人类感知时间的流逝，用文字、绘画等来记录岁月的痕迹。树木则通过自身的年轮，用能被看到和触摸的方式记录它一生所经历的雨雪风霜、日月轮转和地裂山崩。树轮学家的工作就是读懂树木中所记录的历史，认识自然的变化规律，审视人类与自然的关系。
那么，树轮学家究竟如何发掘树木年轮中蕴含的信息？这些信息又给我们带来了哪些认识？让我们翻开《年轮里的世界史》，跟随国际知名树轮年代学家瓦莱丽•特鲁埃教授，一起揭开年轮的奥秘。
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如何观察年轮
我们知道树木可以存活上千年，也很清楚如何在野外找到这些古老的树木并对它们进行样本采集（在不使用链锯的情况下）。但是，应当如何从这些古老的树木中获取准确的年代学信息呢？又该如何把它们的特征转化成我们可以利用的信息，来确定价值连城的小提琴的制作年代，或者重建过去的全球温度变化历史呢？
里德•布莱森（Reid Bryson）和托马斯•默里（Thomas Murray）在1977年出版的《饥馑的气候》（Climates of Hunger）一书中写道：“自然界的变化会被准确地保存在各种地质和生物材料中。但我们有时候不能正确地理解这些信息是如何被记录到的，这是造成信息提取困难的根源。”树木是自然变化忠实的记录者，它们从不说谎。但是要正确地解读树木中蕴含的故事，我们需要用心去读它们的年轮变化。这需要一点点天赋、大量训练和长时间的研究，以及对树木如何记录自然变化的正确理解。幸运的是，对树轮学家来说，树木是相对简单的生物。它们起源于一个遥远的地质时代，那时人类还没出现，生命形式还比较简单。树木能活动的部分和冗余部分都比人类少得多：没有尾骨，也没有男性乳头。为了找到树中蕴含的有关自然变化的丰富信息，我们必须学会如何观察。
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当苦心收集到的树木年轮样本从野外运回实验室，树轮学家首先要用胶水将树芯粘到木制支架上固定树芯，以便在显微镜下观察树芯的表面。接着，要用砂纸对样芯进行打磨，原因在于：如果不对样芯进行打磨，就很难看清每个年轮之间的边界，无法区分年轮之间的宽窄变化，也就无法对每一个年轮的宽度进行准确测量。做过木工活儿的人肯定会懂得欣赏经过打磨的坦桑尼亚树盘——我们曾用80到1200目[1]不同粗糙度的砂纸打磨坦桑尼亚树盘，最后还对树盘进行了抛光。这种利用超细砂纸的打磨可能有点过于精细，因为大多数样本用400到800目的砂纸打磨就已足够。但是我们采集的坦桑尼亚样本年轮边界非常窄，一般只有几个细胞的宽度，所以需要用更细的砂纸来打磨，以获得更高的清晰度，从而看清年轮之间的边界。
（A）针叶树的管胞呈方形，在树木生长过程中形成整齐的线。早材细胞较大，细胞壁较薄；晚材细胞形成于夏末和秋季，细胞较小，细胞壁较厚。
（B）阔叶树的细胞具有复杂而独特的结构。这些圆形区域是导管，用来运输水分。一些树种（如栎树）早材中的导管较大，晚材中的导管较小，从而形成清晰的年轮和美丽的木纹。
当你通过显微镜仔细观察打磨后的木材时（这里强烈建议你尝试一下），你可以看到单个木质部细胞，甚至细胞壁的细节。树木是一台结构简单而效果出色的捕获碳的机器，这也体现在它们的生理学和解剖学特征上。每个细胞都有一项不可或缺的特定功能。在针叶树中，一个个木质部细胞像罗马士兵一样排成直线，以达到最佳的强度和功能。在演化得较晚的阔叶树中，木质部细胞具有更加复杂和引人注目的结构，每个树种的木质部细胞结构都是独一无二的，因此一个训练有素的木材解剖学家可以仅通过观察木质部细胞来识别树种。
02
年轮从何而来
树木在春天时要比秋天更具活力，因为经过一个冬季的良好睡眠，树木得到了充分的休息，而秋天的树木正在为漫长的冬季休眠做准备。在春天形成的木质部细胞被称为早材，它的结构反映了树木在春天活力十足的生长过程。针叶树的早材细胞较大，细胞壁比较薄[2]，阔叶树则在早材中形成专门用来运输水分的导管细胞。针叶树和阔叶树的早材细胞可以在春天时最大限度地把水分和营养从根部输送到正在生长的树冠。
在生长季后期，结构的支撑和碳的储存对树木的重要性超过了水分运输，因此在夏末和秋季形成的细胞比较小，细胞壁较厚，密度比较大，这些细胞被称为晚材。一些阔叶树树种早材中的导管细胞要比晚材中的导管细胞大得多（最显著的就是栎树［俗称橡树］）。这些含有大导管的早材和小导管的晚材交替出现，形成清晰的年轮和美丽的环孔结构。栎树早材中的导管通常很大，你用肉眼就能看到它们，例如一张橡木桌子的侧面，尤其是短边。
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生长在温带森林的树木通常每年都会经历这样一系列变化：春天时早材快速生长，到了秋天过渡到晚材生长，然后在冬季休眠期停止生长。细胞结构从前一年具有小细胞的晚材突然转变到下一年具有大细胞的早材，这种细胞大小的突变形成了一条清晰的边界，使得我们可以区分前一年和后一年形成的树木年轮。因此我们能够看到清晰的年轮边界，并对年轮进行计数，测量年轮宽度。但在气候季节性变化不明显的地区（例如热带地区，温度和白天的长度在一年当中基本没有变化），树木年轮之间的边界往往并不存在。热带气候足够温暖湿润，树木可以全年持续生长，所以许多热带树木并不需要在冬季休眠，也就不会形成可以明确区分的早材、晚材以及年轮之间的边界。因此，热带树木的定年对树轮学家来说是一个挑战。与温带和寒带地区相比，热带地区（如坦桑尼亚）的树轮年表非常缺乏，这在世界树轮年代学研究中仍是一个巨大的、几乎空白的领域，还有很多未知等待探索。
年轮最容易识别的针叶树在热带地区相当少见，这也导致了热带树轮年表的缺乏。但就像所有规律都有例外一样，“热带没有树轮年表”这条规律也有例外。东南亚的柚木（Tectona grandis）就像温带的栎树一样具有环孔结构，早材具有较大的导管细胞，晚材的导管细胞则相对较小，这种导管细胞大小的变化形成了美丽的年轮。柚木早在20世纪30年代就被用于建立长达几个世纪的树轮年表。由于气候的季节性变化，生长在巴西亚马孙洪泛平原地区的阿拉帕里树（Macrolobium acaciifolium）形成了清晰的年轮结构，每年4到8个月的洪涝期会导致土壤缺氧，树木生长停止，从而触发休眠。
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从年轮读懂树木的心情
我热爱树木，但我不是一个极端环保主义者。我只在两种情况下认为树木是有情感的生物：一是在给侄子读《爱心树》（The Giving Tree）绘本故事的时候，二是当我解释树木交叉定年（即比较不同树木年轮的宽窄变化的过程）的时候。当树木拥有足够的食物和水，并且没有其他树与它们竞争或攻击它们时，它们就会很高兴。在快乐的年景，树木生长顺利，形成宽厚的年轮；在不那么快乐的年景里，它可能遭遇干旱、寒冷，或者被飓风刮掉枝叶，树木用于生长的能量便由此损耗，形成较窄的年轮。因此，树木的幸福程度受到气候的强烈影响。树木不仅受到季节性气候变化的影响，在环境不利的季节休眠；而且还受到年际气候变化的影响，在气候不好的年份其生长被抑制。对于树木来说，这些“恶劣气候年份”是由寒冷还是干旱造成的，取决于它们的生长地区。在美国西南部这样的半干旱地区，干旱会抑制树木生长，使得树木在干旱的年份形成狭窄的年轮。而在高山和北极地区，导致树木形成狭窄年轮的则是寒冷而非干旱。但是在一个给定的区域内，一旦恶劣气候发生，无论是干旱还是严寒，都会对这一年整个区域内大多数树木的生长产生影响，形成狭窄的年轮。
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在美国西南部，干旱的年份会导致大多数树木形成狭窄的年轮，同样地，树木在降水量充足的年份会形成较宽的年轮。湿润年份（树木快乐）和干旱年份（树木不快乐）的变化信息被记录到年轮宽窄的变化中，这种树轮宽窄的变化模式就是我在第一章中提到的“莫尔斯电码”。对不同树木进行交叉定年的过程，就是在对比不同树木年轮宽窄的变化模式。我们主要是通过观察或者利用统计方法来实现交叉定年，最常见的情况是二者都会用到。我们先测量所有样本的年轮宽度，然后通过观察和统计的方式确定不同样本宽窄变化的匹配模式。这些过程是在一个可移动的数字测量平台上进行的，只要点击鼠标就可以测量并记录每个年轮的宽度。然而，测量大量样本的年轮宽度是一件费时费力的工作。以研究树轮年代而不是气候变化为主要目标的科学家（例如树轮考古学家），则可以绕过这些步骤。即便在没有数字化设备帮助的情况下，他们也能通过观察手中样本的特征，将样本与自己记忆中的区域树轮宽窄变化模式相比对，完成样本的交叉定年，从而确定树木的年代。
树轮学家扎基亚• 哈桑•哈米西（Zakia Hassan Khamisi）正在使用与电脑相连的树轮宽度测量平台对取自坦桑尼亚的斑马木 （Brachystegiaspiciformis）树盘进行宽度测量。这一操作平台还可以用来绘制年轮竞窄变化图。图片由亚利桑那大学树轮实验室提供。
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消失的年轮
在交叉定年的过程中遇到的一个障碍是偶尔出现的缺轮和伪轮。一些抗压能力不强的树木在极度干旱的年份会放弃生长，导致树木并未形成狭窄的年轮，而是直接把这一步跳了过去，造成缺轮。就好像这棵树的心脏跳过了一拍，结果就少了一个年轮。这种消失的年轮在干燥的环境和古老的树木中更常见。1580年整个美国西南地区（包括加州）非常干燥，导致很多树木在那一年没有生长，并未形成年轮。对于训练有素的眼睛来说，大多数“丢失”的年轮都可以通过交叉定年轻而易举地找到。如果你知道区域标准年表的树轮宽窄变化模式，那么样本中缺失的年轮就会显现出来。你将注意到，显微镜下看到的年轮宽窄变化比头脑中标准的年轮宽窄变化少了一轮。
相反的情况也会发生，即一棵树有时会在一年中形成一个以上的年轮，称为伪轮。伪轮在季风气候区的树木中比较常见。晚春时节，夏季风来临之前的干旱可能会让树木误以为秋天将至，在这种情况下，树木会提早开始形成密度更大的晚材细胞；而当夏季风来临后，树木便意识到自己的错误，重新开始形成体积较大的早材细胞；当真正的秋天到来时，树木就会在同一年形成第二层晚材细胞。在显微镜下，季风季节前形成的假晚材细胞与秋季形成的真晚材细胞很容易区分。伪轮中，假晚材细胞与后续季风季节形成的早材细胞之间的过渡是渐变的，而真晚材细胞与下一年形成的早材细胞之间是突变的，二者之间的界限非常明显，由此就能够识别出伪轮。伪轮在某些树种(比如刺柏)当中更常见。就像缺轮一样，伪轮可以通过交叉定年的方法被识别出来。如果缺轮和伪轮没有被正确地识别和发现，就会导致年轮形成的时间被错误判断，影响树轮年表的准确性。
注：
[1] 目数是指单位面积砂纸内研磨材料的个数。粗砂纸的目数比较小，细砂纸和超细砂纸的目数比较大。
[2] 针叶树的木质部细胞称为管胞。
* 文本摘自《年轮里的世界史》
树木不仅记录了大自然变化的历史，甚至还能揭示人类社会的历史。在人类历史的进程中，气候变化仿佛一只无形的大手，给那些伟大的帝国和文明的兴起与没落蒙上了一层“宿命”阴影。而这一切都能在树轮中留下证据。
树木年轮就像一张长达万年、横跨全球的“观测网”，将气候、灾害与人类活动保留下来，让我们可以通过更高的视角，在更长的时间尺度上，回顾过去的气候—环境—社会变化历史，审视我们当前所处的时代，思考我们可能走向的未来。
《年轮里的世界史》
作者：〔比利时〕瓦莱丽·特鲁埃
译者：许晨曦 安文玲
出版社：商务印书馆
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