年輪—自然界的無字天書

　　樹木是自然界的產(chǎn)物，其生長(zhǎng)過程中忠實(shí)地記錄著自然界的變遷，因而被稱為活檔案，它們的年輪就是一本本記錄簿。一株株默默無聞的樹木，其實(shí)是一部部的無字天書，讀懂它，就會(huì)知道自然界的許多秘密，讓我們既可通曉過去，也能預(yù)見未來。
　　
　　何謂年輪
　　
　　樹木在每個(gè)生長(zhǎng)周期都會(huì)形成圍繞著髓心的同心圓木質(zhì)層，我們稱之為生長(zhǎng)輪(growth ring)。生長(zhǎng)于溫帶和寒帶的樹木，每年有一個(gè)生長(zhǎng)期，形成層向內(nèi)只生長(zhǎng)出一層木材，這種生長(zhǎng)輪就被稱為年輪(annual ring)。多數(shù)樹種的年輪在橫切面上呈同心圓狀，少數(shù)樹種的年輪呈不規(guī)則的波浪狀，如苦櫧、栲樹、千金榆等。有些樹木的年輪，多數(shù)偏心，似蚌殼的環(huán)紋，如蜆木等。
　　年輪的寬度有大有小，其大小隨樹種、樹齡和生長(zhǎng)條件而異，像是泡桐、臭椿、沙蘭楊的年輪，就很寬，而黃楊木、紫杉、檵木等，即便在良好的環(huán)境條件下，形成的年輪也很窄。同一株樹木中，年輪寬度的垂直分布規(guī)律是，愈近樹木基部年輪愈窄，愈近梢部，年輪愈寬。同一樹種，受生長(zhǎng)條件的影響也有差別，比如在寒冷、干旱、土壤瘠薄或樹木密度過大的地方，樹木生長(zhǎng)的速度緩慢，年輪比較狹窄；生長(zhǎng)在氣候溫和、濕潤(rùn)和土壤肥沃等地方的樹木，生長(zhǎng)速度快，就會(huì)形成較寬的年輪。與此同時(shí)，年輪的寬度也會(huì)隨著樹齡的增加而逐漸加大。達(dá)到一定年齡后，植物細(xì)胞的分生能力減弱，于是又會(huì)形成狹窄的年輪。此外，孤立木的年輪比郁閉林分的年輪要寬。
　　
　　年輪在林業(yè)上的應(yīng)用
　　
　　測(cè)定樹木年齡年輪的測(cè)定和反映的信息在林業(yè)科研中有著重要的地位。利用一種專門的鉆具，可以從樹皮一直鉆到樹心，取出一個(gè)有全部年輪的薄片，這樣就可以不再需要砍倒樹木來計(jì)算出樹木的年齡了。樹木的年輪，愈靠近髓心其年齡愈小，靠近樹皮的年齡較大。在樹干基部，年輪的數(shù)目可代表樹木的年齡，但還必須加入幼苗達(dá)到該層的年齡。
　　指導(dǎo)林業(yè)生產(chǎn)在森林資源調(diào)查中，根據(jù)年輪的寬窄，可以測(cè)知樹木生長(zhǎng)情況。因?yàn)槟贻喌膶捳资芄庹辗较?、氣候和地理位置、地貌影響。人們還可依據(jù)年輪的寬窄來了解林木過去幾年的生長(zhǎng)情況，預(yù)測(cè)未來的生長(zhǎng)動(dòng)態(tài)，為制訂林業(yè)規(guī)劃、確定合理采伐量、制定造林規(guī)劃、采取不同的經(jīng)營(yíng)措施等方面提供科學(xué)依據(jù)。
　　評(píng)估木材的材質(zhì)年輪的寬窄在某種情況下，可以作為估計(jì)木材物理力學(xué)性質(zhì)的依據(jù)。通常以1厘米內(nèi)的年輪數(shù)為初步估計(jì)材性優(yōu)劣的標(biāo)志。針葉樹材年輪均勻者，強(qiáng)度高（指正常木材）；年輪過寬或過狹都會(huì)使木材強(qiáng)度降低。闊葉樹材環(huán)孔材，一般隨年輪數(shù)目減少而強(qiáng)度增加。晚材率（晚材寬度占年輪寬度的百分比）的高低是估測(cè)木材物理力學(xué)性質(zhì)的重要因素之一。晚材率高，木材的物理力學(xué)指標(biāo)一般也高；相反，晚材率低，木材的物理力學(xué)指標(biāo)也低。
　　
　　記錄氣候的變遷
　　
　　年輪是樹木生活的“年譜”，它不只記錄了樹木自身的年齡，還記載了環(huán)境和氣候等外界因素對(duì)樹木生長(zhǎng)的影響，如光照、水分、溫度、土壤條件、生物之間的作用和氣候突變等。所有這些都是通過年輪形態(tài)及結(jié)構(gòu)的變異被記錄下來的。因此只要揭示了年輪的秘密，它就會(huì)訴說從樹木出世起，周圍發(fā)生的大量事情。因?yàn)槊糠N樹木都有自己的年輪特征，即使同種樹木的年輪也有可能不同。年輪的寬窄和氣候狀況緊密相關(guān)，因而人們可以通過年輪的寬窄了解各年的氣候狀況，如果某地氣候變化有一定的周期性，反映在年輪上也會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)的周期性變化。
　　20世紀(jì)初興起的“樹木年輪年代學(xué)（dendrochronology science）”正是基于此發(fā)展起來的。其創(chuàng)始人是美國(guó)天文學(xué)家A.E.道格拉斯，他利用樹木年輪的形成規(guī)律進(jìn)行科學(xué)斷代，斷代精度為年。道格拉斯在亞利桑那州大學(xué)建立起世界上第一個(gè)系統(tǒng)研究樹木年輪的實(shí)驗(yàn)室。經(jīng)過長(zhǎng)期觀察研究，人們發(fā)現(xiàn)，美國(guó)西南部的松樹對(duì)氣候的變化特別敏感。在寒冷濕潤(rùn)的年代，松樹的年輪長(zhǎng)得很狹窄。根據(jù)這一規(guī)律，我們可以推斷出很久以前當(dāng)?shù)氐臍夂驙顩r。最終，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，地球上氣侯冷暖的變化，有一個(gè)大致200年的循環(huán)周期。通過對(duì)1900～1960年間年輪變化的研究，人們還發(fā)現(xiàn)，在200年的大周期內(nèi)，還存在33年、72年、92年、111 年的氣候變化小周期，它們大多是11～11.5這個(gè)周期的倍數(shù)。
　　通過對(duì)年輪變化規(guī)律的研究和對(duì)它所在地區(qū)氣候的了解，科學(xué)家可以制定超長(zhǎng)期氣象預(yù)報(bào)。美國(guó)科學(xué)家通過對(duì)年輪的研究，發(fā)現(xiàn)美國(guó)西部草原每隔11年發(fā)生一次干旱，并應(yīng)用這一規(guī)律正確地預(yù)報(bào)了1976年的大旱。
　　
　　反映太陽活動(dòng)規(guī)律
　　
　　太陽活動(dòng)是有周期性變化規(guī)律的，其活動(dòng)會(huì)直接影響到地球氣溫的變化，這在樹木年輪的色彩和輪廓上都得到了反映。研究人員發(fā)現(xiàn)，富集有碳十四的年輪的年代與太陽耀斑大爆發(fā)年代相吻合。太陽耀斑大爆發(fā)時(shí)，空氣中會(huì)形成含有碳十四的二氧化碳，它被樹木吸收后，經(jīng)光合作用合成有機(jī)養(yǎng)料，隨即進(jìn)入木質(zhì)部后，碳十四的放射性會(huì)逐漸衰減，其半衰期為5730年。通過測(cè)量古代樹木樣品，人們可以找到距今約9000年以來太陽耀斑大爆發(fā)的痕跡，而目前人類對(duì)太陽耀斑大爆發(fā)的科學(xué)記載僅有50年。
　　另外，太陽黑子強(qiáng)度的周期變化在年輪上也留下了印記，從年輪上，科學(xué)家算出太陽黑子的活動(dòng)周期是11.3年，與科學(xué)觀測(cè)的結(jié)果相吻合。
　　
　　告訴你過去的真相
　　
　　應(yīng)用年輪來判斷事件發(fā)生的具體年代，在考古工作中屢見不鮮，甚至可以精確到年，乃至到某個(gè)季節(jié)。
　　在美國(guó)科羅拉多西南方梅薩費(fèi)爾德國(guó)家公園里，有300多棟哥倫比亞印第安人的老房子。研究人員通過檢查建造這些住宅的木頭柱子，觀察其年輪確認(rèn)，在13世紀(jì)的最后25年，當(dāng)?shù)卦l(fā)生過很大的旱災(zāi)，并且旱災(zāi)一直延續(xù)了大約20年，這樣惡劣的氣候條件最終使得當(dāng)時(shí)居住在那里的印第安人撤離了該地區(qū)。
　　如果對(duì)古代墓冢中的木材進(jìn)行紋理分析，人們可以確定，這種木材來自于什么樹種；根據(jù)木材腐蝕程度，現(xiàn)代人還可以推算出古墓建造的年代。
　　采用同樣的方法，我們也可以得知某些木制古物的制作年代，以及沉船的罹難日期等。
　　
　　火山噴發(fā)留下的印記
　　
　　研究年輪可以確定較大規(guī)?；鹕絿姲l(fā)的時(shí)間，像美國(guó)圣海倫斯火山噴發(fā)時(shí)，大量煙塵進(jìn)入同溫層，遮擋住陽光，使得地球上的溫度降到冰點(diǎn)以下，反映到樹木上，則表現(xiàn)為在樹內(nèi)形成一道霜凍輪。
　　亞利桑那大學(xué)的瓦摩爾?拉馬舍及其同事們研究了刺果松上的霜凍輪，結(jié)果發(fā)現(xiàn)其出現(xiàn)時(shí)間符合火山劇烈噴發(fā)的時(shí)間。東印度群島坦波拉火山噴發(fā)曾使1816年成了“沒有夏天的一年”，那次火山噴發(fā)就給刺果松留下了霜凍輪。在公元前1626年，刺果松體內(nèi)也出現(xiàn)了特別突出的霜凍輪，拉馬舍推測(cè)，這些霜凍輪可能是一次火山噴發(fā)造成的，那次火山噴發(fā)使愛琴海的桑托林島消失。神秘的大西洲沉入海中的故事，也可能起源于那次的火山噴發(fā)。人們通過使用碳十四定年法對(duì)被那次火山噴發(fā)出的火山灰所覆蓋的工藝品進(jìn)行年代測(cè)定，結(jié)果與拉馬舍提出的年代基本一致。
　　
　　對(duì)地震研究的啟示
　　
　　年輪不僅可以用來確定火山爆發(fā)時(shí)間，科學(xué)家還將年輪引入地震研究中，用來確定地震的時(shí)間和強(qiáng)度，并揭示地震史和地震周期，進(jìn)而開展地震的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)工作。
　　年輪為什么可以被應(yīng)用到地震研究中呢？
　　這是因?yàn)榈卣饡?huì)對(duì)樹木生長(zhǎng)造成損害，使樹木在地震發(fā)生之后的若干年中產(chǎn)生較窄的年輪。美國(guó)哥倫比亞大學(xué)的戈登?雅各比在研究1857年加利福尼亞州南部大地震時(shí)，發(fā)現(xiàn)生長(zhǎng)在地震發(fā)生地的松樹，其主干橫切面的窄年輪長(zhǎng)得極不規(guī)則，而且都擠在了一起，但以前這些年輪生長(zhǎng)得很有規(guī)律。通過這些異常的年輪，科學(xué)家可以推測(cè)出，當(dāng)?shù)財(cái)鄬犹幱诨钴S期的時(shí)間。
　　
　　反映環(huán)境問題
　　
　　在環(huán)境科學(xué)方面，年輪可以幫助人們了解水和空氣污染的歷史，因?yàn)闃淠镜哪贻嗊€是大氣污染的資料儲(chǔ)存庫。例如由于開采金屬礦藏，或金屬冶煉加工而飛揚(yáng)出來的重金屬塵埃，會(huì)逐漸沉降到附近的土壤中，樹木在生長(zhǎng)過程中，將不斷從土壤中吸收大量重金屬?，F(xiàn)代科學(xué)家通過光譜分析，便可測(cè)出年輪中“記錄”下來的各年所吸收的重金屬的含量。
　　如果松樹受到哪怕只有幾星期的氟化氫侵害，也會(huì)在年輪上表現(xiàn)出生長(zhǎng)不良的痕跡來?？茖W(xué)家通過這些痕跡即可判斷出當(dāng)?shù)胤瘹涞奈廴境潭?。德?guó)科學(xué)家用光譜法對(duì)弗蘭肯等3個(gè)地區(qū)的樹木年輪進(jìn)行研究，掌握了近120～160年間這些地區(qū)鉛、鋅、錳等金屬元素的污染情況，經(jīng)過對(duì)不同時(shí)代的污染程度的對(duì)比，最終找到了導(dǎo)致當(dāng)?shù)丨h(huán)境污染的主要原因。
　　
　　指出地方病真相
　　
　　在醫(yī)學(xué)上，年輪對(duì)探討地方病的成因也有一定的作用。比如，在我國(guó)黑龍江和山東一些克山病高發(fā)地區(qū)，研究人員發(fā)現(xiàn)，在發(fā)病率較高的年份，該地樹木年輪中的鉑含量低于正常年份。這與目前地球化學(xué)病因的研究結(jié)果非常一致。這是因?yàn)闃淠緩耐寥乐形〉慕饘僭?，?huì)在年輪中形成富集物。在地質(zhì)勘探尋找地下資源方面，年輪也會(huì)給我們提供大量信息，就看我們是不是能夠讀懂它的暗示。
　　【責(zé)任編輯】趙菲