听说有的人数学很好,却不会数年轮?

作者: 未末

来源: 博物

发布日期: 2023-06-17 11:44:19

本文详细介绍了年轮的形成过程、研究方法及其在考古和气候研究中的应用,展示了年轮作为自然档案袋的独特价值。

所有的树都有年轮么?想要知道是不是所有的树都有年轮,我们首先得看看年轮是怎么形成的。春夏季阳光充足,雨水充沛,树木蹭蹭蹭地长,细胞长得个大壁薄,材质上表现得比较疏松,颜色较浅,称为“早材”;秋季转凉,树木生长放缓,细胞长得个小壁厚的,材质上表现得比较致密,颜色较深,称为“晚材”。早材与晚材交替,形成深浅相间的同心圆环,这便是“年轮”。

巨杉标本于原树30米高处截取摄影:未末中国科学技术馆展示了一棵巨杉标本(巨杉是世界上体积最大的树种),其于公元前571年-公元1979年生长在美国加利福尼亚州,活了2550年,后来在冬季的一场风暴中倒下。

“马克吐温”很可能是人类见过的最大生命体图源:Facebook关于年轮还有一块十分著名的展览品--展出于美国自然博物馆的巨杉“马克吐温”的标本,它于1891年被砍伐,在这块切面的年轮上,标注了自它从诞生以来西方世界所发生过一些重大事件,比如公元1147年的第二次十字军东征,公元1815年的滑铁卢战役……

由于年轮是春材和秋材交替形成的,所以一般生长在四季分明的气候区才会形成年轮,而一些热带乔木因为终年匀速生长,不形成年轮。右上:温带森林树木年轮十分明显右下:热带雨林的乔木未形成明显年轮图源:jircas.go.jp形成年轮的树木也并不总是中规中矩的一年一轮,例如马尾松、红豆杉等亚热带乔木一年有两个生长季,因此一年会长出两层生长轮,更有卷王柑橘属的树木,一年可能形成三轮。

就算是平时一年长一圈的树木也并不总是老老实实,有的长着长着偷个懒(遭遇极端天气,病虫害等)不长了,称为“缺失年轮”;有的长着长着作个弊(气候冷热交替异常),一年猛长个两三轮,称为“伪年轮”。

研究年轮需要砍树么?研究年轮需要大量的材料,那是不是需要砍伐大量的树呢?我们比较熟悉的材料是树盘摄影:未末但树盘一般取自已经死去的树木,所以更常用的研究材料其实是“树芯”。利用一个叫“生长锥”的工具,将其中的空心钻对着大树钻进去,然后利用前端带有牙齿的掏尺就可以获得最原始的细小树芯。视频来源:Youtube经过打磨就可以显现出清晰的年轮,然后将其固定在凹槽上。

树芯长度为茎干半径摄影:未末取芯虽然会伤害到树皮和运输水分的边材,但受损面积较小,树木会在随后几年通过分泌树脂把这个细小的树洞补上,科研人员也会在取完样芯后通过涂抹凡士林的方法来加速树木痊愈。样芯处理好之后就到了十分关键的数年轮环节了!

最外层是最新生长的年轮,所以应该从最外层开始倒着往里数,但这可不是单纯的数圈圈这么简单,一般树木活个几百年就已经是大寿星了,要想知道上千年前的故事,通常还得依靠“交叉定年”。

年轮揭示了什么秘密?在过去几十年间,研究人员通过对现生立木(还活着,站着的树木)、历史建筑、考古遗址、艺术品和家具中的木材进行交叉定年,形成了欧洲大区域的树轮年表网络,继而开拓了诸多新的研究领域。

例如:01对德国新石器时代的聚落遗址进行定年,重建了当时的聚落史与建筑史。02对低音提琴等木制乐器进行定年,以验证历史艺术品的年代,继而评估乐器的价值。03对油画的画板进行定年,从而为文艺复兴时期的艺术史提供更详实的资料04对古沉船进行定年,从而研究造船史与木材贸易史等既然可以精确定年,那考古自然少不了年轮,考古遗址中的古木年轮,能用于确定墓葬或遗址的年代,并帮助判定不同族群的迁徙历史。

在青海省柴达木盆地发现了大量使用祁连圆柏(Juniperus przewalskii)搭建的古墓,干旱的环境使古墓中的原木保存良好,而且古墓周边地区生长着树龄长达千年的祁连圆柏林,这些树木可作为基准与古代原木进行交叉定年,从而为都兰热水古墓群的7座墓葬提供了精确年代,成为了确认墓主人民族与身份的直接证据。祁连圆柏及其生长环境图源:文献[6]如果数年轮圈数可以定年份的话,数年轮宽窄便可以看气候。

一般来说,年轮宽表示那年光照充足,风调雨顺;若年轮较窄,则表示那年气候恶劣,树木长不动了。

树轮宽度还取决于树龄、树木大小、温度、日照、降雨等因素摄影:未末如今对气候的了解基本来源于气象站,然而新中国成立以前很少有气象站,那怎么获得更长时间尺度的气候信息呢?树木年轮可帮了不少忙,因其具有空间分布广、易于采样、时间序列长、定年精确、记录连续性好、时间分辨率高等一长串优点,一举成为最受青睐的材料之一。

全球气候变暖已经是人尽皆知的事实,依据是什么呢?IPCC(政府间气候变化专门委员会)出具的一千年范围的地表温度变化表中,就有超过一半的证据来源于树木年轮。年轮以前长得窄,最近一百多年变宽了。

除了能够扒出当时的光照和水分信息,树木年轮宽度,密度,细胞形态,化学元素含量等还可以解锁以下历史事件:森林火灾、病虫害、二氧化碳浓度、环境污染、河流径流量变化、极端水文事件、冰川进退、湖泊水位变化、森林演替和更新、林木生长量和植被覆盖变化、厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)指数、火山喷发、地震,甚至太阳活动、陨石撞击、宇宙射线等!

还有啥可以保存“史料”?

除了树木年轮之外,还有一些保存着珍贵气候“史料”的特殊研究材料,它们共同书写了一部宏伟的“自然编年史”巨著,下面介绍其中三种常见材料:冰芯冬季雪粒细而紧密;夏季雪粒粗而疏松,由此形成的冰层在冬夏季具有明显的层理结构差异,且雪层沉积并封存了反映当时大气特征的气体和飘浮物。珊瑚珊瑚虫堆积钙质骨骼(珊瑚礁的来源)的速率,会受到水温季节性变化的影响,而产生疏密间隔的生长层,由此可以重建海洋古气候。

孢粉植物的孢子和花粉因其耐腐蚀、易散布、产量大等特性,能在沉积物中大量连续保存,其种属组成可以忠实地记录过去植物群落的组合特征,进而重建古植被和古气候。

最后来欣赏一曲年轮的奏乐:德国人Bartholom?us Traubeck根据木材颜色深浅和质地对应钢琴高低音,使一棵树“奏起了乐”。视频来源:Youtube

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