Dendroökologie: Feinste Zellstrukturen bergen Umweltgeschichten

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Wer beim Baumstamm die Jahresringe zählt, will das Alter erfahren; das hat jeder schon einmal gemacht. Doch Baumringe verraten mehr als ihre Jahre; sie können viele Geschichten erzählen. Denn sie bergen eine Fülle von Informationen zu wechselnden Umweltbedingungen - Klima, Witterung, Insektenfraß, Konkurrenzveränderungen durch Nachbarbäume. Man muß dem Baumstamm nur seine Geheimnisse, die gespeicherten Daten entlocken. Dazu wird er mit mikrometergenauen Schnitten in Scheiben zerlegt.

An solch einem Verfahren arbeiten Wissenschaftler des Freiburger Fraunhofer-Instituts für Werkstoffmechanik und des Freiburger Universitäts-Instituts für Waldwachstum, gefördert von der Deutschen Forschungsgemeinschaft. Ihr Thema ist das ultrapräzise Fräsen von Baumscheiben, ein innovatives Verfahren zur Präparationstechnik mit sehr hohen Qualitätsmerkmalen. Bäume reagieren bekanntlich mit ihrem Wachstum auf wechselnde Umweltbedingungen. Diese Reaktionen sind in den Jahresringen archiviert.

Hochgenaue Präparationstechnik hat Schlüsselfunktion

Auf die Merkmale der Jahresringe stützt sich die dendroökologische und die dendrochronologische Forschung; beide haben in den vergangenen Jahren zunehmend an Bedeutung gewonnen. Neben der Breite der Jahresringe sind ihre Struktur, die Dichte des Holzes, seine chemische und physikalische Zusammensetzung sowie die Zellstrukturen innerhalb der Jahrringe interessant. Die Zuordnung dieser Merkmale zu bekannten Umweltereignissen erlaubt die Entwicklung von Modellen für Wachstumsreaktionen auf diese Ereignisse. Sie können als Grundlage zur aktuellen Abschätzung der Auswirkungen von Umweltveränderungen auf das Waldwachstum dienen. Anhand fossiler Stammscheiben können darüber hinaus auch Grundlagen für die rückschauende Identifikation und Erforschung der Entwicklung und Dynamik von Veränderungen über lange Zeiträume hinweg geschaffen werden.

Die Fülle der Informationen in der Baumscheibe mit den heutigen Präparations- und Analysemethoden offenzulegen, wäre eine Sisyphosarbeit und viel zu aufwendig. Die Analyse der Stammscheibe einer 80jährigen Fichte mit 40 Zentimetern Durchmesser bedeutet Präparation, Detektion und Vermessung von 30. 000 Zellen. Soll die in den Jahresringen gespeicherte Information genutzt werden, müssen hochauflösende, optische und mechanische Analysemethoden und großflächige Präparationsverfahren, die auch feinste Zellstrukturen möglichst unbeschädigt offen legen, erarbeitet werden. Der Präparationstechnik kommt dabei eine Schlüsselfunktion zu.

Wissenschaftliches Sägen

Mit der sogenannten luftgelagerten Ultrapräzisionsfrästechnik werden heute große, extrem ebene Spiegelflächen aus Messing, Kupfer und Aluminium einwandfrei hergestellt. Auf dieser Erfahrung basiert die Entwicklung der Freiburger Wissenschaftler. Doch Metalle sind gleichmäßig aufgebaut und weisen nach allen Richtungen hin die gleichen Eigenschaften auf. Nicht so das Holz, das als Organismus aus Zellen besteht. So etwa gibt es innerhalb eines Jahresringes von Baumart zu Baumart unterschiedliche Härtevariationen zwischen dem weichen Früh- und dem härteren Spätholz. „Das stellt uns bei der Präparation von Holzschnitten vor besondere Herausforderungen“, erklärt Walter Döll. „Die Schneidparameter des Schneidwerkzeuges und der Bearbeitungsmaschine müssen an die jeweiligen Holzeigenschaften angepaßt sein.“

Die Forscher müssen die Schneidparameter sehr genau kennen, und das sind eine ganze Menge: Schneid- oder Spanwinkel, Schneidenradius, nutzbare Schneidbogenlänge, Schnittgeschwindigkeit, Vorschub des Werkstückes bei jeder Umdrehung der Schneide, Schnittiefe. Außerdem müssen sie die Auswirkungen dieser Parameter eingehend untersuchen. Mit der Ultrapräzisionsfrästechnik für Holz soll die Voraussetzung für präzise Untersuchungen im Mikrometerbereich geschaffen und damit Erkenntnisfortschritte zur Auswirkung von Umweltveränderungen ermöglicht werden.

Irmgard Wagner (dfd)

Kontakt: Dr. Walter Döll, Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik, Wöhlerstraße 11, D-79108 Freiburg, Tel:+49-(0)761/5142102, Fax:+49-(0)761/5142110

Hier weitere Informationen über das Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik

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Autor: Manfred Ronzheimer

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