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年輪的學(xué)問
2014-05-26
樹的年輪如今已成為科學(xué)家研究的一個重要領(lǐng)域。通過年輪，人們不僅可以
測定許多事物發(fā)生的年代，測知過去發(fā)生的地震、火山爆發(fā)和氣候變化，而且還可
以推斷未來。
美國新墨西哥州的印第安人村莊，17世紀(jì)的一幅油畫，中世紀(jì)俄國城市的街道……它們之間似乎風(fēng)馬牛不相及，可是現(xiàn)在它們正在被一個新的科學(xué)研究領(lǐng)域聯(lián)系起來——這個領(lǐng)域就是對樹木年輪的研究。過去真正注意年輪的只有進(jìn)行雕刻和制作木器的手工藝人，但是人類的天賦、先進(jìn)的分析以及命運(yùn)之神的青睞，使年輪成為人類學(xué)乃至環(huán)境保護(hù)學(xué)等許多學(xué)科研究的對象。
木匠從久遠(yuǎn)的時代起，就知道樹干里面有年輪，有了年輪，木材上才出現(xiàn)了紋理。據(jù)我們所知，亞里士多德的同事就曾提到過年輪，不過到達(dá)·芬奇才*次提 出年輪是每年增加一圈的。今天已經(jīng)眾所周知：春回大地，萬象更新，緊挨著樹皮里面的細(xì)胞開始分裂；分裂后的細(xì)胞大而壁厚，顏色鮮嫩，科學(xué)家稱之為早期木；以后細(xì)胞生長減慢，壁更厚，體積縮小，顏色變深，這被稱為后期木，樹干里的深色年輪就是由后期木形成的。在這以后，樹又進(jìn)入冬季休眠時期，周而復(fù)始，循環(huán)不已。這樣，許多種樹的主干里便生成一圈又一圈深淺相間的環(huán)，每一環(huán)就是一年增長的部分。這種年輪在針葉樹中*顯著，在大多數(shù)溫帶落葉樹中不明顯，而許多熱帶樹中則根本沒有。
樹是活檔案，樹干里的年輪就是記錄。它不僅說明樹木本身的年齡，還能說明每年的降水量和溫度變化。年輪上可能還記錄了森林大火、早期霜凍以及從周圍環(huán)境中吸取的化學(xué)成分。因此，只要我們知道了如何揭示樹的秘密，它就會向我們訴說從它出世起，周圍發(fā)生的大量事情。樹可以告訴我們有文字記載以前發(fā)生過的事情，還可以告訴我們有關(guān)未來的事情。樹中關(guān)于氣象的記錄可以幫助我們了解促成氣象的那些自然力量，而這反過來又可以幫助我們預(yù)測未來。
運(yùn)用年輪的研究成果開始于本世紀(jì)初，這位學(xué)者是道格拉斯。他1867年出生于美國佛蒙特，后來到亞利桑那州建立起一個新氣象站。1901年他開始到弗拉格斯塔夫附近一些伐木營地，考察那里新伐樹木的年輪型式，想找出證據(jù)說明這些年輪中記錄了以11年為周期的太陽黑子活動。事實(shí)上，通過識別年輪來測定古老建筑的年代是道格拉斯的創(chuàng)舉。美國西南部印第安人村莊的廢墟，長期以來引起考古學(xué)家的興趣。那些村莊原由工匠精心建造，其中有許多房屋顯然已經(jīng)使用了好多世紀(jì)，可是后來不知何故，那些村莊都廢棄了。據(jù)估計(jì)，那些村莊早在公元前2000年就已存在。
有文明傳統(tǒng)的地方，在使用年輪方面可能出人意料，令人驚訝。比如說，在中世紀(jì)俄國的諾夫哥羅德，街上泥濘不堪，市民就往路面鋪原木。一層陷進(jìn)泥里就再鋪一層，到現(xiàn)在至少有28條街已經(jīng)堆滿了一層又一層的原木，這些原木的年代從公元953年起一直到1462年，真是年輪博覽會。又如，像倫勃朗和魯本斯等藝術(shù)大師的油畫，分析其橡木油畫板上的年輪型式就可知作畫的年代。上面所說的年輪應(yīng)用，一般說來都屬于年輪學(xué)的范圍。現(xiàn)在這個學(xué)科的熱門主題是從年輪中測出過去的氣象以及氣象的重大變化。
這項(xiàng)工作要比測定年代復(fù)雜得多，因?yàn)樗Q于在不同年代生長的年輪之間的不同寬度。由于樹之間和年輪之間都有其固有的變異性，我們可以說這棵樹比另一棵樹老五年，但難以斷定年輪之間不同寬度的確切數(shù)字。
現(xiàn)代年輪學(xué)可以說起源于60年代生物學(xué)家弗里茨在亞利桑那大學(xué)的研究工作。弗里茨和他的同事仔細(xì)考察了塔克森附近一些樹的生長過程，他們給樹枝乃至整棵樹都套上了塑料膜，以斷定一棵樹究竟攝取和放出了多少各種各樣的氣體。經(jīng)過10個寒暑的工作，他們終于詳盡地了解了一環(huán)年輪生成的全部過程。
年輪的生長并不像乍看起來那么簡單。比如說，如果去年是樹生長的大好年頭，那么，樹根伸展的范圍會超過往年，這一年整個樹的生長也會超過往年。同樣，一個壞年頭會使以后幾年的生長速度減慢，而不管以后幾年的氣候如何。把樹受到的各種影響分析出來是一項(xiàng)艱巨的任務(wù)，但是這項(xiàng)任務(wù)一旦完成，其成果就像年表一樣有廣泛的用途。
年輪專家還研究了酸雨對美國東部森林的影響。哥倫比亞大學(xué)的戈登·雅各比解釋說，隨著樹越長越老，年輪也變得越來越薄，這是正常的老化過程。因而可以得出結(jié)論：酸雨對樹起著相反的作用。
然而，在某些情況下，年輪也可以用來非常驚人地證明環(huán)境污染的影響。例如，亞利桑那大學(xué)一個研究小組發(fā)現(xiàn)，加拿大不列顛哥倫比亞省特萊爾一家鉛礦冶煉廠對美國華盛頓州的樹木生長發(fā)生了影響。那家工廠開工時，樹木生長比正常情況相差很多。但是幾年后工廠關(guān)門，樹木生長情況恢復(fù)正常了。
年輪還記錄了火山爆發(fā)。像圣海倫斯火山爆發(fā)時，大量灰塵和氣體進(jìn)入同溫層，遮住大片陽光。這會使溫度降到冰點(diǎn)以下，給樹內(nèi)留下一道叫做霜輪的特殊標(biāo)記。亞利桑那大學(xué)的瓦摩爾·拉馬舍及其同事們不久前研究了刺果松上的霜輪，發(fā)現(xiàn)其中有不少符合大火山爆發(fā)的情況。
年輪科學(xué)家開始認(rèn)真研究的另一種短暫現(xiàn)象是地震。地震可以給樹造成損害，使樹在以后的一些年中產(chǎn)生較薄的年輪。哥倫比亞大學(xué)的戈登·雅各比讓我看了一棵松樹的樹心橫切面，它的薄年輪長得不規(guī)則，而且擠在一起，但以前它一直長得很好。1857年一次大地震震撼了加利福尼亞州南部的曠野，那棵樹正好長在那兒。這樣，那棵樹就可以告訴我們，那段斷層是什么時候處于活動時期的。人們關(guān)心的另一個大問題就是：由于幾世紀(jì)以來不斷燃燒煤和石油，大氣層中二氧化碳大量蓄積，從而造成未來的地球氣溫升高。年輪氣象關(guān)系學(xué)國際計(jì)劃的數(shù)據(jù)將擴(kuò)展到公元1700年，這個年代比開始燃燒煤和石油的產(chǎn)業(yè)革命時期還要早
得多。拉馬舍說：“沒有這種數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，大氣層科學(xué)家要想確切地知道漸暖趨勢，恐怕還要用10年到20年的時間去觀察氣溫和二氧化碳。到那時，恐怕為時過晚了。”
樹木無事不知，無所不曉。
如果我們不愚蠢，我們可以讓樹木的記憶向我們提供各種各樣有用的知識，使我們既可通曉過去，也可預(yù)卜未來。
測定許多事物發(fā)生的年代，測知過去發(fā)生的地震、火山爆發(fā)和氣候變化，而且還可
以推斷未來。
美國新墨西哥州的印第安人村莊，17世紀(jì)的一幅油畫，中世紀(jì)俄國城市的街道……它們之間似乎風(fēng)馬牛不相及，可是現(xiàn)在它們正在被一個新的科學(xué)研究領(lǐng)域聯(lián)系起來——這個領(lǐng)域就是對樹木年輪的研究。過去真正注意年輪的只有進(jìn)行雕刻和制作木器的手工藝人，但是人類的天賦、先進(jìn)的分析以及命運(yùn)之神的青睞，使年輪成為人類學(xué)乃至環(huán)境保護(hù)學(xué)等許多學(xué)科研究的對象。
木匠從久遠(yuǎn)的時代起，就知道樹干里面有年輪，有了年輪，木材上才出現(xiàn)了紋理。據(jù)我們所知，亞里士多德的同事就曾提到過年輪，不過到達(dá)·芬奇才*次提 出年輪是每年增加一圈的。今天已經(jīng)眾所周知：春回大地，萬象更新，緊挨著樹皮里面的細(xì)胞開始分裂；分裂后的細(xì)胞大而壁厚，顏色鮮嫩，科學(xué)家稱之為早期木；以后細(xì)胞生長減慢，壁更厚，體積縮小，顏色變深，這被稱為后期木，樹干里的深色年輪就是由后期木形成的。在這以后，樹又進(jìn)入冬季休眠時期，周而復(fù)始，循環(huán)不已。這樣，許多種樹的主干里便生成一圈又一圈深淺相間的環(huán)，每一環(huán)就是一年增長的部分。這種年輪在針葉樹中*顯著，在大多數(shù)溫帶落葉樹中不明顯，而許多熱帶樹中則根本沒有。
樹是活檔案，樹干里的年輪就是記錄。它不僅說明樹木本身的年齡，還能說明每年的降水量和溫度變化。年輪上可能還記錄了森林大火、早期霜凍以及從周圍環(huán)境中吸取的化學(xué)成分。因此，只要我們知道了如何揭示樹的秘密，它就會向我們訴說從它出世起，周圍發(fā)生的大量事情。樹可以告訴我們有文字記載以前發(fā)生過的事情，還可以告訴我們有關(guān)未來的事情。樹中關(guān)于氣象的記錄可以幫助我們了解促成氣象的那些自然力量，而這反過來又可以幫助我們預(yù)測未來。
運(yùn)用年輪的研究成果開始于本世紀(jì)初，這位學(xué)者是道格拉斯。他1867年出生于美國佛蒙特，后來到亞利桑那州建立起一個新氣象站。1901年他開始到弗拉格斯塔夫附近一些伐木營地，考察那里新伐樹木的年輪型式，想找出證據(jù)說明這些年輪中記錄了以11年為周期的太陽黑子活動。事實(shí)上，通過識別年輪來測定古老建筑的年代是道格拉斯的創(chuàng)舉。美國西南部印第安人村莊的廢墟，長期以來引起考古學(xué)家的興趣。那些村莊原由工匠精心建造，其中有許多房屋顯然已經(jīng)使用了好多世紀(jì)，可是后來不知何故，那些村莊都廢棄了。據(jù)估計(jì)，那些村莊早在公元前2000年就已存在。
有文明傳統(tǒng)的地方，在使用年輪方面可能出人意料，令人驚訝。比如說，在中世紀(jì)俄國的諾夫哥羅德，街上泥濘不堪，市民就往路面鋪原木。一層陷進(jìn)泥里就再鋪一層，到現(xiàn)在至少有28條街已經(jīng)堆滿了一層又一層的原木，這些原木的年代從公元953年起一直到1462年，真是年輪博覽會。又如，像倫勃朗和魯本斯等藝術(shù)大師的油畫，分析其橡木油畫板上的年輪型式就可知作畫的年代。上面所說的年輪應(yīng)用，一般說來都屬于年輪學(xué)的范圍。現(xiàn)在這個學(xué)科的熱門主題是從年輪中測出過去的氣象以及氣象的重大變化。
這項(xiàng)工作要比測定年代復(fù)雜得多，因?yàn)樗Q于在不同年代生長的年輪之間的不同寬度。由于樹之間和年輪之間都有其固有的變異性，我們可以說這棵樹比另一棵樹老五年，但難以斷定年輪之間不同寬度的確切數(shù)字。
現(xiàn)代年輪學(xué)可以說起源于60年代生物學(xué)家弗里茨在亞利桑那大學(xué)的研究工作。弗里茨和他的同事仔細(xì)考察了塔克森附近一些樹的生長過程，他們給樹枝乃至整棵樹都套上了塑料膜，以斷定一棵樹究竟攝取和放出了多少各種各樣的氣體。經(jīng)過10個寒暑的工作，他們終于詳盡地了解了一環(huán)年輪生成的全部過程。
年輪的生長并不像乍看起來那么簡單。比如說，如果去年是樹生長的大好年頭，那么，樹根伸展的范圍會超過往年，這一年整個樹的生長也會超過往年。同樣，一個壞年頭會使以后幾年的生長速度減慢，而不管以后幾年的氣候如何。把樹受到的各種影響分析出來是一項(xiàng)艱巨的任務(wù)，但是這項(xiàng)任務(wù)一旦完成，其成果就像年表一樣有廣泛的用途。
年輪專家還研究了酸雨對美國東部森林的影響。哥倫比亞大學(xué)的戈登·雅各比解釋說，隨著樹越長越老，年輪也變得越來越薄，這是正常的老化過程。因而可以得出結(jié)論：酸雨對樹起著相反的作用。
然而，在某些情況下，年輪也可以用來非常驚人地證明環(huán)境污染的影響。例如，亞利桑那大學(xué)一個研究小組發(fā)現(xiàn)，加拿大不列顛哥倫比亞省特萊爾一家鉛礦冶煉廠對美國華盛頓州的樹木生長發(fā)生了影響。那家工廠開工時，樹木生長比正常情況相差很多。但是幾年后工廠關(guān)門，樹木生長情況恢復(fù)正常了。
年輪還記錄了火山爆發(fā)。像圣海倫斯火山爆發(fā)時，大量灰塵和氣體進(jìn)入同溫層，遮住大片陽光。這會使溫度降到冰點(diǎn)以下，給樹內(nèi)留下一道叫做霜輪的特殊標(biāo)記。亞利桑那大學(xué)的瓦摩爾·拉馬舍及其同事們不久前研究了刺果松上的霜輪，發(fā)現(xiàn)其中有不少符合大火山爆發(fā)的情況。
年輪科學(xué)家開始認(rèn)真研究的另一種短暫現(xiàn)象是地震。地震可以給樹造成損害，使樹在以后的一些年中產(chǎn)生較薄的年輪。哥倫比亞大學(xué)的戈登·雅各比讓我看了一棵松樹的樹心橫切面，它的薄年輪長得不規(guī)則，而且擠在一起，但以前它一直長得很好。1857年一次大地震震撼了加利福尼亞州南部的曠野，那棵樹正好長在那兒。這樣，那棵樹就可以告訴我們，那段斷層是什么時候處于活動時期的。人們關(guān)心的另一個大問題就是：由于幾世紀(jì)以來不斷燃燒煤和石油，大氣層中二氧化碳大量蓄積，從而造成未來的地球氣溫升高。年輪氣象關(guān)系學(xué)國際計(jì)劃的數(shù)據(jù)將擴(kuò)展到公元1700年，這個年代比開始燃燒煤和石油的產(chǎn)業(yè)革命時期還要早
得多。拉馬舍說：“沒有這種數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，大氣層科學(xué)家要想確切地知道漸暖趨勢，恐怕還要用10年到20年的時間去觀察氣溫和二氧化碳。到那時，恐怕為時過晚了。”
樹木無事不知，無所不曉。
如果我們不愚蠢，我們可以讓樹木的記憶向我們提供各種各樣有用的知識，使我們既可通曉過去，也可預(yù)卜未來。