听说有的人数学很好，却不会数年轮？
考考大家伙儿，
所有的树木都有年轮么？
为什么你总也数不清年轮？
我们能从平平无奇的年轮身上扒出多少秘密？
年轮是大自然的档案袋，还是不可篡改的那种，阳光、降雨、温度、土壤条件都老老实实记在上面了，等着有缘人去破译它。但它的功能远远不止揭示树木年龄和气候这么简单，今天就让我们来好好扒扒它！
所有的树都有年轮么？
想要知道是不是所有的树都有年轮，我们首先得看看年轮是怎么形成的。
春夏季阳光充足，雨水充沛，树木蹭蹭蹭地长，细胞长得个儿大壁薄，材质上表现得比较疏松，颜色较浅，称为“早材”；秋季转凉，树木生长放缓，细胞长得个儿小壁厚的，材质上表现得比较致密，颜色较深，称为“晚材”。
早晚材具体的生长季节取决于物种和环境因素
早材与晚材交替，形成深浅相间的同心圆环，这便是“年轮”。
巨杉标本于原树30米高处截取
摄影：未末
中国科学技术馆展示了一棵巨杉标本（巨杉是世界上体积最大的树种），其于公元前571年-公元1979年生长在美国加利福尼亚州，活了2550年，后来在冬季的一场风暴中倒下。
“马克吐温”很可能是人类见过的最大生命体
图源：Facebook
关于年轮还有一块十分著名的展览品--展出于美国自然博物馆的巨杉“马克吐温”的标本，它于1891年被砍伐，在这块切面的年轮上，标注了自它从诞生以来西方世界所发生过一些重大事件，比如公元1147年的第二次十字军东征，公元1815年的滑铁卢战役……
由于年轮是春材和秋材交替形成的，所以一般生长在四季分明的气候区才会形成年轮，而一些热带乔木因为终年匀速生长，不形成年轮。
右上：温带森林树木年轮十分明显
右下：热带雨林的乔木未形成明显年轮
图源：jircas.go.jp
形成年轮的树木也并不总是中规中矩的一年一轮，例如马尾松、红豆杉等亚热带乔木一年有两个生长季，因此一年会长出两层生长轮，更有卷王柑橘属的树木，一年可能形成三轮。
就算是平时一年长一圈的树木也并不总是老老实实，有的长着长着偷个懒（遭遇极端天气，病虫害等）不长了，称为“缺失年轮”；有的长着长着作个弊（气候冷热交替异常），一年猛长个两三轮，称为“伪年轮”。
Double处指示为“伪年轮”
图源：文献[2]
上面我们讲的都是木本植物的年轮，那草本植物是否也有年轮呢？
🔈：既然我都这样问了，那肯定就是有了！
多年生草本植物的茎叶在生长季结束后枯死，但根系通常会持续生长多年，发生次生生长后在宿存的根上生长出一个新的年轮。
研究表明生长在北半球，有明显季节性地带的多年生双子叶草本植物中，约有三分之二显示出相当清晰的年轮。
美吊钟柳（Penstemon venustus）用间苯三酚染色后呈现出的年轮线，图源：Wikipedia
研究年轮需要砍树么？
研究年轮需要大量的材料，那是不是需要砍伐大量的树呢？
我们比较熟悉的材料是树盘👇
摄影：未末
但树盘一般取自已经死去的树木，所以更常用的研究材料其实是“树芯”。利用一个叫“生长锥”的工具，将其中的空心钻对着大树钻进去，然后利用前端带有牙齿的掏尺就可以获得最原始的细小树芯。
视频来源：Youtube
经过打磨就可以显现出清晰的年轮，然后将其固定在凹槽上。
树芯长度为茎干半径
摄影：未末
取芯虽然会伤害到树皮和运输水分的边材，但受损面积较小，树木会在随后几年通过分泌树脂把这个细小的树洞补上，科研人员也会在取完样芯后通过涂抹凡士林的方法来加速树木痊愈。
样芯处理好之后就到了十分关键的数年轮环节了！最外层是最新生长的年轮，所以应该从最外层开始倒着往里数，但这可不是单纯的数圈圈这么简单，一般树木活个几百年就已经是大寿星了，要想知道上千年前的故事，通常还得依靠“交叉定年”。
假如有三棵属于同一个物种的树，每棵树都有五百岁，但是生长在不同的时期。如果他们生活在同一环境，有共同的生长时期，它们的年轮上就有相似的特征。这样通过比较，就能玩接龙游戏了（bushi）。
图源：文献[2]
以还活着的树或已知砍伐年代的树木样本为时间基点，一圈圈反推回去，可以建立几千年甚至上万年的树轮年表。“交叉定年”还可以使科研人员辨别出“伪年轮”和“缺失年轮”。
年轮揭示了什么秘密？
在过去几十年间，研究人员通过对现生立木（还活着，站着的树木）、历史建筑、考古遗址、艺术品和家具中的木材进行交叉定年，形成了欧洲大区域的树轮年表网络，继而开拓了诸多新的研究领域。例如：
对德国新石器时代的聚落遗址进行定年，重建了当时的聚落史与建筑史。
对低音提琴等木制乐器进行定年，以验证历史艺术品的年代，继而评估乐器的价值。
对油画的画板进行定年，从而为文艺复兴时期的艺术史提供更详实的资料
对古沉船进行定年，从而研究造船史与木材贸易史等
既然可以精确定年，那考古自然少不了年轮，考古遗址中的古木年轮，能用于确定墓葬或遗址的年代，并帮助判定不同族群的迁徙历史。
在青海省柴达木盆地发现了大量使用祁连圆柏（Juniperus przewalskii）搭建的古墓，干旱的环境使古墓中的原木保存良好，而且古墓周边地区生长着树龄长达千年的祁连圆柏林，这些树木可作为基准与古代原木进行交叉定年，从而为都兰热水古墓群的 7 座墓葬提供了精确年代，成为了确认墓主人民族与身份的直接证据。
祁连圆柏及其生长环境
图源：文献[6]
如果数年轮圈数可以定年份的话，数年轮宽窄便可以看气候。一般来说，年轮宽表示那年光照充足，风调雨顺；若年轮较窄，则表示那年气候恶劣，树木长不动了。人脑的记忆会随着时间慢慢模糊消退，但大树的记忆是十分牢固的。自然的故事一旦写进树轮的档案袋便不会再被篡改。
树轮宽度还取决于树龄、树木大小、温度、日照、降雨等因素
摄影：未末
如今对气候的了解基本来源于气象站，然而新中国成立以前很少有气象站，那怎么获得更长时间尺度的气候信息呢？
气象站百叶窗，内置多种仪器，可测量温度，降水，风力等
树木年轮可帮了咱不少忙，因其具有空间分布广、易于采样、时间序列长、定年精确、记录连续性好、时间分辨率高等一长串优点，一举成为最受青睐的材料之一。
全球气候变暖已经是人尽皆知的事实，依据是什么呢？IPCC（政府间气候变化专门委员会）出具的一千年范围的地表温度变化表中，就有超过一半的证据来源于树木年轮。年轮以前长得窄，最近一百多年变宽了。
红线为气象站数据，蓝线包括树木年轮、珊瑚、冰芯和历史记录
图源：IPCC气候变化报告
除了能够扒出当时的光照和水分信息，树木年轮宽度，密度，细胞形态，化学元素含量等还可以解锁以下历史事件👇
森林火灾、病虫害、二氧化碳浓度、环境污染、河流径流量变化、极端水文事件、冰川进退、湖泊水位变化、森林演替和更新、林木生长量和植被覆盖变化、厄尔尼诺-南方涛动（ENSO）指数、火山喷发、地震，甚至太阳活动、陨石撞击、宇宙射线等！
例如下面这棵红松（你平时磕的松子可能就是来自红松的种子）在1892年和1923年都遭遇了火灾，形成了黑色火疤，却仍顽强的活了下来。
再烧一次我都要练出火眼金睛啦！
摄影：未末
还有啥可以保存“史料”？
除了树木年轮之外，还有一些保存着珍贵气候“史料”的特殊研究材料，它们共同书写了一部宏伟的“自然编年史”巨著，下面介绍其中三种常见材料👇
冰芯
冬季雪粒细而紧密；夏季雪粒粗而疏松，由此形成的冰层在冬夏季具有明显的层理结构差异，且雪层沉积并封存了反映当时大气特征的气体和飘浮物。
图源：icecores.org
珊瑚
珊瑚虫堆积钙质骨骼（珊瑚礁的来源）的速率，会受到水温季节性变化的影响，而产生疏密间隔的生长层，由此可以重建海洋古气候。
孢粉
植物的孢子和花粉因其耐腐蚀、易散布、产量大等特性，能在沉积物中大量连续保存，其种属组成可以忠实地记录过去植物群落的组合特征，进而重建古植被和古气候。
显微镜下的花粉粒
最后来欣赏一曲年轮的奏乐：
👇
德国人Bartholomäus Traubeck根据木材颜色深浅和质地对应钢琴高低音，使一棵树“奏起了乐”。视频来源：Youtube
撰文 | 未末
部分图源 | 图虫创意
微信编辑 | 未末
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