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    藏在樹木里的隱秘歷史,那些年輪可以告訴人類多少信息?

    文化

    藏在樹木里的隱秘歷史,那些年輪可以告訴人類多少信息?

    Jim Robbins2019-05-13 12:30:23

    對于迅速變暖的地球來說,年輪可以展示過去半個世紀的氣候是如何嚴重偏離數千年以來的歷史基準的。

    本文只能在《好奇心日報》發布,即使我們允許了也不許轉載*

    圖森電 — 北大西洋急流(North Atlantic Jet Stream)是一股快速移動的氣流,也是歐洲極端天氣的推手。從 1700 年代早期到 1960 年代,急流的路徑一直保持不變。

    但后來急流就變得不怎么容易預測了。僅僅通過儀器測量的數據也無法確切判斷急流的移動情況并比較幾個世紀的數據,因為科學家在 19 世紀末才開始使用儀器記錄天氣事件。

    然而,樹木年輪卻可以為氣候變化提供更完整的過往記錄。隨著樹木的生長,它們會從中心向外形成新的、獨特的環紋;每年,絕大多數樹干上都會長出一個新的、獨一無二的完整木環,這就是年輪。年輪透露的信息包括與年輪生長那一年相關的降水、溫度等數據。

    美國亞利桑那大學樹輪研究實驗室(Laboratory of Tree-Ring Research)博士后研究員森野清見(Kiyomi Morino)在美國圣卡塔利娜山脈(Santa Catalina Mountains)比奇洛山(Mount Bigelow)進行野外采樣。圖片版權:Adriana Zehbrauskas for The New York Times

    樹木年代學家瓦萊里·特魯埃(Valerie Trouet)帶領的團隊,從巴爾干和蘇格蘭分別采集了 400 和 200 個樹木樣本,其中一個樣本采集自可能是歐洲已知最古老的樹木:位于希臘、名為阿多尼斯(Adonis)的波士尼亞松,樹齡已達到 1075 歲。北大西洋急流在巴爾干和蘇格蘭之間流動,各種樹木通過年輪透露了過去的溫度范圍以及火災頻率的信息,為急流的表現寫成了全面的編年史。

    “急流的極端位置增多,引起了更多極端氣候事件的發生,特別是歐洲的熱浪和風暴,”特魯埃博士稱。這些樹木的年輪顯示,“當急流位置偏南時,巴爾干發生了大火災?!?br>

    在比奇洛山一棵樹的樹干上鉆孔取樣。圖片版權:Adriana Zehbrauskas for The New York Times
    來自于西伯利亞的樣本,懸掛在美國圖森亞利桑那大學樹輪研究實驗室的墻上,其樹芯的歷史可追溯至 1637 年,年輪外環在 2011 年長出。圖片版權:Adriana Zehbrauskas for The New York Times

    特魯埃博士指出,僅僅在最近幾十年,急流才顯得更加變化多端,這表示這種變化是人類活動對氣候的影響所致。她繼續說道:“最近的變化加劇是 300 年來史無前例的?!蹦壳把芯咳藛T正在進行更多的分析,以回顧更早幾個世紀的情況。

    解讀這些樹木透露的氣候信息有助于天氣預報。特魯埃博士稱:“這個領域最大的一個問題是,急流的走向究竟如何。利用分析樹木所得的數據,將有助于建立更加可靠的氣候變化模型?!?br>

    樹木似乎是巨大的生物記錄設備,包含著過往氣候、文明、生態系統乃至星系事件的信息,很多信息的歷史可能長達數千年。

    最近幾年,從樹木年輪中提取信息的技術已經取得了長足的進步和發展。采用新科技和新技術,能從樹木身上挖掘出更深入和更廣泛的信息。

    愛德華·庫克(Edward Cook)是美國拉蒙特-多爾蒂地球觀測站(Lamont-Doherty Earth Observatory)樹木年輪實驗室的主管。他指出,這個領域的“發展突飛猛進”。

    亞利桑那大學樹輪研究實驗室成立于 1930 年代,創始人是天文學家 A·E·道格拉斯(A.E. Douglass);他轉向于研究樹木的目的是為了更好理解太陽黑子和氣候之間的關系。

    森野提取的樹芯樣本。圖片版權:Adriana Zehbrauskas for The New York Times

    亞利桑那大學樹輪研究實驗室幫助世界各地建立了類似的實驗室,而這反過來又迅速增加了所研究樹木的數量。目前,全球大約有 12 所大型實驗室,已獲得了各大洲(南極洲除外)來自于 4000 個地點的數據。這些信息存儲在國際樹輪數據庫(International Tree Ring Data Bank)中,它是一個向所有研究人員開放的資料庫。研究人員可獲得的樹木數據越多,對過往氣候、生態系統和人類文明之間聯系的描述也就更詳盡。

    亞利桑那大學樹輪研究實驗室檔案館存放了無數樣本,如圖所示的是其中的一部分。圖片版權:Adriana Zehbrauskas for The New York Times
    亞利桑那大學訪問研究人員弗朗斯·孔恰托里(France Conciatori)在實驗室里制作木材樣本。圖片版權:Adriana Zehbrauskas for The New York Times
    微小的樹木樣本。圖片版權:Adriana Zehbrauskas for The New York Times
    尤利婭·波德戈爾斯基(Julia Podgorski)正在制作樹芯樣本。圖片版權:Adriana Zehbrauskas for The New York Times

    實驗室成立后最初的 80 年,位于一個狹窄而喧鬧的區域:亞利桑那大學足球場下的宿舍內?!叭绻阈瞧诹谶@里工作,就可以聽到露天看臺上觀眾跺腳的聲音,”該校植物生理學專業學生呂塞爾·K·蒙森(Russell K. Monson)稱。

    2012 年,實驗室搬到了更大的一棟樓,這樣就能滿足更多任務的需要,容納更多的研究人員,并有地方存放從包裹中取出的大量樹木年輪和樹芯樣本藏品?,F在,實驗室有大約 70 名研究人員;還存有超過 50 萬份的樣本,從小小的薄片到大廳中陳列的龐大的巨杉片狀樣本,應有盡有。這個巨杉樣本大到可以作為一個桌面,也許能容納亞瑟王所有的圓桌騎士。在這棟樓里,有全球數量最多的樹木年輪樣本藏品。

    地下室存儲區就像咖啡桌木工車間一樣,充滿著伐木的芬芳。幾百個 5 厘米厚的大樹片狀樣本,側面朝下堆放;樹木年輪經砂紙打磨拋光后,豐富的紋理清晰可見。

    實驗室也有一個狐尾松片狀樣本,采樣樹木于 1960 年代被北卡羅來納大學教堂山分校的研究生唐納德·臘斯克·柯里(Donald Rusk Currey)砍倒。他在數年輪時卻被嚇壞了:雖然他獲得了美國林業局的許可砍伐,但在不經意間鋸掉了當時世界上已知最古老的樹木:一棵名為普羅米修斯(Prometheu)的疙里疙瘩的大松樹。

    亞利桑那大學樹輪研究實驗室實驗用木頭樣本。圖片版權:Adriana Zehbrauskas for The New York Times

    與樹木年輪有關的研究主要分為 3 大類:樹木年輪氣候學,通過分析年輪來獲取過往的氣候數據;樹木年輪考古學,通過研究年輪來理解過去的氣候如何影響人類社會;樹木年輪生態學,用于再現過去的森林生態系統。研究中經常使用的樹輪采集自狐尾松、冷杉和云杉。

    在這個極端天氣頻現的時期,樹木年輪最重要的作用可能是再現過往的氣候狀況,并提供更多的背景信息。樹輪研究實驗室的研究人員戴維·梅科(David Meko)指出:“一段時間的儀器數據記錄僅展示了過往氣候的概況,但樹木年輪呈現的是全貌?!?br>

    樹木年輪這扇通往遙遠氣候歷史記錄的窗口,對于迅速變暖的地球來說,是至關重要的,因為它可以展示過去半個世紀的氣候是如何嚴重偏離以前數千年的歷史基準的。

    幾千年樹齡的活狐尾松就是一個例子:為它們添加信息的人類在幾千年前早已死去,但這些樹木仍完好無損地屹立在寒冷、干燥的高海拔環境中。

    你很難對樹木年輪透露的信息提出異議,稱環境并沒有在發生巨變。研究人員指出,過去 60 或 70 年間觀測到的氣候變化,如果找得到在遙遠的過去發生的類似先例,數量也極少。

    例如,目前美國科羅拉多河長達 20 年的干旱是中世紀以來最長的一次;中世紀的干旱持續了 62 年,當時連年干旱,旱年之間也沒有出現過澇年。偶然出現的澇年可以使長期的耐旱能力更強。

    此外,最近幾年的天氣狀況是多個世紀以來最熱和最干的。梅科博士稱:“我們每年都在打破記錄。最極端的氣候都是在距離現在比較近的年份發生的,這有點令人擔心?!?br>

    史無前例的炎熱干旱天氣,就像科羅拉多河遭遇的一樣,在加大蒸發量的同時,也急劇減少了降水量??屏_拉多河沿岸的官員對溫度升高、降水減少的趨勢感到非常擔心,已經對河流完全干涸或河水更少的嚴峻未來做好了心理準備——而這在僅僅 20 年前都是難以想象的。(盡管今年是厄爾尼諾年,科羅拉多落基山脈的積雪大大高于平均水平。)

    更糟糕的是,樹木年輪顯示,科羅拉多河分配到幾個州的河水依據的是 1905 到 1922 年的流量,而那幾年是過去 12 個世紀最多雨的年份,那段時期被稱之為“洪積紀”(pluvial period)。

    樹木年代學家瓦萊里·特魯埃。圖片版權:Adriana Zehbrauskas for The New York Times
    樹木年代學家布賴恩·布萊克(Bryan Black)。圖片版權:Adriana Zehbrauskas for The New York Times

    研究人員還可通過樹木年輪記錄查看積雪情況。2015 年,美國內華達山脈(Sierras)的積雪降至 500 年來的最低水平。今年可能會出現幾十年來最高的積雪之一,也許會成為氣候沖擊的證據。樹輪研究實驗室的研究人員正在考察整個美國西部過去 2000 年的樹木年輪記錄,以再現積雪數據。

    樹木還包含著其他有價值的信息。例如,氧同位素分析可以揭開樹木幾個世紀前吸收水分的水源所在,還能確定水分是來自于颶風還是強雷暴。

    樹木年輪也讓我們大致了解了氣候干預對全球可能產生的影響;針對氣候變化,一些科學家提出的解決方案是:把硫酸鋁撒到大氣中遮住陽光,給地球降溫。

    “火山爆發是氣候干預對降溫起作用的最佳代表性事件,”特魯埃博士稱。研究人員分析了來自全球 5 個地方的樹木年輪,發現自從 1568 年的一次火山爆發后,全球氣溫連續兩年大幅降低(這是狹窄的年輪所顯示的證據);隨著地球氣溫的降低,熱帶地區的北部邊緣也往后移了。

    來自于樹輪研究實驗室的美國黑山納瓦霍(Black Mesa Navajo)考古遺址的樣本。圖片版權:Adriana Zehbrauskas for The New York Times

    來自全球 5 處的樹木年輪也顯示出:從 1568 到 1634 年這 60 多年間,自然氣候變化導致亞熱帶地區擴張,把沙漠氣候推向北方。由于炎熱和干旱氣候區域擴大,奧斯曼帝國開始衰落,明朝走向瓦解,美國弗吉尼亞州的詹姆斯敦殖民地遭到遺棄;根據特魯埃博士的說法,這一切至少在一定程度上與氣候相關。她指出:“社會從政治上干預干旱的方式也反映了氣候變化的一部分?!?br>

    另外,可以反映更廣泛氣候變化的其他來源包括:湖水沉淀物、冰芯樣本、珊瑚、魚類耳石乃至象拔蚌殼(無論是來自活象拔蚌還是死亡已久的);象拔蚌是一種大型雙殼類動物,有蛇形的附器。

    “我們已經讓潛水員從海底取出了古代象拔蚌,”樹木年代學教授和海洋生物專家布賴恩·布萊克稱。結合死亡已久的象拔蚌殼分析,可以獲得好幾千年前的數據。來自于冰島海岸的殼可追溯至 1000 年以前?!斑@些殼顯示,上個世紀的高溫是前所未有的,”布萊克博士說。

    專家正在結合象拔蚌殼上的環和樹木年輪提供的信息,來了解氣候是如何推動海洋生產力和驅趕不同魚類物種的,從而為漁場經理提供幫助?!白钪匾木褪且軌蛞庾R到氣候沖擊的出現,并且懂得這對漁場意味著什么,”布萊克博士說。

    甚至天上的星星也能向樹木透露一些秘密。太陽和其他星星會發出一種輻射物,叫做銀河宇宙線(G.C.R.s);該物質在大氣中會與氮氣發生化學反應,從而改變碳 14 的水平;碳 14 是地球上所有生物吸收的東西,因此,它便成為了宇宙射線水平的同位素指示劑。

    過去來自于太陽耀斑或其他來源的銀河宇宙線峰值基本上是一個謎,但已引起了研究人員的極大興趣;因為如果現在發生這些現象,就可能摧毀通信衛星等技術。774 年到 775 年間發生的一次峰值事件,最早就是在日本的雪松樹上找到的證據。這起事件是樹木年輪記錄的最強的宇宙射線事件,其強度高于 1859 年發生的太陽風暴,即卡林頓事件(Carrington event)。很顯然,當時的人們也注意到了這個現象。

    《盎格魯-撒克遜編年史》(Anglo-Saxon Chronicles)是這樣記錄 8 世紀中期發生的峰值事件的:“今年,日落后,天空中也出現了一個紅色的十字架?!?br>

    這極有可能是強大的太陽耀斑。樹輪研究實驗室的教授夏洛特·皮爾遜(Charlotte Pearson)稱:“那是前所未有的,還沒有發生過其他類似的事件。我們正在努力尋找辦法,弄清這到底是什么,是何種原因引起的,但我們現在還無法確定?!?br>


    翻譯:熊貓譯社 夏晴

    題圖版權:Adriana Zehbrauskas for The New York Times

    ? 2019 THE NEW YORK TIMES

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