树木年代学

简介

树木年代学是一种基于对树木年轮生长模式分析的科学年代测定方法。该技术可以将木材精确地追溯到日历年，并揭示有关特定年份气候的许多信息。

历史

树木年代学的起源

这项技术是 20 世纪发明的，由亚利桑那大学树木年轮研究实验室的创始人 A. E. Douglass 开发。

树木年代学在人类学中的应用

树木年代学历史上值得注意的案例

树木年代学用于验证碳年代测定技术

麦修撒拉

麦修撒拉（估计出生于公元前 2832 年）是加州怀特山脉的一棵狐尾松，它拥有 4,838 年的树龄，是目前已知和记录的最古老的活生物体。它以《圣经》中据称活了 969 年的麦修撒拉命名。为了防止破坏，它的确切位置目前尚未向公众公布。

普罗米修斯

普罗米修斯（又称 WPN-114）是已知最古老的非克隆生物的昵称，这是一棵约 5000 年树龄的大盆地狐尾松 (Pinus longaeva)，生长在美国内华达州东部一座山脉的树线处。这棵树于 1964 年 8 月 6 日被一名研究生和美国林务局工作人员为研究目的砍伐。砍伐这棵树仍然存在争议。事件的不同版本和背后的决策过程都存在，尽管许多基本事实是公认的。这个名字指的是神话人物普罗米修斯，他从神那里偷走了火并给了人类。

这棵树是生长在内华达州东部大盆地国家公园（自 1986 年以来）惠勒峰上一个旧冰川侧碛上的狐尾松群落的一部分。惠勒峰是蛇形山脉中最高的峰，也是内华达州境内最高的峰。上面的狐尾松群落被分为（至少）两个不同的亚群落，其中一个可以通过一条受欢迎的解说小径到达。然而，普罗米修斯生长在一个只能通过越野徒步旅行才能到达的地区。在 1958 年或 1961 年，一群欣赏这棵树所在的树林的自然学家为一些最大或最独特的树木命名，包括普罗米修斯。WPN-114 的名称是由最初的研究人员唐纳德·R·库里（Donald R. Currey）赋予的，指的是他在内华达州怀特派恩县为他的研究采集的第 114 棵树。

库里对这棵树的一部分进行年轮计数，结果是 4844 年。几年后，亚利桑那大学树木年轮研究实验室的唐纳德·格雷比尔（Donald Graybill）将其修正为 4862 年。然而，年轮计数是在树木原始发芽点以上约 2.5 米（8 英尺）处进行的树干横截面上进行的，因此最里面的较低年轮没有被计数。加上这棵树长到这个高度所需的时间，以及对估计的缺失年轮数量进行修正（这在生长在树线的树木中并不少见），这棵树被砍伐时可能至少有 5000 年的树龄。这使得它成为已知最古老的单体（即非克隆）生物，比加州怀特山脉舒尔曼树林的麦修撒拉树古老约 200 年。

普罗米修斯是否应该被认为是最古老的生物取决于人们对“最古老”和“生物”的定义。例如，某些发芽或克隆生物，如木馏油灌木或杨树，如果将整个克隆生物体视为一个整体，则其个体可能更古老。在这种标准下，最古老的活生物体是犹他州的一个名为潘多（Pando）的颤杨林，有 80,000 年的树龄。然而，在克隆生物体中，单个克隆茎的年龄远不如整体，并且在任何特定时间点，生物体的任何部分都不会特别古老。因此，普罗米修斯是迄今发现的最古老的非克隆生物，其最里面的木材有 5000 多年的历史。然而，有可能存在尚未确定年龄的更古老的标本。狐尾松的年龄极难确定，因为它们的生长极其扭曲，并且不再允许砍伐老树。

在 20 世纪 50 年代，树木年代学家们积极努力寻找最古老的活树种，以便利用对年轮的分析进行各种研究，例如评估过去的气候，对考古遗址进行年代测定，以及寻找最古老的生物体的基本问题。爱德华·舒尔曼（Edward Schulman）发现，加州怀特山脉和其他地区的狐尾松比迄今为止测定的任何树种都古老。这激发了人们寻找非常古老的狐尾松的兴趣，这些狐尾松可能比舒尔曼在 1957 年测定的麦修撒拉树还要古老，麦修撒拉树的树龄超过 4700 年。

唐纳德·R·库里（Donald R. Currey）是北卡罗来纳大学教堂山分校的研究生，他利用树木年代学技术研究小冰期的气候动力学。1963 年，他了解到蛇形山脉，特别是惠勒峰上的狐尾松种群。根据一些树木的大小、生长速度和生长形态，他相信山上有非常古老的标本，并对其进行取芯，发现了一些树木的树龄超过 3000 年。然而，库里无法从 WPN-114 获得连续的重叠取芯。这里，故事开始分歧。目前尚不清楚是库里要求还是林务局工作人员建议他砍伐并切开这棵树，而不是对其进行取芯。关于为什么无法获得取芯样本也存在一些不确定性。一个版本称他折断了或卡住了他唯一的长增量钻，并且在野外考察结束之前无法获得另一个，另一个版本称他折断了两个，而另一个版本暗示取芯样本很难获得，而且提供的样本也比完整切开的树木提供的更少的信息。

此外，人们对普罗米修斯在惠勒峰树林中的独特性存在不同的看法。有报道称，库里和/或授权砍伐树木的林务局工作人员认为这棵树只是树林中众多大型、非常古老的树木中的一棵，而其他人，其中至少有一人参与了决策和砍伐树木，则认为这棵树是独一无二的——显然比该地区的其他树木更古老。至少有一位参与其中的人说，库里当时知道这一点，尽管没有已知的证据表明库里本人承认他知道这一点，而其他人则反驳这棵树显然比其他树木更古老。

另一个不确定因素是，考虑到库里正在研究的主题，砍伐这样一棵古老的树木是否必要尚不清楚。由于小冰期开始不超过 600 年，因此许多树木可能提供了他在那个时间段所需的信息。然而，在库里的原始报告中（库里，1965 年），他将小冰期定义为从公元前 2000 年到现在的时期，因此将冰期的定义时间比目前接受的范围长得多。当时人们是否普遍认同这一点尚不清楚。在文章中，库里指出，他切开这棵树，是为了解决这样一个问题：最古老的狐尾松是否一定局限于加州的怀特山脉（正如一些树木年代学家一直声称的那样），而不是为了研究小冰期。

无论原因如何，这棵树在 1964 年 8 月被砍伐并切开，并用几个部分运出进行处理和分析，首先是库里进行分析，然后是其他人多年后进行分析。这些部分或部分碎片最终出现在不同的地方，其中一些对公众开放，包括：大盆地国家公园游客中心（内华达州贝克）、埃利会议中心（内华达州埃利）、亚利桑那大学树木年轮研究实验室（亚利桑那州图森）以及美国林务局的森林遗传学研究所（加州普莱瑟维尔）等。

有人认为，砍伐这棵树是保护狐尾松，特别是惠勒峰树林的一个重要因素。在砍伐这棵树之前，人们就一直提议将这座山和相邻区域划为国家公园，并在事件发生 22 年后，该地区最终获得了国家公园的地位。

目前最古老的树木麦修撒拉的确切位置由管理机构美国林务局保密。由于该物种在树木年代学研究中的重要性，所有狐尾松，无论是站立的还是倒下的，现在都受到保护。

树木

许多温带地区的树木每年长一个年轮，最新的年轮位于树皮下方。树木的一生中，都会形成一个逐年记录的年轮模式，反映了树木生长时的气候条件。充足的水分和较长的生长季节会导致年轮较宽。干旱年份则会导致年轮非常窄。同一地区的树木在特定时期内往往会形成相同的年轮宽度模式。这些模式可以进行比较，并逐年与生长在同一地理区域且处于类似气候条件下的树木进行匹配。通过将这些树木年轮模式追溯到过去，可以建立年代序列。因此，可以将古代建筑的木材与已知的年代序列进行匹配（称为“交叉测年”），从而精确确定木材的年代。交叉测年最初是通过目视检查进行的。如今，计算机被用于进行统计匹配。

为了消除树木年轮生长中的个体差异，树木年代学家将多个树木样本的年轮宽度进行平滑平均，建立一个年轮历史记录。这个过程被称为复制。一个开始和结束日期未知的年轮历史被称为“浮动年代序列”。它可以通过将开始或结束部分与另一个已知日期的年代序列（年轮历史）的结束部分进行交叉匹配来确定其日期。完全确定的年代序列可以追溯到 10000 多年前，例如来自南德意志 (美因河和莱茵河) 的河流橡树。美国西南部 (加州怀特山脉) 的狐尾松则存在一个可追溯到 8500 年前的完全确定的年代序列。

在气候相对可预测的地区，树木会根据不同年份的天气、降雨量、温度等因素形成具有不同属性的年轮。这些变化可以用于推断过去的气候变化——参见树木气候学。

木材核心样本用于测量年轮的宽度。通过采集来自特定区域不同地点和不同岩层样本，研究人员可以建立一个综合的历史序列，并将其纳入科学记录中；例如，在建筑物中发现的古代木材可以被测年，以表明其来源树木的生长时间，从而为木材的年代设定一个上限。一些树种比其他树种更适合进行此类分析。同样，在树木生长在边缘条件（例如干旱或半干旱）地区的地区，树木年代学技术的准确性要高于潮湿地区。这些工具在考古学中对于测定美国西南部干旱地区印第安人悬崖住房的木材年代非常重要。

科学价值树木年代学的一个好处是，它提供了可准确追溯到具体年份的曾经活着的材料样本，可作为放射性碳测年的校准和检查工具。狐尾松寿命极长，生长缓慢，已被用于此目的，现存和死去的样本提供了可以追溯到数千年前的年轮模式。在某些地区，为了测年目的，可以获得超过 10000 年的序列。

然而，树木年代学家面临着许多障碍，包括一些生活在树木中的蚂蚁物种，它们会在木材中延伸其通道，从而破坏年轮结构。

冰芯和年纹层 (湖泊或河流中的沉积层) 也存在类似的季节性模式。冰封湖泊和无冰湖泊的冰芯沉积模式会因沉积物细度的不同而有所不同。这些被用于类似于树木年代学的测年方式，这些技术与树木年代学相结合，用于填补空白并扩展考古学家可获得的季节性数据的范围。

虽然考古学家可以使用这种技术来确定木材的年代和伐木时间，但可能难以确定木材所在建筑物的年代。木材可能来自更古老的建筑，可能被砍伐后存放多年才使用，或者可能用来替换损坏的木材。

方法

可进行树木年代学测年的树木

棕榈树问题

解读年轮

不准确性

跳过年轮

增加年轮