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雪松年轮里读出南京气候变迁

南京路边静静生存的雪松树,不经意间默默地记录着南京的旱涝变迁,形成了一部南京气候的“活”档案,而其中树木的年轮给出了最重要的“表达”。

中科院南京地理湖泊研究所的副所长沈吉研究员利用2000年从太平门附近砍下的5棵雪松的“树盘”,根据树木年轮里蕴藏的气候学信息破译出过去近20年该地区的气候活动特征,竟和省气象台过去20年的气候记录惊人地吻合。

树被称为活的档案,年轮就是树木记录的一个最重要的方式。沈吉告诉记者,在南京这样四季分明的城市,树木有非常明显的年轮,每年春回大地的时候,树木进入 了快速生长期,新长出来的年轮颜色鲜嫩和前一年冬季里形成的深色年轮之间形成一道比较明显的“分水岭”,这样剖开一棵树,就能看到深浅相间的环,逐年记录 着这棵树的生长周期。

不过树木年轮能说明的可不仅仅是树木本身的年龄,由于树木从一出生就和周围的环境进行着“物质交换”的过程,吸收化学成分,温度、水分的差异都会直接影响 着树木的生长,沈吉说,只要我们知道如何揭示树的秘密,就会发现从它出世之日起就非常忠实地记录着周围发生的大量事情,目前利用树木年轮揭示气候变化成为 一个热门研究领域。

沈吉说,雪松这类针叶树由于年轮更为稳定,是研究气候的一个很好的树种,2000年,太平门道路拓宽,他的研究小组及时获取了5棵雪松的树盘。近年来围绕着这些雪松的生长史,他们进行了对于上世纪70年代到90年代的气候学的研究,希望能够找出其中蕴含的气候密码。

沈吉说,树木对于气候变化非常敏感,比如雨水多、温度高的时候,树木生长就会更快,那么这一年的年轮也会比较粗壮,不过如果仅靠肉眼来判断这个指标会有偏 差。因此专家们采用的是碳同位素的测定方法。沈吉解释说,他们对比上世纪70年代至90年代省气象台的气候资料发现,树木中碳同位素的含量的高低起伏和当 年5至7月的雨量的多少、7至9月温度的高低保持着惊人的一致。

一般来说,较高的同位素比值代表着干旱和高温,反之则代表着多雨和低温,沈吉分析说,之所以会出现这样的变化,是因为树木在生长的过程中吸收二氧化碳,比 如在干燥、高温的时候,为了防止水分的大量流失,树叶会关闭其部分“呼吸”气孔,吸收空气中的二氧化碳也就比较少,此时碳同位素的比值就会升高。

树木年轮里不仅藏有关于气候的“密码”,连环境因子的变化信息,也可以通过树轮进行考证。

沈吉告诉记者,太平门采集的这些雪松生长在道路两侧,而上世纪90年代汽车所使用的还是含铅量极高的汽油,因此排放出来的尾气中含有大量的铅,而这些松树“呼吸”到的铅元素,也成为树轮生长中的“烙印”,含量比较高,与此形成了呼应。

这个原理听上去很简单:“因为植物需要通过叶片上的气孔与外界环境进行物质交换,在空气污染情况下,有害气体就在交换过程中经气孔进入叶片,扩散到叶肉组 织,然后通过疏导组织运输到植物体的其他部位,从而影响到植物的正常生长发育和生理生态特征。”但要从年轮中获得这些烙印,却需要精密的仪器测量。

展望:利用年轮去猜想未来

树木年轮里忠实地记录了环境的变迁、气候的改变,沈吉说,我们有气象记录的历史并不长,多不过百年,因此对于规律性的判断还有缺失,而利用树木年轮的这个 天然的“气候编年史”,我们能够重新找到第一手资料。通过对于树木年轮和气候环境的关联性研究我们将找出更多的规律性东西,那么通过一棵古树通过古墓里的 一片棺木,我们将数千上万年前以及更久远气候记录还原出来。

沈吉说,在天气异常变动时,树木年轮的反应也会比较明显,因此掌握的规律性的东西也比较多一些,现在国外已经有根据树木年轮来预报洪涝的研究,准确度相当高。我们希望能够通过气候规律的掌握来猜想未来。

对于树的年轮,大家都不陌生,但作为研究对象的树轮样本,其实与平常印象中的年轮并不一样,因此它制作起来可没那么简单。

“我们采集到的树轮样本,首先都要进行‘定年’,是用仪器把它所属年代确定下来。”沈吉说,树轮定年以地区不同而方法不同。在西欧,数树轮便能够完成定年 工作,因为在该地区生长的树木很少发生缺失轮的现象。但在实际工作中,常常是先量测树轮的宽度,然后再用计算机程序检查定年。拿南京采集的这些树轮来说, 树最外面一轮肯定是当年所长出来的,但从外往里推算,由于会“缺轮”,所以同一地区的树要采集20几棵有相同成长时间的才行,且每棵树要采集2个样芯,这 样“交叉定年”得到的资料才更接近实际。

而且,不同气候里树轮成长的痕迹不一样,其深浅也各不相同。比如,在春夏两季,天气温暖,雨水充足,形成层的细胞活动旺盛,这部分木材质地疏松,颜色较 浅,称为“早材”或“春材”。夏末至秋季,气温和水分等条件逐渐不适于形成层细胞的活动,这部分木材质地致密,颜色也深,称为“晚材”或“秋材”。因此, 在“定年”时,专家还要向行家寻求帮助。“我们都是从外面请来微雕师傅,让他们把轮盘上的每一轮,都用刀子深深雕刻出来,基本上,这些工序都是要在显微镜 底下才能进行,一般都要将年轮放大40倍才能进行雕刻。”