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环球看点!史书是否说谎?或许树木年轮可以作证!|张齐兵

时间:2022-08-04 07:49:53       来源:腾讯网

文章转载自“格致论道讲坛”


(相关资料图)

时间与树木加在一起变成了年轮,

每一圈年轮都有属于自己的故事。

张齐兵· 中科院植物研究所研究员

格致论道第21期 | 2017年10月29日 北京

我是做树木年轮研究的,常年与木头打交道,在这样的场合下,我特别愿意给大家带来一幅漂亮的开场背景图。

我自己不会做,但是又特别想做这件事情,就求助于主办方艺术团队做出来这幅图,我看到的时候非常惊艳。

这分明是太阳系啊,中间亮亮的外面一圈圈的不就是水星、金星、火星、地球轨道吗?

但是再细细一想树木年轮,我们工作的目的不也是研究大自然的运行规律、大自然的特征吗?

其实两者是相通的,说起大树的记忆,我们首先想的是人脑的记忆,人脑的记忆是有限的,有的时候记忆会随着时间慢慢模糊。

但是大树不但有记忆,而且它一旦形成树木年轮之后就不会变化,记得非常的牢固。

研究树木年轮记载

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所以我们树木年轮学的工作,就是看这个大树年轮里面记载了些什么。首先第一步就是要去采集样本,有了样本才能看树木年轮里面有什么东西。

所以上面那幅“太阳系”的图怎么采样呢?有人会想到,我们是不是去砍大树呢?实际上是不会的,我们到野外是拿着这个东西,叫做“生长锥”。现在这个是比较短的,实际上有很长的,拿着它上山非常方便。

它是钻的,把它打开里面有一个空心钻,把它套进去,进去卡住就是一个钻,对着大树钻进去。这个掏丝前面有牙齿,掏进去就把树芯给咬住了,再反转,拿出来就是树芯了。拿到树芯后回到实验室把它固定在木槽上,拿着砂纸打的光光的,上面的年轮就清晰的显示出来了。

有人认为我们像木匠似的,数圈圈好像没有什么意思。其实你们小瞧我们了,我们的工作还是挺高大上的,大家看都有一些什么人跟我们一块做工作。

▲ Leonardo da Vinci(左)

A.E.Douglass(中)

最早的时候是达芬奇,人家那时候就注意到树木年轮了,他是世界上第一个写了树木年轮描述,并且有文字记载的。

第二个是美国科学家,他在上世纪初的时候做了非常漂亮的工作,奠定了树木年轮学作为一门学科的存在。

最近前两年获得诺贝尔国际奖和平奖的国际IPCC组织——政府间气候变化委员会,他们专门关注过去的气侯变化历史。

这是报告中给出的过去一千年气候变化、气温变化的时间状况。从这上面大家都在说,现在全球气候变暖了,根据是什么?

根据数据里面多一半的证据都来源于我们的树木年轮。根据树木年轮来看,原来长得窄突然长宽了,树木年轮提供了很大一部分数据。

红色的线是气象站的数据,气象站并没有多长的历史。如果没有树木年轮、冰芯、珊瑚这些古气象资料的话,仅靠红线我们说不出来现在气候变暖的过程。

但是这里面有个问题,IPCC上面的数据几乎没有国内的树木年轮的数据贡献。这一方面是我们国家起步晚,国外在上世纪初就开始了,我们国内是70年代才开始,后面才慢慢发展起来。

我是1993年到加拿大学习树木年轮,2001年回来。回来就想我们应该弄自己的树木年轮数据,当然我们还有同行在弄。

▲ 千年大树

首先就是要找大树,有大树才有数据,问题是大树在什么地方有?这就成为关键,有大树我们才能工作,我们就选择了跑青藏高原。

这幅图是西藏林芝地区的巨柏王公园,看到这样的大树的时候,我们心里是非常激动的。当时牌子上挂着的是2500多年,我想太好了,有那么大的数据量。但是高兴的太早,领我们去的人说:“哪能让你钻个洞呢?这是不允许的。”

但是非常幸运的是,在旁边有一个倒下的树。这个他们说可以打,我们就打了。这就是第二张图上所取的材料,生长锥这么长,将近60公分。我们回来数圈圈,数下来有560年,根据这个东西就可以估算大树到底有多少年。

除了公园里的大树之外,其实在山上也有很大的大树。第三张图也是在西藏昌都地区丁青县,爬到山顶上有4300米了,看到这样一棵大树。

我们采回来样本,数一下也超过一千年了。树是2500年的,但我们想找更多的,国际上已经有一万年的了,一万年是怎么来的?

首先得找更大的树,更大的树有多少年呢?这已经是两千年了,有四千年吗?有六千年吗?大家认为活着的树能活到四千岁吗?活到六千岁的呢?觉得能活到六千年的说明艺术想象力太丰富了,四千年还是可以的。现在有记载最老的是4767年,是美国加州一座山上的一个树。

为什么是最老的,因为是采到样的,一圈圈数下来有证据的。再老的树可能有,但是没有证据,只是一种传说。但是国际上已经有一万年的树木年轮序列了,他们这种序列怎么得来的?其实是通过过去的古树、死了的树。比方说四千年前已经长出,但是那时候已经死掉了,那个树还有四千年,接起来计算的。

▲ 热水古墓群

这是我们在青海海西州多兰县有一个热水古墓群,这里有很多的洞口。通过洞口下去里面有很多大木头,已经没有金银财宝了,盗墓者都挖出去了。

这个墓是盗墓者给我们开创了条件,但是他们不知道里面的木头才是我们的金银财宝。话说回来,如果里面还剩下真金白银,我们也会装起来的。

鉴别古树年轮方法

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我们有了古树的材料,但是我们怎么知道它们的年代呢?

▲ 交叉定年: 延长时间,鉴别伪年轮和丢失年轮

我们的目的是要知道它是哪一年形成的,所以要知道年代的话,就是我们树木年轮专业一个方法,叫做“交叉定年”。就是假如有三棵树,每棵树都有一千年,但是生长在不同的时期。只要他们有共同的生长时期、相似的生活环境,它们的年轮上就有相似的特征。

这样通过比较,能把它一个个接起来。最上面的树是活着的树,我们知道最外的一轮就是采集的当年。这一圈圈数下来,过去的树也就知道了。这就是“交叉定年”。

“交叉定年”还有一个特征,就是有伪年轮和缺失年轮,伪年轮是什么?有的树你数了一百圈实际上它只有98年,多出来两圈,那两圈怎么回事?那是树特别敏感,夏天生长着生长着突然来了寒流。树以为是冬天了,又长了一圈,实际上是假的。

还有的树本来98年,数下来是96年,那两年哪儿去了?这是丢失年轮。有的树在那一年病了,干脆不长了,你们长去吧我不长了。我们树木年轮学专业就是通过“交叉定年”来知道每个年轮是哪一年形成的,是准确的,没有正负误差。

▲ 大树的年轮是一本记录了环境变化的“档案书”

通过这样的工作,我们就能够把一个大树每个年轮的准确年份都给出来,相当于是一本记录过去环境变化的档案书。每个年轮都有页数,每一页都有记载的信息,它记载了什么信息?这些阳光、日晒、降雨、土壤条件都记在上面了,至于说它记载了什么东西,我们就是“翻译官”,我们的工作就是做这个的。

有的情况是比较容易的。比方说像上图右边的火疤样子,森林着火了,着到这面了,但是后面是安全的,第二年后面的树就包过来。我们看它的形状就知道是火疤,这就是那一年发生火灾了。这是东北的红松,这上面有两个火疤,第一次1923年,还有一次是1892年。这个树也够顽强的,经历了两次火灾还活着。

非常不幸的是,不知道怎么后面被砍了,现在肯定是砍下来的,它没有被火烧死,但是被砍死了。

通过我们在青海热水古墓的采样,上面的活树和下面古墓里面的树,两个就通过交叉定年连在一起,就建立了过去两千年的这样一个时间序列。现在有了这个时间序列,我们就可以翻开这里面的记忆看它讲了些什么。

比方说翻到这一页,1815年、1816年、1817年的时候,三年是窄的,为什么会窄?我们发现原来是在遥远的印尼有个坦博拉火山,火山非常大,火山灰蔓延到地球各个地方。这造成很多地方,不单单是青藏高原了,很多地方树都是长得窄的。

再往下看,小冰期的时候,欧洲大陆上整个那段时间都是寒冷的阶段,但是其他地方怎么样,我们不知道。通过树木年轮研究,我们发现青藏高原上不是整个时间段,而是这三个时间段里树木年轮长得窄的,应该是与小冰期有关系的。

如果我们顺着时间轨道再往前走,走到东晋。史书记载这个时候是非常干旱的,持续了很长时间,大约有几十年的时间。我们的树木年轮上记载的也是,那时候起码记载是没有说假话的。

有的时候史书因为政治原因会说假话,但是这个它没有,我们就从多方面角度来印证这个事情。再往前东汉时期蝗虫大爆发,这也是史书记载有蝗虫爆发,为什么爆发?它跟气侯有什么关系?因为没有气象站不知道,我们树木年轮发现对应的这段时间都是干旱的,说明可能干旱和蝗虫爆发之间有一定的关系,这是我们提供的数据。

再往前走,走到最开始。秦朝的衰退时候,前面的时候树长的好好的,秦始皇打江山也打下来了,统一六国建立了秦朝。然后就走向衰亡,史书上搞社会科学的说是秦始皇焚烧书、暴政的缘故,是政治原因。

但是我们看树木年轮的话,其实有点冤枉他了。那段时间大树都长的不好,他的日子能好过吗?所以陈胜吴广在公元前209年就揭竿而起造反,到207年他就灭亡了。

听见年轮的声音

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现在在这个地方的树木年轮已经又延长到过去4500年了,这是我的同事做的,我自己没有做这个。比如中科院地理所邵雪梅老师、寒旱所的杨保老师,包括西安地环所的刘禹老师,他们在做这些工作,他们发现不但有降水的信号,还有温度的信号。

图上仅仅是3500年的,3500年是有效信息,再往前还有一千年,但是那一千年信息记录的不清楚,但是有树木年轮了。我自己从一个点开始走南闯北,从青藏高原从东走到西、从南走到北,在面上跑下来了。跑野外高原是非常刺激的事情,爬雪山到5360米,是真正的爬。还有过河,看见河对面有个老树,但是没有桥,卷起裤腿就往前走。

通过这么多年工作,我们在面上建立了这么大的数据库,发现有两段时期反映了北面是西风环流,南边是南亚季风。这两个气候系统在打架,有时候北面的往南侵了,有时候南面的往北面侵了,它们是怎么相互作用的?

树木年轮提供的资料显示这两个特殊时期,北面特别干,南面是湿的。这样就提供了证据,用这些证据,搞大气环流的就用了我们的信息,分析这两个气候系统是怎么回事。

除了水平的之外,我们还往上面走,爬高山、爬林线。这个地方的林线是北半球最高的,所谓林线是树长到这个地方上面再不长了。

现在的理论是说林线是由温度控制的,再往上温度低了,树就不能长了。但是我们发现采下来的树有450年的。

这个树450年前就站到这么高的位置上,那时候温度相当低,是小冰期。但是随着后面的温度升高,这个树林并没有再往上走,是真的温度控制吗?这就有点疑问了,目前我们正在研究。

说到这儿,大家觉得我们去野外是挺开心的事情,但是我们远远不只这些。我们的足迹,除了青藏高原还跑中国其他各个地方,有大树的地方都是国家风景名胜区。

我们的朋友说“你是公费旅游呢吧!”,我们说比旅游还好,旅游线路进不了深山老林,我们是直接插进去。我们自己开车到深山老林里去,还可以拍照,比如在井冈山。

作为结束,我想让大家听一听,我们树木年轮给大家唱一首歌,是我们从拉萨采的一棵800多年的树,让它来唱歌。

这棵树它的宽宽窄窄这样的变化,每个年轮就是一个音符,这样唱出来的。是我们用计算机合成的音乐,树木年轮谱了,计算机弹出来的。

如果我们想让我们的下一代还能继续听到这样美丽动听的歌声,这样的大自然之声;还能继续拥有这么美好的森林家园,而且还能享受绿水青山。那么,就让我们大家携起手来,爱护大树,保护森林。谢谢!

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