古樹年輪的祕密:典型自然歷史事件記錄,你知道的有幾件?

一、1000年前至少發生過兩次的超級太陽風暴

太陽表面噴發的風暴會導致大量粒子釋放,這些粒子侵襲地球,將與地球磁場發生交互反應,在極地區域產生美麗的極光現象。雖然太陽風暴能夠形成美麗的極光現象,但也存在損害人造衛星,導致大範圍停電的問題。目前,科學家研究樹木年輪證實1000年前至少有兩次超強太陽風暴,其強大程度被稱為"極端等級"。

科學家發現公元774-775年和公元993-994年樹木年輪放射性碳快速增多的軌跡,他們對當時出現這一現象的具體原因並不清楚。目前,一支研究小組發現當時冰核同時出現放射性碳增多。瑞典隆德大學地質學雷蒙德-穆施勒(Raimund Muscheler)說:"最新研究結果可能排除了其它暗示性解釋,因此證實極端太陽風暴導致放射性碳出現異常增多。"

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太陽風暴

超級太陽風暴每200年發生一次,上一次發生於1859年,科學家指出,未來如果出現超級太陽風暴將癱瘓通訊網絡,其中包括:GPS和手機網絡。當超級太陽風暴導致全球範圍停電,使十分之一的人造衛星癱瘓,破壞飛機和船隻導航系統,飛行員和船員必須通過傳統導航方式實現飛機和船隻的正常運行。

二、通古斯大爆炸造成樹木年輪異常

1908年6月30日,俄羅斯西伯利亞通古斯地區發生了一起能量超過廣島原子彈爆炸數百倍,甚至上千倍的巨大爆炸,2000多平方千米的森林瞬間化為灰燼。當時估計爆炸威力相當於2千萬噸TNT炸藥,Randall Carlson認為通古斯大爆炸是20世紀最重要的事件之一。這次大爆炸,使西伯利亞和北歐的上空佈滿了罕見的光華閃爍的銀雲,每當日落後,夜空便發出萬道霞光,夜間在倫敦的大街上可藉此光看報紙。

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通古斯大爆炸的大致位置

幾千千米外的英國監測到了這次爆炸時大氣次聲波壓力漲落的記錄。因爆炸而誘發的地震波及美國的華盛頓、印度尼西亞的爪哇島等地,同時,強大的衝擊波橫渡北海,使英國氣象中心監測到大氣壓持續20min左右的上下劇烈波動。

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圖片拍攝於1929年(Leonid Alekseyevich Kulik,俄羅斯礦物學家)

從1958年起,許多科學家對西伯利亞大爆炸地區進行了系列科學考察,對大量的土壤和植物進行了放射性劑量的測定,發現在爆炸中心的放射性劑量比距離30~40公里的地方高1.5~2倍,明斯克大學教授法希利亞夫博士認為:"迄今為止,此地區已發生了相當深刻的遺傳變化,不僅表現在植物上,而且表現在小昆蟲上。該地區出現了世界其他地方几乎找不到的各種蜜蜂和昆蟲。此外,一些樹和植物停止生長,而另一些樹木和植物則以幾倍的比率生長,有些甚至比1908年以前樹木和植物生長速度快幾百倍。"

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年輪異常檢測

樹木年輪變化顯示的1908年以後的樹木生長變化,大爆炸後生長加快(該樹位於通古斯大爆炸中心的4-5km處,圖片來自DLR Space Administration)。經過深入考察和研究後,法希利亞夫博士於1960年宣稱:"情況表明,這裡,尤其是爆炸中心曾出現一場全面的電磁紊亂,表明此地區遭到一場巨大的電磁颶風,摧毀了一切。"1961年,有一位科學家推算出西伯利亞大爆炸的光輻射能量大約佔總能量的30%,這個比例與核爆炸的光輻射能量基本近似。

三、樹木年輪提示13世紀蒙古帝國的擴張可能是受氣候的支持

一項研究發現,樹木年輪提示13世紀蒙古帝國的擴張可能一直受到了溫暖而不尋常地溼潤的氣候的支持,這種氣候很可能刺激的草原的生產力。科研人員常常把諸如干旱等有害的氣候條件與複雜社會的衰落聯繫起來。然而,幾乎沒有研究調查了有益的氣候條件與複雜社會的發展之間的聯繫。

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成吉思汗雕塑

Neil Pederson、Amy Hessl及其同事使用來自蒙古中部的西伯利亞松樹的年輪重建了1112年的水平衡記錄。這一記錄顯示了公元1211年到1225年之間的一個不尋常的高溼度時期,這一時期成吉思汗把蒙古帝國擴展成了歷史上最大的鄰接陸地帝國。研究人員提出,這一高溼度時期加強了草原的生產力,為成吉思汗的帝國提供了充足的能源和資源用於支持一個建立在馬和其他牲畜基礎上的文化。這些結果提示,蒙古的擴張並不是受到了乾旱的刺激,而是受到了牲畜生產以及草原生產力加強的刺激。

四、中國科學家利用樹木年輪記錄青藏高原冰川變化

被稱為"世界第三極"的青藏高原,擁有上萬條冰川,並分佈著亞洲眾多江河的源頭。科學家認為,瞭解青藏高原冰川的歷史變化,及其未來在氣候變暖背景下的影響十分重要,關乎人類生存環境。然而,由於高原地處偏遠,氣候惡劣,冰川觀測途徑稀缺,且目前大多數研究都是基於衛星數據,只能提供約近30年的短暫記錄。

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冰川

中國科學院青藏高原研究所朱海峰教授用一種獨特方式尋找冰川歷史的痕跡:樹輪。隨著冰川融化,冰河床上沉積物逐漸暴露,且會有新樹種開始生長。科學家可通過冰川退縮跡地上樹木的更新,來推斷幾十年甚至上百年前冰川退縮的時間。研究人員將重點放在包括西藏沙棘在內的三個樹種上。獲取樹輪並不需要砍樹,通過鑽取樹芯就能獲得年輪的樣本。知道了樹木年齡,就能解決最關鍵問題:冰川退縮後樹木用多長時間可以定居至退縮跡地上?

2014年,研究人員在巴基斯坦境內喜馬拉雅山最西端的南加帕爾巴特峰發現了一條冰川,根據史料圖片,判斷它於1934年開始退縮。經過一系列樹種選擇和取樣,研究人員找到了冰川遺蹟上最古老的一棵沙棘樹。"我們通過年輪計算出這棵樹是1945年出生的,減去1934年就是11年。所以我們知道冰川退縮後,沙棘樹經過11年就可以生長。"朱海峰說。有了這樣的時間數據,研究人員可以採樣相同的物種來計算青藏高原地區其他冰川消退的時間。

全球氣候變暖令冰川退縮日漸加劇,成為青藏高原最大威脅。根據中科院2018年在青藏高原綜合科考結果,青藏高原及其相鄰地區的增溫速度是全球平均值的兩倍,冰川面積退縮了15%。冰川退縮面積與地區產水總量間的動態平衡被打破,一些災害如冰崩、洪水等也隨之而來。通過樹木年輪的研究首次證實這種方法可用來記錄青藏高原的冰川活動,而且可以很精確。這對於瞭解幾十年至幾百年時間尺度上冰川對氣候變化的響應提供幫助,也為預測未來冰川的變化提供借鑑。

五、樹木年輪竟可以幫助推測考古遺址的年代

考古學家利用樹木年代學確定出德國海岸發現的一艘沉船的年代。研究者通過分析建造這艘船的木材的年輪,判斷這艘船木板的木材砍伐於1448-1449年的冬天。樹木年代學是研究樹木年輪的科學方法,能利用隱藏在古樹中的信息來確定考古遺址的年代。這種方法最初是為氣候學而發展起來的,如今對考古學家來說是一種無價的工具,根據遍佈六大洲4000多個考古遺址的樹年輪年表,考古學家可追溯回13000年的歷史。

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遺存樹木

當考古學家在考古發掘過程中保存木材時,要麼會切割完整的橫截面,要麼會提取橫截面核心,然後將其與地區年表進行比較,以找到匹配的樹木年輪模式,進而確定考古遺址的年代。不同年代的樹木標本可以揭示特定地點的建築浪潮,也可以揭示並未在當地砍伐的木材的遷移和貿易模式。

除了上面列出的幾個典型事件外,樹木年輪在記錄森林大火,推測火山、地震發生的年代以及蝗蟲大爆發,王朝的衰退等方面也有重要的研究價值。


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