritts 1976) ovat dendrokronologian peruslähtökohtia, joihin kaikki tieteenalan sovellutukset käytännössä nojautuvat: sen perusteella on mahdollista yhdistää useiden samana ajanjaksona eläneitten puiden vuotuinen kasvunvaihtelu toisiinsa (Helama ym. 2005).

On täysin ymmärrettävää, että vaikka puiden kasvu aina noudattaisikin ”yhteisvaihtelun sääntöä”, mikään terve puu ei sadan tai kahden tai kolmensadan vuoden aikana voi kasvattaa naapurinsa kanssa täysin samankaltaista, yhteismitallista lustosarjaa. Metodille tärkeintä onkin, että vuosikasvujen oletetaan vaihtelevan samoissa suhteissa (ja samassa tahdissa), ei välttämättä samoissa millimetreissä. Millimetrikasvut pitää siis jotenkin muuntaa suhteellisiksi kasvuiksi, jotta käyriä voisi verrata toisiinsa. Itseäni kuitenkin epäilyttää ainakin ruotsalaisten (mielivaltainen?) tapa laskea suhteet pareittain siten, että edellisen vuoden lusto määrittää aina myös seuraavan vuoden luston arvoa. Ei olekaan ihme, että maailmalla on käytössä ainakin viisi muuta normalisaatiokaavaa. Onko mikään niistä hyvä – tai peräti absoluuttisen oikea (jos ajoitus kerran on absoluuttinen)? Tuleeko suuri hylkäämisprosentti (jopa 25–45) siitä, että normalisaatiosta yms. huolimatta monia sarjoja ei saada riittävän hyvin yhteensopiviksi? Ainakaan lääketieteessä ei luoteta tutkimuksiin, joissa on näin korkea hylkäämisprosentti.

Uskon kuitenkin, että menetelmä on kohtalaisen käyttökelpoinen ehkä viimeiselle 3 000 vuoden ajanjaksolle, jos sarjat ovat vähintään 70 renkaan paksuisia ja t-arvot vähintään 7, mieluimmin yli 10. Näin siksi, että tämä aika tarjoaa tueksi joitain iältään suurin piirtein tunnettuja arkeologisia vertailunäytteitä ja radiohiiliajoituskin antanee vielä jokseenkin kelvollisia referenssiaikoja. Mutta kun edetään toiselle ja kolmannelle vuosituhannelle eKr., saatetaan olla hämärän rajoilla. Näin paitsi siksi, että virheitä alkaa kumuloitua, mutta ennen kaikkea siksi, että käytettävissä ei ole mitään iältään varmasti tunnettuja ja riippumattomasti ajoitettuja vertailunäytteitä.

Dendrokronologiseen menetelmään, kuten on jo käynyt ilmi, liittyy melkoinen määrä tunnettuja anomalioita ja virhelähteitä plus joukko tuntemattomia epävarmuustekijöitä. Kasvulustojen epätasaisuus pystysuunnassa saattaa olla yksi lisä joukkoon ”tuntemattomat epävarmuustekijät” (unknown unknows). Maallikkona en kuitenkaan lähde spekuloimaan – ainakaan tässä vaiheessa, miten merkittävä tämä ”uusi löytö” eli paksuuksien vaihtelu myös pystysuunnassa kenties on. Mutta ei havainto ainakaan vahvista uskoani dendrokronologiaan absoluuttisena ajoitusmenetelmänä – päinvastoin.

Havainto pystysuunnassa tapahtuvasta vaihtelusta saattaa tukea John Woodmorappen esittämää lievien ja ”kasaantuneiden kasvuhäiriöiden hypoteesia” (Disturbance Clustering) (ks. alla). Sen mukaan esihistorialliset kelluvat kronologiat voivat tulla yhdistetyiksi ajallisesti vääriin sarjoihin siltasarjoilla, joissa esiintyy lieviä ja ajoittaisia kasvupoikkeamia. Näin siksi, että esihistoriallisten sarjojen ikiä ei pystytä varmistamaan dendrokronologiasta riippumattomalla menetelmällä. (Radiohiilimenetelmä ei siis ole riippumaton menetelmä.) Toinen seikka on se, että näytteiden määrä on rajallinen; on aikajaksoja, joilta näytteet ovat niukkoja ja sarjat saattavat olla vain 40–50 renkaan paksuisia.

Summa summarum: Uskon, että dendrokronologia menetelmänä on käyttökelpoinen tietyissä rajoissa – absoluuttinen se ei kuitenkaan ole; absoluuttisia ajoitusmenetelmiä ei ole (ja tuskin tulee).

Artikkelisarjan seuraavassa osassa esittelen John Woodmorappen Disturbance Cluster-hypoteesin, joka siis liittyy lieviin, mutta algoritmien hyväksymiin kasvupoikkeamiin. Ne saattavat muodostaa fyysisesti oikein ristiinsovitettuja, mutta silti anakronisia lustosiltoja esihistoriallisen ajan kelluvista kronologioista nuorempiin ja ”absoluuttisesti ajoitettuihin” eli nykypäivään saakka ulottuviin lustokalentereihin. Lisäksi käsittelen lyhyesti Kalifornian okakäpymäntyjä, Europan tammipuista rakenneltuja, väitetysti yli 12 000 vuoden kronologioita sekä Suomen Lapin mäntyjen pitkää, noin 7 600 vuoden ikäiseksi väitettyä lustokalenteria. Oma vaikutelma on, että suomalaisten kronologia, joka on Euraasian pisin havupuiden kronologia, on paras. Se saattaa pitää paikkansa jopa vuoteen 330 eKr. Kaikkein epävarmimmalta vaikuttaa Euroopan tammien 12 000 vuoden ikäisiksi väitetty lustokalenteri. Kalifornian okakäpymäntyjen tapaus on mielenkiintoinen, täysin omaa luokkaansa: Sekä puut että niiden kasvuympäristö ovat globaalistikin täysin ainutlaatuisia.

Kirjallisuutta:
  1. Jake Hebert (fyysikko), Andrew Snelling (geologi): Do Varves, Tree-Rings and Radiocarbon Measurements Prove an Old Earth? Answers Research Journal 9 (2016), 339-361. https://assets.answersingenesis.org/doc/articles/pdf-versions/arj/v9/varves_tree-rings_old_earth.pdf
  2. Samuli Helama, Kari Mielikäinen, Mauri Timonen & Matti Eronen: Finnish supra-long tree-ring chronology extended to 5634 BC. Norsk Geografisk Tidssrift–Norwegian Journal of Geography Vol. 62, 271-277, 2008.
  3. Samuli Helama, Matti Eronen ja Mauri Timonen: Dendrokronologinen ristiinajoitus – absoluuttinen menetelmä. Geologi 57, 2005.
  4. Matti Eronen, Mauri Timonen + neljä muuta: The supra-long Scots pine tree-ring record for Finnish Lapland: Part 1, chronology construction and initial inferences. The Holocene 12,6, pp. 673–680, 2002.
  5. Samuli Helama: Puulla on pitkä muisti (ilm. kirjasta Kasvit, josta minulla on vain 6 sivun kopio).
  6. Roger Sanders (kasvibiologi): Creationist Commentry and Analysis of Tree-ring Data: A Review. Proceedings of the Eighth International Conference on Creationism, 2018, Article 45, pp. 516-524. https://digitalcommons.cedarville.edu/icc_proceedings
  7. John Woodmorappe (geologi, biol. kand): Tree Ring Disturbance Clustering for the Collapse of Long Tree-ring Chronologies, Proceedings of the Eighth International Conference on Creationism, 2018, Article 29, pp. 652-672 (sama nettiosoite kuin yllä).