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年轮的学问

    美国新墨西哥州的印第安人村庄，17世纪的一幅油画，中世纪俄国城市的街道……它们之间似乎风马牛不相及，可是现在它们正在被一个新的科学研究领域联系起来。这个领域就是对树木年轮的研究。过去真正注意年轮的只有进行雕刻和制作木器的手工艺人，但是人类的天赋、先进的分析以及命运之神的青睐，使年轮成为人类学乃至环境保护学等许多学科研究的对象。

    木匠从久远的时代起，就知道树干里面有年轮，有了年轮，木材上才出现了纹理。据我们所知，亚里士多德的同事就曾提到过年轮，不过到达•芬奇才第一次提出年轮是每年增加一圈的。今天已经众所周知：春回大地，万象更新，紧挨着树皮里面的细胞开始分裂；分裂后的细胞大而壁厚，颜色鲜嫩，科学家称之为早期木；以后细胞生长减慢，壁更厚，体积缩小，颜色变深，这被称为后期木，树干里的深色年轮就是由后期木形成的。在这以后，树又进入冬季休眠时期，周而复始，循环不已。这样，许多种树的主干里便生成一圈又一圈深浅相间的环，每一环就是一年增长的部分。这种年轮在针叶树中最显著，在大多数温带落叶树中不明显，而许多热带树中则根本没有。

    树是活档案，树干里的年轮就是记录。它不仅说明树木本身的年龄，还能说明每年的降水量和温度变化。年轮上可能还记录了森林大火、早期霜冻以及从周围环境中吸取的化学成分。因此，只要我们知道了如何揭示树的秘密，它就会向我们诉说从它出世起，周围发生的大量事情。树可以告诉我们有文字记载以前发生过的事情，还可以告诉我们有关未来的事情。树中关于气象的记录可以帮助我们了解促成气象的那些自然力量，而这反过来又可帮助我们预测未来。

    运用年轮的研究成果开始于本世纪初，这位学者是道格拉斯，他1867年出生于美国佛蒙特，后来到亚利桑那州建立起一个新气象站。1901年他开始到弗拉格斯塔夫附近一些伐木营地，考察那里新伐树木的年轮型式，想找出证据说明这些年轮中记录了以11年为周期的太阳黑子活动。他没有立即找到证据，但他注意到，一个地区和另一个地区的年轮型式似乎一无二致。例如，一个伐木营地新伐的树木，里面是两道薄薄的年轮，外面是三道厚厚的年轮，其他营地新伐的树木也是这样。人们可以推断，这种型式表明，两年是坏天气，三年是好天气。道格拉斯注意到，他发现的这种型式的年轮似乎在亚利桑那州北部到处皆有。

    在本世纪的头20年中，道格拉斯继续研究年轮的型式。事实上，通过识别年轮来测定古老建筑的年代是道格拉斯的创举。美国西南部印第安人村庄的废墟，长期以来引起考古学家的兴趣。那些村庄原由工匠精心建造，其中有许多房屋显然已经使用了好多世纪，可是后来不知何故，那些村庄都废弃了。据估计，那些村庄早在公元前2000年就已存在。道格拉斯从1916年起开始考察印第安村庄废墟残留的木料，研究其年轮以确定其年代。到1929年，他终于制成一个“浮动”年表。

    有文明传统的地方，在使用年轮方面可能出人意料，令人惊讶。比如说，在中世纪俄国的诺夫哥罗德，街上泥泞不堪，市民就往路面铺原木。一层陷进泥里就再铺一层，到现在至少有28条街已经堆满了一层又一层的原木，这些原木的年代从公元953年起一直到1462年，真是年轮博览会。又如，像伦勃朗和鲁本斯等艺术大师的油画，分析其橡木油画板上的年轮型式就可知作画的年代。

    上面所说的年轮应用，一般说来都属于年轮学的范围。现在这个学科的热门主题是从年轮中测出过去的气象以及气象的重大变化。

    这项工作要比测定年代复杂得多，因为它取决于在不同年代生长的年轮之间的不同宽度。由于树之间和年轮之间都有其固有的变异性，我们可以说这棵树比另一棵树老5年，但难以断定年轮之间不同宽度的确切数字。

    现代年轮学可以说起源于60年代生物学家弗里茨在亚利桑那大学的研究工作。弗里茨和他的同事仔细考察了塔克森附近一些树的生长过程，他们给树枝乃至整棵树都套上了塑料膜，以断定一棵树究竟摄取和放出了多少各种各样的气体。经过10个寒暑的工作，他们终于详尽地了解了一环年轮生长的全部过程。

    年轮的生长并不像乍看起来那么简单。比如说，如果去年是树生长的大好年头，那么，树根伸展的范围会超过往年，这一年整个树的生长也会超过往年。同样，一个坏年头会使以后几年的生长速度减慢，而不管以后几年的气候如何。把树受到的各种影响分析出来是一项艰巨的任务，但是这项任务一旦完成，其成果就像年表一样有广泛的用途。

    我们把美国西南部周围年轮的数据收集起来，同100年来的气象记录进行比较，就会看出年轮如何反映出气候。因此，对于没有气象记录的时期，我们从一环年轮形成的情况可以推断出当时的气候。弗里茨就这样把美国西部和太平洋北部的气象图编制到大约公元1600年。

    年轮专家还研究了酸雨对美国东部森林的影响。哥伦比亚大学的戈登•雅各比解释说，随着树越长越老，年轮也变得越来越薄。这是正常的老化过程。因而可以得出结论：酸雨对树起着相反的作用。我们还必须比较气象数据以排除树生长减慢的其他可能原因。要证实酸雨的影响，必须找出正常条件以外的生长受阻情况。雅各比在新英格兰州周围的12个圈定地区中看到有3个地区受酸雨影响，其余9个地区没有受酸雨影响。

    然而，在某些情况下，年轮也可以用来非常惊人地证明环境污染的影响。例如，亚利桑那大学一个研究小组发现，加拿大不列颠哥伦比亚省特莱尔一家铅矿冶炼厂对美国华盛顿州的树木生长发生了影响。那家工厂开工时，树木生长比正常情况相差很多。但是几年后工厂关门，树木生长情况恢复正常了。

    年轮还记录了火山爆发。像圣海伦斯火山爆发时，大量灰尘和气体进入同温层，遮住大片阳光。这会使温度降到冰点以下，给树内留下一道叫做霜轮的特殊标记。亚利桑那大学的瓦摩尔•拉马舍及其同事们不久前研究了刺果松上的霜轮，发现其中有不少符合大火山爆发的情况。东印度群岛坦波拉火山爆发曾使1816年成了“没有夏天的一年”，那次火山爆发不仅给刺果松留下了霜轮，而且在南非的树上也发现有这种霜轮。公元前1626年出现了特别突出的霜轮，拉马舍认为这些霜轮可能是一次火山爆发造成的，那次火山爆发使爱琴海的桑托林岛一度消失。神秘的大西洲沉沦海中的故事，也可能是起源于那次火山爆发。拉马舍提出的年代，虽然有些考古学家还有争议，但它是迄今最确切的年代。用碳14法对那次火山爆发覆盖的工艺品测定的年代，与拉马舍提出的年代也一致。

    年轮科学家开始认真研究的另一种短暂现象是地震。地震可以给树造成损害，使树在以后的一些年中产生较薄的年轮。哥伦比亚大学的戈登•雅各比让我看了一棵松树的树心横切面，它的薄年轮长得不规则，而且挤在一起，但以前它一直长得很好。1857年一次大地震震撼了加利福尼亚州南部的旷野，那棵树正好长在那儿。这样，那棵树就可以告诉我们，那段断层是什么时候处于活动时期的。

    人们关心的另一个大问题就是：由于几世纪以来不断燃烧煤和石油，大气层中二氧化碳大量蓄积，从而造成未来的地球气温升高。年轮气象关系学国际计划的数据将扩展到公元1700年，这个年代比开始燃烧煤和石油的产业革命时期还要早得多。拉马舍说：“没有这种数据基础，大气层科学家要想确切地知道渐暖趋势，恐怕还要用10年到20年的时间去观察气温和二氧化碳。到那时，恐怕为时过晚了。”

    树木无事不知，无所不晓。

    如果我们不愚蠢，我们可以让树木的记忆向我们提供各种各样有用的知识，使我们既可通晓过去，也可预卜未来。