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雪松年輪里讀出南京氣候變遷

南京路邊靜靜生存的雪松樹,不經意間默默地記錄著南京的旱澇變遷,形成了一部南京氣候的“活”檔案,而其中樹木的年輪給出了最重要的“表達”。

中科院南京地理湖泊研究所的副所長沈吉研究員利用2000年從太平門附近砍下的5棵雪松的“樹盤”,根據樹木年輪里蘊藏的氣候學信息破譯出過去近20年該地區的氣候活動特征,竟和省氣象臺過去20年的氣候記錄驚人地吻合。

樹被稱為活的檔案,年輪就是樹木記錄的一個最重要的方式。沈吉告訴記者,在南京這樣四季分明的城市,樹木有非常明顯的年輪,每年春回大地的時候,樹木進入 了快速生長期,新長出來的年輪顏色鮮嫩和前一年冬季里形成的深色年輪之間形成一道比較明顯的“分水嶺”,這樣剖開一棵樹,就能看到深淺相間的環,逐年記錄 著這棵樹的生長周期。

不過樹木年輪能說明的可不僅僅是樹木本身的年齡,由于樹木從一出生就和周圍的環境進行著“物質交換”的過程,吸收化學成分,溫度、水分的差異都會直接影響 著樹木的生長,沈吉說,只要我們知道如何揭示樹的秘密,就會發現從它出世之日起就非常忠實地記錄著周圍發生的大量事情,目前利用樹木年輪揭示氣候變化成為 一個熱門研究領域。

沈吉說,雪松這類針葉樹由于年輪更為穩定,是研究氣候的一個很好的樹種,2000年,太平門道路拓寬,他的研究小組及時獲取了5棵雪松的樹盤。近年來圍繞著這些雪松的生長史,他們進行了對于上世紀70年代到90年代的氣候學的研究,希望能夠找出其中蘊含的氣候密碼。

沈吉說,樹木對于氣候變化非常敏感,比如雨水多、溫度高的時候,樹木生長就會更快,那么這一年的年輪也會比較粗壯,不過如果僅靠肉眼來判斷這個指標會有偏 差。因此專家們采用的是碳同位素的測定方法。沈吉解釋說,他們對比上世紀70年代至90年代省氣象臺的氣候資料發現,樹木中碳同位素的含量的高低起伏和當 年5至7月的雨量的多少、7至9月溫度的高低保持著驚人的一致。

一般來說,較高的同位素比值代表著干旱和高溫,反之則代表著多雨和低溫,沈吉分析說,之所以會出現這樣的變化,是因為樹木在生長的過程中吸收二氧化碳,比 如在干燥、高溫的時候,為了防止水分的大量流失,樹葉會關閉其部分“呼吸”氣孔,吸收空氣中的二氧化碳也就比較少,此時碳同位素的比值就會升高。

樹木年輪里不僅藏有關于氣候的“密碼”,連環境因子的變化信息,也可以通過樹輪進行考證。

沈吉告訴記者,太平門采集的這些雪松生長在道路兩側,而上世紀90年代汽車所使用的還是含鉛量極高的汽油,因此排放出來的尾氣中含有大量的鉛,而這些松樹“呼吸”到的鉛元素,也成為樹輪生長中的“烙印”,含量比較高,與此形成了呼應。

這個原理聽上去很簡單:“因為植物需要通過葉片上的氣孔與外界環境進行物質交換,在空氣污染情況下,有害氣體就在交換過程中經氣孔進入葉片,擴散到葉肉組 織,然后通過疏導組織運輸到植物體的其他部位,從而影響到植物的正常生長發育和生理生態特征。”但要從年輪中獲得這些烙印,卻需要精密的儀器測量。

展望:利用年輪去猜想未來

樹木年輪里忠實地記錄了環境的變遷、氣候的改變,沈吉說,我們有氣象記錄的歷史并不長,多不過百年,因此對于規律性的判斷還有缺失,而利用樹木年輪的這個 天然的“氣候編年史”,我們能夠重新找到第一手資料。通過對于樹木年輪和氣候環境的關聯性研究我們將找出更多的規律性東西,那么通過一棵古樹通過古墓里的 一片棺木,我們將數千上萬年前以及更久遠氣候記錄還原出來。

沈吉說,在天氣異常變動時,樹木年輪的反應也會比較明顯,因此掌握的規律性的東西也比較多一些,現在國外已經有根據樹木年輪來預報洪澇的研究,準確度相當高。我們希望能夠通過氣候規律的掌握來猜想未來。

對于樹的年輪,大家都不陌生,但作為研究對象的樹輪樣本,其實與平常印象中的年輪并不一樣,因此它制作起來可沒那么簡單。

“我們采集到的樹輪樣本,首先都要進行‘定年’,是用儀器把它所屬年代確定下來。”沈吉說,樹輪定年以地區不同而方法不同。在西歐,數樹輪便能夠完成定年 工作,因為在該地區生長的樹木很少發生缺失輪的現象。但在實際工作中,常常是先量測樹輪的寬度,然后再用計算機程序檢查定年。拿南京采集的這些樹輪來說, 樹最外面一輪肯定是當年所長出來的,但從外往里推算,由于會“缺輪”,所以同一地區的樹要采集20幾棵有相同成長時間的才行,且每棵樹要采集2個樣芯,這 樣“交叉定年”得到的資料才更接近實際。

而且,不同氣候里樹輪成長的痕跡不一樣,其深淺也各不相同。比如,在春夏兩季,天氣溫暖,雨水充足,形成層的細胞活動旺盛,這部分木材質地疏松,顏色較 淺,稱為“早材”或“春材”。夏末至秋季,氣溫和水分等條件逐漸不適于形成層細胞的活動,這部分木材質地致密,顏色也深,稱為“晚材”或“秋材”。因此, 在“定年”時,專家還要向行家尋求幫助。“我們都是從外面請來微雕師傅,讓他們把輪盤上的每一輪,都用刀子深深雕刻出來,基本上,這些工序都是要在顯微鏡 底下才能進行,一般都要將年輪放大40倍才能進行雕刻。”

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