年轮—自然界的无字天书

树木是自然界的产物，其生长过程中忠实地记录着自然界的变迁，因而被称为活档案，它们的年轮就是一本本记录簿。一株株默默无闻的树木，其实是一部部的无字天书，读懂它，就会知道自然界的许多秘密，让我们既可通晓过去，也能预见未来。

　　

　　何谓年轮

　　

　　树木在每个生长周期都会形成围绕着髓心的同心圆木质层，我们称之为生长轮(growth ring)。生长于温带和寒带的树木，每年有一个生长期，形成层向内只生长出一层木材，这种生长轮就被称为年轮(annual ring)。多数树种的年轮在横切面上呈同心圆状，少数树种的年轮呈不规则的波浪状，如苦槠、栲树、千金榆等。有些树木的年轮，多数偏心，似蚌壳的环纹，如蚬木等。

　　年轮的宽度有大有小，其大小随树种、树龄和生长条件而异，像是泡桐、臭椿、沙兰杨的年轮，就很宽，而黄杨木、紫杉、檵木等，即便在良好的环境条件下，形成的年轮也很窄。同一株树木中，年轮宽度的垂直分布规律是，愈近树木基部年轮愈窄，愈近梢部，年轮愈宽。同一树种，受生长条件的影响也有差别，比如在寒冷、干旱、土壤瘠薄或树木密度过大的地方，树木生长的速度缓慢，年轮比较狭窄；生长在气候温和、湿润和土壤肥沃等地方的树木，生长速度快，就会形成较宽的年轮。与此同时，年轮的宽度也会随着树龄的增加而逐渐加大。达到一定年龄后，植物细胞的分生能力减弱，于是又会形成狭窄的年轮。此外，孤立木的年轮比郁闭林分的年轮要宽。

　　

　　年轮在林业上的应用

　　

　　测定树木年龄年轮的测定和反映的信息在林业科研中有着重要的地位。利用一种专门的钻具，可以从树皮一直钻到树心，取出一个有全部年轮的薄片，这样就可以不再需要砍倒树木来计算出树木的年龄了。树木的年轮，愈靠近髓心其年龄愈小，靠近树皮的年龄较大。在树干基部，年轮的数目可代表树木的年龄，但还必须加入幼苗达到该层的年龄。

　　指导林业生产在森林资源调查中，根据年轮的宽窄，可以测知树木生长情况。因为年轮的宽窄易受光照方向、气候和地理位置、地貌影响。人们还可依据年轮的宽窄来了解林木过去几年的生长情况，预测未来的生长动态，为制订林业规划、确定合理采伐量、制定造林规划、采取不同的经营措施等方面提供科学依据。

　　评估木材的材质年轮的宽窄在某种情况下，可以作为估计木材物理力学性质的依据。通常以1厘米内的年轮数为初步估计材性优劣的标志。针叶树材年轮均匀者，强度高（指正常木材）；年轮过宽或过狭都会使木材强度降低。阔叶树材环孔材，一般随年轮数目减少而强度增加。晚材率（晚材宽度占年轮宽度的百分比）的高低是估测木材物理力学性质的重要因素之一。晚材率高，木材的物理力学指标一般也高；相反，晚材率低，木材的物理力学指标也低。

　　

　　记录气候的变迁

　　

　　年轮是树木生活的“年谱”，它不只记录了树木自身的年龄，还记载了环境和气候等外界因素对树木生长的影响，如光照、水分、温度、土壤条件、生物之间的作用和气候突变等。所有这些都是通过年轮形态及结构的变异被记录下来的。因此只要揭示了年轮的秘密，它就会诉说从树木出世起，周围发生的大量事情。因为每种树木都有自己的年轮特征，即使同种树木的年轮也有可能不同。年轮的宽窄和气候状况紧密相关，因而人们可以通过年轮的宽窄了解各年的气候状况，如果某地气候变化有一定的周期性，反映在年轮上也会出现相应的周期性变化。

　　20世纪初兴起的“树木年轮年代学（dendrochronology science）”正是基于此发展起来的。其创始人是美国天文学家A.E.道格拉斯，他利用树木年轮的形成规律进行科学断代，断代精度为年。道格拉斯在亚利桑那州大学建立起世界上第一个系统研究树木年轮的实验室。经过长期观察研究，人们发现，美国西南部的松树对气候的变化特别敏感。在寒冷湿润的年代，松树的年轮长得很狭窄。根据这一规律，我们可以推断出很久以前当地的气候状况。最终，科学家发现，地球上气侯冷暖的变化，有一个大致200年的循环周期。通过对1900～1960年间年轮变化的研究，人们还发现，在200年的大周期内，还存在33年、72年、92年、111 年的气候变化小周期，它们大多是11～11.5这个周期的倍数。

　　通过对年轮变化规律的研究和对它所在地区气候的了解，科学家可以制定超长期气象预报。美国科学家通过对年轮的研究，发现美国西部草原每隔11年发生一次干旱，并应用这一规律正确地预报了1976年的大旱。

　　

　　反映太阳活动规律

　　

　　太阳活动是有周期性变化规律的，其活动会直接影响到地球气温的变化，这在树木年轮的色彩和轮廓上都得到了反映。研究人员发现，富集有碳十四的年轮的年代与太阳耀斑大爆发年代相吻合。太阳耀斑大爆发时，空气中会形成含有碳十四的二氧化碳，它被树木吸收后，经光合作用合成有机养料，随即进入木质部后，碳十四的放射性会逐渐衰减，其半衰期为5730年。通过测量古代树木样品，人们可以找到距今约9000年以来太阳耀斑大爆发的痕迹，而目前人类对太阳耀斑大爆发的科学记载仅有50年。

　　另外，太阳黑子强度的周期变化在年轮上也留下了印记，从年轮上，科学家算出太阳黑子的活动周期是11.3年，与科学观测的结果相吻合。

　　

　　告诉你过去的真相

　　

　　应用年轮来判断事件发生的具体年代，在考古工作中屡见不鲜，甚至可以精确到年，乃至到某个季节。

　　在美国科罗拉多西南方梅萨费尔德国家公园里，有300多栋哥伦比亚印第安人的老房子。研究人员通过检查建造这些住宅的木头柱子，观察其年轮确认，在13世纪的最后25年，当地曾发生过很大的旱灾，并且旱灾一直延续了大约20年，这样恶劣的气候条件最终使得当时居住在那里的印第安人撤离了该地区。

　　如果对古代墓冢中的木材进行纹理分析，人们可以确定，这种木材来自于什么树种；根据木材腐蚀程度，现代人还可以推算出古墓建造的年代。

　　采用同样的方法，我们也可以得知某些木制古物的制作年代，以及沉船的罹难日期等。

　　

　　火山喷发留下的印记

　　

　　研究年轮可以确定较大规模火山喷发的时间，像美国圣海伦斯火山喷发时，大量烟尘进入同温层，遮挡住阳光，使得地球上的温度降到冰点以下，反映到树木上，则表现为在树内形成一道霜冻轮。

　　亚利桑那大学的瓦摩尔•拉马舍及其同事们研究了刺果松上的霜冻轮，结果发现其出现时间符合火山剧烈喷发的时间。东印度群岛坦波拉火山喷发曾使1816年成了“没有夏天的一年”，那次火山喷发就给刺果松留下了霜冻轮。在公元前1626年，刺果松体内也出现了特别突出的霜冻轮，拉马舍推测，这些霜冻轮可能是一次火山喷发造成的，那次火山喷发使爱琴海的桑托林岛消失。神秘的大西洲沉入海中的故事，也可能起源于那次的火山喷发。人们通过使用碳十四定年法对被那次火山喷发出的火山灰所覆盖的工艺品进行年代测定，结果与拉马舍提出的年代基本一致。

　　

　　对地震研究的启示

　　

　　年轮不仅可以用来确定火山爆发时间，科学家还将年轮引入地震研究中，用来确定地震的时间和强度，并揭示地震史和地震周期，进而开展地震的预测预报工作。

　　年轮为什么可以被应用到地震研究中呢？

　　这是因为地震会对树木生长造成损害，使树木在地震发生之后的若干年中产生较窄的年轮。美国哥伦比亚大学的戈登•雅各比在研究1857年加利福尼亚州南部大地震时，发现生长在地震发生地的松树，其主干横切面的窄年轮长得极不规则，而且都挤在了一起，但以前这些年轮生长得很有规律。通过这些异常的年轮，科学家可以推测出，当地断层处于活跃期的时间。

　　

　　反映环境问题

　　

　　在环境科学方面，年轮可以帮助人们了解水和空气污染的历史，因为树木的年轮还是大气污染的资料储存库。例如由于开采金属矿藏，或金属冶炼加工而飞扬出来的重金属尘埃，会逐渐沉降到附近的土壤中，树木在生长过程中，将不断从土壤中吸收大量重金属。现代科学家通过光谱分析，便可测出年轮中“记录”下来的各年所吸收的重金属的含量。

　　如果松树受到哪怕只有几星期的氟化氢侵害，也会在年轮上表现出生长不良的痕迹来。科学家通过这些痕迹即可判断出当地氟化氢的污染程度。德国科学家用光谱法对弗兰肯等3个地区的树木年轮进行研究，掌握了近120～160年间这些地区铅、锌、锰等金属元素的污染情况，经过对不同时代的污染程度的对比，最终找到了导致当地环境污染的主要原因。

　　

　　指出地方病真相

　　

　　在医学上，年轮对探讨地方病的成因也有一定的作用。比如，在我国黑龙江和山东一些克山病高发地区，研究人员发现，在发病率较高的年份，该地树木年轮中的铂含量低于正常年份。这与目前地球化学病因的研究结果非常一致。这是因为树木从土壤中吸取的金属元素，会在年轮中形成富集物。在地质勘探寻找地下资源方面，年轮也会给我们提供大量信息，就看我们是不是能够读懂它的暗示。

　　【责任编辑】赵菲