人類感知時間的流逝，用文字、繪畫等來記錄歲月的痕跡。樹木則通過自身的年輪，用能被看到和觸摸的方式記錄它一生所經歷的雨雪風霜、日月輪轉和地裂山崩。樹輪學家的工作就是讀懂樹木中所記錄的歷史，認識自然的變化規律，審視人類與自然的關係。
那麼，樹輪學家究竟如何發掘樹木年輪中蘊含的信息？這些信息又給我們帶來了哪些認識？讓我們翻開《年輪里的世界史》，跟隨國際知名樹輪年代學家瓦萊麗•特魯埃教授，一起揭開年輪的奧秘。
01
如何觀察年輪
我們知道樹木可以存活上千年，也很清楚如何在野外找到這些古老的樹木並對它們進行樣本採集（在不使用鏈鋸的情況下）。但是，應當如何從這些古老的樹木中獲取準確的年代學信息呢？又該如何把它們的特徵轉化成我們可以利用的信息，來確定價值連城的小提琴的製作年代，或者重建過去的全球溫度變化歷史呢？
里德•布萊森（Reid Bryson）和托馬斯•默里（Thomas Murray）在1977年出版的《饑饉的氣候》（Climates of Hunger）一書中寫道：「自然界的變化會被準確地保存在各種地質和生物材料中。但我們有時候不能正確地理解這些信息是如何被記錄到的，這是造成信息提取困難的根源。」樹木是自然變化忠實的記錄者，它們從不說謊。但是要正確地解讀樹木中蘊含的故事，我們需要用心去讀它們的年輪變化。這需要一點點天賦、大量訓練和長時間的研究，以及對樹木如何記錄自然變化的正確理解。幸運的是，對樹輪學家來說，樹木是相對簡單的生物。它們起源於一個遙遠的地質時代，那時人類還沒出現，生命形式還比較簡單。樹木能活動的部分和冗餘部分都比人類少得多：沒有尾骨，也沒有男性乳頭。為了找到樹中蘊含的有關自然變化的豐富信息，我們必須學會如何觀察。
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當苦心收集到的樹木年輪樣本從野外運回實驗室，樹輪學家首先要用膠水將樹芯粘到木製支架上固定樹芯，以便在顯微鏡下觀察樹芯的表面。接著，要用砂紙對樣芯進行打磨，原因在於：如果不對樣芯進行打磨，就很難看清每個年輪之間的邊界，無法區分年輪之間的寬窄變化，也就無法對每一個年輪的寬度進行準確測量。做過木工活兒的人肯定會懂得欣賞經過打磨的坦尚尼亞樹盤——我們曾用80到1200目[1]不同粗糙度的砂紙打磨坦尚尼亞樹盤，最後還對樹盤進行了拋光。這種利用超細砂紙的打磨可能有點過於精細，因為大多數樣本用400到800目的砂紙打磨就已足夠。但是我們採集的坦尚尼亞樣本年輪邊界非常窄，一般只有幾個細胞的寬度，所以需要用更細的砂紙來打磨，以獲得更高的清晰度，從而看清年輪之間的邊界。
（A）針葉樹的管胞呈方形，在樹木生長過程中形成整齊的線。早材細胞較大，細胞壁較薄；晚材細胞形成於夏末和秋季，細胞較小，細胞壁較厚。
（B）闊葉樹的細胞具有複雜而獨特的結構。這些圓形區域是導管，用來運輸水分。一些樹種（如櫟樹）早材中的導管較大，晚材中的導管較小，從而形成清晰的年輪和美麗的木紋。
當你通過顯微鏡仔細觀察打磨後的木材時（這裡強烈建議你嘗試一下），你可以看到單個木質部細胞，甚至細胞壁的細節。樹木是一台結構簡單而效果出色的捕獲碳的機器，這也體現在它們的生理學和解剖學特徵上。每個細胞都有一項不可或缺的特定功能。在針葉樹中，一個個木質部細胞像羅馬士兵一樣排成直線，以達到最佳的強度和功能。在演化得較晚的闊葉樹中，木質部細胞具有更加複雜和引人注目的結構，每個樹種的木質部細胞結構都是獨一無二的，因此一個訓練有素的木材解剖學家可以僅通過觀察木質部細胞來識別樹種。
02
年輪從何而來
樹木在春天時要比秋天更具活力，因為經過一個冬季的良好睡眠，樹木得到了充分的休息，而秋天的樹木正在為漫長的冬季休眠做準備。在春天形成的木質部細胞被稱為早材，它的結構反映了樹木在春天活力十足的生長過程。針葉樹的早材細胞較大，細胞壁比較薄[2]，闊葉樹則在早材中形成專門用來運輸水分的導管細胞。針葉樹和闊葉樹的早材細胞可以在春天時最大限度地把水分和營養從根部輸送到正在生長的樹冠。
在生長季後期，結構的支撐和碳的儲存對樹木的重要性超過了水分運輸，因此在夏末和秋季形成的細胞比較小，細胞壁較厚，密度比較大，這些細胞被稱為晚材。一些闊葉樹樹種早材中的導管細胞要比晚材中的導管細胞大得多（最顯著的就是櫟樹［俗稱橡樹］）。這些含有大導管的早材和小導管的晚材交替出現，形成清晰的年輪和美麗的環孔結構。櫟樹早材中的導管通常很大，你用肉眼就能看到它們，例如一張橡木桌子的側面，尤其是短邊。
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生長在溫帶森林的樹木通常每年都會經歷這樣一系列變化：春天時早材快速生長，到了秋天過渡到晚材生長，然後在冬季休眠期停止生長。細胞結構從前一年具有小細胞的晚材突然轉變到下一年具有大細胞的早材，這種細胞大小的突變形成了一條清晰的邊界，使得我們可以區分前一年和後一年形成的樹木年輪。因此我們能夠看到清晰的年輪邊界，並對年輪進行計數，測量年輪寬度。但在氣候季節性變化不明顯的地區（例如熱帶地區，溫度和白天的長度在一年當中基本沒有變化），樹木年輪之間的邊界往往並不存在。熱帶氣候足夠溫暖濕潤，樹木可以全年持續生長，所以許多熱帶樹木並不需要在冬季休眠，也就不會形成可以明確區分的早材、晚材以及年輪之間的邊界。因此，熱帶樹木的定年對樹輪學家來說是一個挑戰。與溫帶和寒帶地區相比，熱帶地區（如坦尚尼亞）的樹輪年表非常缺乏，這在世界樹輪年代學研究中仍是一個巨大的、幾乎空白的領域，還有很多未知等待探索。
年輪最容易識別的針葉樹在熱帶地區相當少見，這也導致了熱帶樹輪年表的缺乏。但就像所有規律都有例外一樣，「熱帶沒有樹輪年表」這條規律也有例外。東南亞的柚木（Tectona grandis）就像溫帶的櫟樹一樣具有環孔結構，早材具有較大的導管細胞，晚材的導管細胞則相對較小，這種導管細胞大小的變化形成了美麗的年輪。柚木早在20世紀30年代就被用於建立長達幾個世紀的樹輪年表。由於氣候的季節性變化，生長在巴西亞馬孫洪泛平原地區的阿拉帕里樹（Macrolobium acaciifolium）形成了清晰的年輪結構，每年4到8個月的洪澇期會導致土壤缺氧，樹木生長停止，從而觸發休眠。
03
從年輪讀懂樹木的心情
我熱愛樹木，但我不是一個極端環保主義者。我只在兩種情況下認為樹木是有情感的生物：一是在給侄子讀《愛心樹》（The Giving Tree）繪本故事的時候，二是當我解釋樹木交叉定年（即比較不同樹木年輪的寬窄變化的過程）的時候。當樹木擁有足夠的食物和水，並且沒有其他樹與它們競爭或攻擊它們時，它們就會很高興。在快樂的年景，樹木生長順利，形成寬厚的年輪；在不那麼快樂的年景里，它可能遭遇乾旱、寒冷，或者被颶風刮掉枝葉，樹木用於生長的能量便由此損耗，形成較窄的年輪。因此，樹木的幸福程度受到氣候的強烈影響。樹木不僅受到季節性氣候變化的影響，在環境不利的季節休眠；而且還受到年際氣候變化的影響，在氣候不好的年份其生長被抑制。對於樹木來說，這些「惡劣氣候年份」是由寒冷還是乾旱造成的，取決於它們的生長地區。在美國西南部這樣的半乾旱地區，乾旱會抑制樹木生長，使得樹木在乾旱的年份形成狹窄的年輪。而在高山和北極地區，導致樹木形成狹窄年輪的則是寒冷而非乾旱。但是在一個給定的區域內，一旦惡劣氣候發生，無論是乾旱還是嚴寒，都會對這一年整個區域內大多數樹木的生長產生影響，形成狹窄的年輪。
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在美國西南部，乾旱的年份會導致大多數樹木形成狹窄的年輪，同樣地，樹木在降水量充足的年份會形成較寬的年輪。濕潤年份（樹木快樂）和乾旱年份（樹木不快樂）的變化信息被記錄到年輪寬窄的變化中，這種樹輪寬窄的變化模式就是我在第一章中提到的「莫爾斯電碼」。對不同樹木進行交叉定年的過程，就是在對比不同樹木年輪寬窄的變化模式。我們主要是通過觀察或者利用統計方法來實現交叉定年，最常見的情況是二者都會用到。我們先測量所有樣本的年輪寬度，然後通過觀察和統計的方式確定不同樣本寬窄變化的匹配模式。這些過程是在一個可移動的數字測量平台上進行的，只要點擊滑鼠就可以測量並記錄每個年輪的寬度。然而，測量大量樣本的年輪寬度是一件費時費力的工作。以研究樹輪年代而不是氣候變化為主要目標的科學家（例如樹輪考古學家），則可以繞過這些步驟。即便在沒有數字化設備幫助的情況下，他們也能通過觀察手中樣本的特徵，將樣本與自己記憶中的區域樹輪寬窄變化模式相比對，完成樣本的交叉定年，從而確定樹木的年代。
樹輪學家扎基亞• 哈桑•哈米西（Zakia Hassan Khamisi）正在使用與電腦相連的樹輪寬度測量平台對取自坦尚尼亞的斑馬木 （Brachystegiaspiciformis）樹盤進行寬度測量。這一操作平台還可以用來繪製年輪競窄變化圖。圖片由亞利桑那大學樹輪實驗室提供。
04
消失的年輪
在交叉定年的過程中遇到的一個障礙是偶爾出現的缺輪和偽輪。一些抗壓能力不強的樹木在極度乾旱的年份會放棄生長，導致樹木並未形成狹窄的年輪，而是直接把這一步跳了過去，造成缺輪。就好像這棵樹的心臟跳過了一拍，結果就少了一個年輪。這種消失的年輪在乾燥的環境和古老的樹木中更常見。1580年整個美國西南地區（包括加州）非常乾燥，導致很多樹木在那一年沒有生長，並未形成年輪。對於訓練有素的眼睛來說，大多數「丟失」的年輪都可以通過交叉定年輕而易舉地找到。如果你知道區域標準年表的樹輪寬窄變化模式，那麼樣本中缺失的年輪就會顯現出來。你將注意到，顯微鏡下看到的年輪寬窄變化比頭腦中標準的年輪寬窄變化少了一輪。
相反的情況也會發生，即一棵樹有時會在一年中形成一個以上的年輪，稱為偽輪。偽輪在季風氣候區的樹木中比較常見。晚春時節，夏季風來臨之前的乾旱可能會讓樹木誤以為秋天將至，在這種情況下，樹木會提早開始形成密度更大的晚材細胞；而當夏季風來臨後，樹木便意識到自己的錯誤，重新開始形成體積較大的早材細胞；當真正的秋天到來時，樹木就會在同一年形成第二層晚材細胞。在顯微鏡下，季風季節前形成的假晚材細胞與秋季形成的真晚材細胞很容易區分。偽輪中，假晚材細胞與後續季風季節形成的早材細胞之間的過渡是漸變的，而真晚材細胞與下一年形成的早材細胞之間是突變的，二者之間的界限非常明顯，由此就能夠識別出偽輪。偽輪在某些樹種(比如刺柏)當中更常見。就像缺輪一樣，偽輪可以通過交叉定年的方法被識別出來。如果缺輪和偽輪沒有被正確地識別和發現，就會導致年輪形成的時間被錯誤判斷，影響樹輪年表的準確性。
註：
[1] 目數是指單位面積砂紙內研磨材料的個數。粗砂紙的目數比較小，細砂紙和超細砂紙的目數比較大。
[2] 針葉樹的木質部細胞稱為管胞。
* 文本摘自《年輪里的世界史》
樹木不僅記錄了大自然變化的歷史，甚至還能揭示人類社會的歷史。在人類歷史的進程中，氣候變化仿佛一隻無形的大手，給那些偉大的帝國和文明的興起與沒落蒙上了一層「宿命」陰影。而這一切都能在樹輪中留下證據。
樹木年輪就像一張長達萬年、橫跨全球的「觀測網」，將氣候、災害與人類活動保留下來，讓我們可以通過更高的視角，在更長的時間尺度上，回顧過去的氣候—環境—社會變化歷史，審視我們當前所處的時代，思考我們可能走向的未來。
《年輪里的世界史》
作者：〔比利時〕瓦萊麗·特魯埃
譯者：許晨曦 安文玲
出版社：商務印書館
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