Charlotte Pearsons ögon skannade ett urgammalt träd i en palmstorlek. De slog sig ner på en ring som såg "ovanligt lätt ut, " och hon gjorde en anteckning utan att tänka på det. Tre år senare, och beväpnad med ny metodik och teknologi, hon upptäckte att ljusringen kan markera året då vulkanen Thera på den grekiska ön Santorini bröt ut över den antika minoiska civilisationen. Datumet för utbrottet, som är en av de största mänskligheten någonsin har sett, har diskuterats i decennier.

Pearson, en biträdande professor vid University of Arizona i dendrokronologi och antropologi, är huvudförfattare till en artikel, publiceras i Proceedings of the National Academy of Sciences , där hon och hennes kollegor har använt en ny hybridmetod för att tilldela kalenderdatum till en sekvens av trädringar, som sträcker sig över perioden under vilken Thera bröt ut, inom ett år från ett kalenderdatum. Detta gör att de kan presentera nya bevis som kan stödja ett utbrottsdatum runt 1560 f.Kr.

Fylla luckorna

"I varje trädring, du har den här tidskapseln som du kan packa upp, sa Pearson.

Träd växer i enlighet med förhållandena i sin lokala miljö. Varje år, träd producerar ett nytt lager av koncentrisk tillväxt, kallas en trädring, som kan registrera information om nederbörd, temperatur, skogsbränder, markförhållanden med mera. Träd kan till och med registrera solaktivitet när den växer och avtar.

När en sekvens av ringar från träd i olika åldrar överlappas och läggs samman, de kan sträcka sig över hundratals eller tusentals år, ge insikt om tidigare klimatförhållanden och sammanhang för samtidiga civilisationer.

"Den längsta kronologin i världen sträcker sig tillbaka 12, 000 år. Men i Medelhavet, problemet är att vi inte har en full, kontinuerliga rekord som går tillbaka till tiden för Thera, " sa Pearson. "Vi har spelat in de senaste 2, 000 år mycket bra, men då finns det en lucka. Vi har trädringar från tidigare perioder, men vi vet inte exakt vilka datum ringarna motsvarar. Detta är vad som kallas en "flytande kronologi."

Att fylla denna lucka kan hjälpa till att fastställa datumet för Thera-utbrottet och måla en klimatisk bakgrund för de olika civilisationerna som växte och föll under brons- och järnåldern, som tillsammans sträckte sig mellan 5, 000 och 2, 500 år sedan.

"Tills du kan sätta ett exakt år på händelser i en skala som är vettig för människor - ett år - är det inte riktigt lika kraftfullt, " Sa Pearson. "Denna studie handlar egentligen om att ta (min medförfattare och professor i trädringlabb) Peter Kuniholms kronologi som han har satt ihop över 45 års arbete och datera det på ett sätt som inte var möjligt tidigare. Viktigast, det är fixat i tid, precis som om vi hade fyllt vår trädringlucka."

En hybrid metod

Sedan starten av UArizona Laboratory of Tree-Ring Research 1937, ett sortiment av trädringprover från hela världen samlades under mindre än idealiska förhållanden under Arizona Stadium. Men sedan slutförandet av universitetets uppgraderade Bryant Bannister Tree Ring Building 2013, kurationsteamet, ledd av Peter Brewer, har flyttat, organisera och bevara prover för framtida forskning.

"Detta är samlingen som grundade området för trädringforskning, och det är världens överlägset största, Brewer sa. "Forskare kommer från hela världen för att använda vår samling."

"Det är bara fullt av rester av forntida skogar och arkeologiska platser, som inte längre finns, och den innehåller träprover som var grundläggande för utvecklingen av disciplinen dendrokronologi, sa Pearson.

Samlingen inkluderar timmer från Midas Mound Tumulus vid Gordion i Turkiet - en gigantisk grav av en man som troligen var Midas far eller farfar. Från timmer som dessa, Kuniholm har byggt en trädringkronologi från Medelhavet i nästan ett halvt sekel. Tillsammans, Kuniholms rekord från B.C. period sträcker sig över 2, 000 år, inklusive träd som växer medvind från Thera-utbrottet, gör det nyckeln till teamets forskning.

Trots längden på denna kronologi, den förblev odaterad. För att fästa det, teamet bestämde sig för att prova något nytt.

När kosmiska strålar från rymden kommer in i jordens atmosfär, neutroner kolliderar med kväveatomer för att skapa en radioaktiv version av kol, kallas kol-14, som sprider sig runt planeten. Allt annat liv på jorden, inklusive trädringar, plocka upp kol-14, och eftersom trädringar låser ett mått på kol-14 för varje år som de växer, de har mönster som visar hur det förändrades över tiden. Dessa mönster av kol-14 i trädringar runt om i världen borde matcha.

Pearson och hennes team använde mönstren av kol-14 som fångats i Gordion-trädets ringar för att förankra den flytande kronologin till liknande mönster från andra kalenderdaterade trädringsekvenser.

"Det är ett nytt sätt att förankra kronologier för flytande trädringar som använder den årliga precisionen för trädringar, sa Pearson.

För att validera sina resultat, teamet vände sig till de kalenderdaterade ringarna av höghöjda borstkottallar från västra Nordamerika som levde samtidigt som Gordion.

"När det blir stora vulkanutbrott, det ger ofta ärr på borstkotten genom att frysa under växtsäsongen, skapa en frostring, " sa andra författaren Matthew Salzer, forskare vid trädringslaboratoriet. "Sedan jämförde vi datumen för frostringarna med vad som pågick i Medelhavsträden, som svarar på vulkaner genom att växa bredare ringar. Och det fungerade. Den visade att de breda ringarna i medelhavskronologin inträffade under samma år som frostringarna i borstkonen. Vi tog det som en bekräftelse på att dateringen förmodligen var korrekt."

Teamet tänkte sedan använda en ny teknik i labbet som kallas röntgenfluorescensmaskinen för att skanna träet efter kemiska förändringar.

"Vi skannade hela perioden när Thera är känt för att ha hänt, " sa Pearson, "och vi upptäckte en mycket liten utarmning av kalcium, precis där jag såg den här ljusare ringen för flera år sedan."

Även om det är en liten fluktuation, den är betydande och förekommer endast vid ett tillfälle under åren omkring 1560 f.Kr.

"Vi skriver det i tidningen och föreslår preliminärt att det är ett möjligt datum för Thera, sa Pearson.

Något förändrade kemin i miljön där trädet växte; surt nedfall från en vulkan är en möjlighet, skogsbrand är en annan, men eftersom datumet råkar sammanfalla med andra trädringmarkörer för ett större utbrott, Pearson, hon säger att det är värt att utforska ytterligare.

"Jag tror att för att göra bra vetenskap måste du undersöka allt och hålla ett öppet sinne tills tillräckligt med data samlas, " sa Pearson. "Detta är ännu en liten pusselbit."