年轮里的科学

年轮里的科学

年轮是由于树木内的细胞和导管每年重复一次由大到小，材质由松到密的变化，产生的色泽、质地不同的一圈圈环纹。

年轮常见于温带的乔木与灌木，通常每年一轮。在温带地区年轮界限明显。热带地区由于一年内气候变化不大，年轮就不明显。

年轮的类型分为三种：

1、急变，一个年轮中，早材和晚材界限明显，从早材过渡到晚材颜色突然变化。如云南松、马尾松、铁杉、落叶松等的木材都是这样。

2、渐变，一个年轮中，早材和晚材界限明显，从早材过渡到晚材颜色逐渐变化，如冷杉、云杉的木材都

论述年轮是否为木本植物茎的主要特征?有何科学价值?

年轮是木本植物茎的主要特征，木本植物一年的生长环境都有水分多少的时间段（分为雨季和旱季，温暖和寒凉）。对于植物而言，雨季就会更快的成长，成长的快。树木也是这样。树木之所以会长粗，就是因为树木的形成层不停地形成一层层的木质。树木当年形成的这一层木质就会相对不那么密实，颜色也较浅；成长的慢，树木当年形成的这一层木质就会很密实，颜色也较深。温暖和寒凉的时候也同理。由于颜色和密度的不同，就形成了年轮。

年轮的科学价值：

计算树木年龄

一个年轮代表着树木经历了所生长环境的一个周期的变化，通常其后是一年一个变化周期，所以年轮也就代表着一年中生长的情况。根据年轮的树木，可以推知树木的年龄，用来考查森林的年代。

2.了解当年气候条件

年轮的宽窄可以了解树木的经历以及树木与当时当地环境气候的关系。在优越的的气候条件下，树木生长的好，木质部增加的多，年轮也就较宽，反之年轮就窄。比如，树木最初的年轮一般比较宽，这表示那时它年轻力壮，生命力强；有时一棵树再出现了很多窄的年轮以后，突然出现有宽的年轮，这表明年轮宽的那几年，环境气候适宜，对树木生长有利。偏心年轮，说明树木两边环境不同，通常北半球朝南的一面较朝北的一面温暖，所以朝南的一面年轮较宽。

大树的年轮，也是一本“书”，从它身上，你能知道些什么呢？

选自年轮的运用
运用年轮的研究成果开始于本世纪初，这位学者是道格拉斯，他1867年出生于美国佛蒙特，后来到亚利桑那州建立起一个新气象站。1901年他开始到弗拉格斯塔夫附近一些伐木营地，考察那里新伐树木的年轮型式，想找出证据说明这些年轮中记录了以11年为周期的太阳黑子活动。他没有立即找到证据，但他注意到，一个地区和另一个地区的年轮型式似乎一无二致。例如，一个伐木营地新伐的树木，里面是两道薄薄的年轮，外面是三道厚厚的年轮，其他营地新伐的树木也是这样。人们可以推断，这种型式表明，两年是坏天气，三年是好天气。道格拉斯注意到，他发现的这种型式的年轮似乎在亚利桑那州北部到处皆有。
在本世纪的头20年中，道格拉斯继续研究年轮的型式。事实上，通过识别年轮来测定古老建筑的年代是道格拉斯的创举。美国西南部印第安人村庄的废墟，长期以来引起考古学家的兴趣。那些村庄原由工匠精心建造，其中有许多房屋显然已经使用了好多世纪，可是后来不知何故，那些村庄都废弃了。据估计，那些村庄早在公元前2000年就已存在。道格拉斯从1916年起开始考察印第安村庄废墟残留的木料，研究其年轮以确定其年化。到1929年，他终于制成一个“浮动”年表。
有文明传统的地方，在使用年轮方面可能出人意料，令人惊讶。比如说，在中世纪俄国的诺夫哥罗德，街上泥泞不堪，市民就往路面铺原木。一层陷进泥里就再铺一层，到现在至少有28条街已经堆满了一层又一层的原木，这些原木的年代从公元953年起一直到1462年，真是年轮博览会。又如，像伦勃朗和鲁本斯等艺术大师的油画，分析其橡木油画板上的年轮型式就可知作画的年代。
19世纪90年代,美国科学家道格拉斯创立了一个新的科学领域——树木年代学。树木年代学是一门把年轮当作过去气象类型标准的尺度来研究的科学。从树桩、木块及活树上可以看出年轮的宽窄。树木每年的生长在很大程度上取决于土壤的湿度：水分越充分，年轮越宽。通过对同一地区树木年轮的比较，可以分辨出每圈年轮的生长年代。然后，可以划分出每圈年轮所代
表的确切日期，如一次森林大火，一次滑坡事件的日期等。
上面所说的年轮应用，一般说来都属于年轮学的范围。现在这个学科的热门主题是从年轮中测出过去的气象以及气象的重大变化。
这项工作要比测定年代复杂得多，因为它取决于在不同年代生长的年轮之间的不同宽度。由于树之间和年轮之间都有其固有的变异性，我们可以说这棵树比另一棵树老5年，但难以断定年轮之间不同宽度的确切数字。
现代年轮学可以说起源于60年代生物学家弗里茨在亚利桑那大学的研究工作。弗里茨和他的同事仔细考察了塔克森附近一些树的生长过程，他们给树枝乃至整棵树都套上了塑料膜，以断定一棵树究竟摄取和放出了多少各种各样的气体。经过10个寒暑的工作，他们终于详尽地了解了一环年轮生长的全部过程。
年轮的生长并不像乍看起来那么简单。比如说，如果去年是树生长的大好年头，那么，树根伸展的范围会超过往年，这一年整个树的生长也会超过往年。同样，一个坏年头会使以后几年的生长速度减慢，而不管以后几年的气候如何。把树受到的各种影响分析出来是一项艰巨的任务，但是这项任务一旦完成，其成果就像年表一样有广泛的用途。
年轮与地理的关系
我们把美国西南部周围年轮的数据收集起来，同100年来的气象记录进行比较，就会看出年轮如何反映出气候。因此，对于没有气象记录的时期，我们从一环年轮形成的情况可以推断出当时的气候。弗里茨就这样把美国西部和太平洋北部的气象图编制到大约公元1600年。
年轮专家还研究了酸雨对美国东部森林的影响。哥伦比亚大学的戈登·雅各比解释说，随着树越长越老，年轮也变得越来越薄。这是正常的老化过程。因而可以得出结论：酸雨对树起着相反的作用。我们还必须比较气象数据以排除树生长减慢的其他可能原因。要证实酸雨的影响，必须找出正常条件以外的生长受阻情况。雅各比在新英格兰州周围的12个圈定地区中看到有3个地区受酸雨影响，其余9个地区没有受酸雨影响。
然而，在某些情况下，年轮也可以用来非常惊人地证明环境污染的影响。例如，亚利桑那大学一个研究小组发现，加拿大不列颠哥伦比亚省特莱尔一家铅矿冶炼厂对美国华盛顿州的树木生长发生了影响。那家工厂开工时，树木生长比正常情况相差很多。但是几年后工厂关门，树木生长情况恢复正常了。
年轮还记录了火山爆发。像圣海伦斯火山爆发时，大量灰尘和气体进入同温层，遮住大片阳光。这会使温度降到冰点以下，给树内留下一道叫做霜轮的特殊标记。亚利桑那大学的瓦摩尔·拉马舍及其同事们不久前研究了刺果松上的霜轮，发现其中有不少符合大火山爆发的情况。东印度群岛坦波拉火山爆发曾使1816年成了“没有夏天的一年”，那次火山爆发不仅给刺果松留下了霜轮，而且在南非的树上也发现有这种霜轮。公元前1626年出现了特别突出的霜轮，拉马舍认为这些霜轮可能是一次火山爆发造成的，那次火山爆发使爱琴海的桑托林岛一度消失。神秘的大西洲沉沦海中的故事，也可能是起源于那次火山爆发。拉马舍提出的年代，虽然有些考古学家还有争议，但它是迄今最确切的年代。用碳14法对那次火山爆发覆盖的工艺品测定的年代，与拉马舍提出的年代也一致。
年轮科学家开始认真研究的另一种短暂现象是地震。地震可以给树造成损害，使树在以后的一些年中产生较薄的年轮。哥伦比亚大学的戈登·雅各比让我看了一棵松树的树心横切面，它的薄年轮长得不规则，而且挤在一起，但以前它一直长得很好。1857年一次大地震震撼了加利福尼亚州南部的旷野，那棵树正好长在那儿。这样，那棵树就可以告诉我们，那段断层是什么时候处于活动时期的。
人们关心的另一个大问题就是：由于几世纪以来不断燃烧煤和石油，大气层中二氧化碳大量蓄积，从而造成未来的地球气温升高。年轮气象关系学国际计划的数据将扩展到公元1700年，这个年代比开始燃烧煤和石油的产业革命时期还要早得多。拉马舍说：“没有这种数据基础，大气层科学家要想确切地知道渐暖趋势，恐怕还要用10年到20年的时间去观察气温和二氧化碳。到那时，恐怕为时过晚了。”
树木无事不知，无所不晓。
如果我们不愚蠢，我们可以让树木的记忆向我们提供各种各样有用的知识，使我们既可通晓过去，也可预卜未来。

年轮的三个作用是什么？

树木年轮是在树木茎干的韧皮部里的一圈形成层。在一年中，形成层细胞分裂活动的快慢是随着季节变化而变动的。春天和夏天，气候最适宜树木生长，形成层的细胞就非常活跃，分裂很快，生长迅速，形成的木质部细胞大、壁薄、纤维少、输送水分的导管多。
到了秋天，形成层细胞的活动逐渐减弱，于是形成的木质部细胞就狭窄、壁厚、纤维较多、导管较少。春夏质地疏松，颜色较淡；秋季质地紧密，颜色较深。不同季节的深浅结合起来成一圆环，这就是树木一年所形成的木材，就是年轮。年轮图案同气温、气压、降水量有一定的关系。年轮可用于环境测试。根据树木的年轮，科学家不仅可以知道树木的年龄，还可以了解到许多重要的信息。年轮的宽窄与树林生长的气候有很大关系。如果树木生长时雨量丰富，阳光充足，气温适宜，年轮就宽；反之雨量稀少，气温偏低或偏高，阳光也不充足，年轮就狭窄。因此科学家往往要根据年轮的变化来推测自然历史和气候变迁的情况。

树木的年轮能告诉我们哪些信息？

年轮是树木在生长过程中受季节影响形成的，一年产生一轮。每年春季，气候温和，雨量充沛， 树木生长很快，形成的细胞体积大，数量多，细胞壁较薄，材质疏松，颜色较浅，称为早材或春材；而在秋季，气温渐凉，雨量稀少，树木生长缓慢，形成的细胞体积小，数量少，细胞壁较厚，材质紧密，颜色较深，称为晚材或秋材。同一年的春材和秋材合称为年轮。第一年的秋材和第二年的春材之间，界限分明，成为年轮线，表明材木每年生长交替的转折点。因此从主干基部年轮的数目，就可以了解这棵树的年龄。
生长在温带地区和有雨季、旱季交替的热带地区的树木才有年轮，而生长在四季气候变化不大的地区的树木则 年轮不明显。在树木的年轮上，蕴含着大量的气候、天文、 医学和环境等方面的历史信息。同时，在历史考古、林业研究、地质和公安破案等方面，年轮也起着重要的作用。
历史学上，常用年轮推算某些历史事件发生的具体年代。如在浩瀚的大海里，有历代沉没的大小船只，根据木船的花纹(年轮)可确定造船的树种；根据材质腐蚀状况确定沉船遇难的时代，及与该时代有关的某些历史事件。
气象学上，可通过年轮的宽窄了解各年的气候状况，利用年轮上的信息可推测出几千年来的气候变迁情况。年轮宽表示那年光照充足，风调雨顺；若年轮较窄，则表示那年温度低、雨量少，气候恶劣。如果某地气候优劣有过一定的周期性，反映在年轮上也会出现相应的宽窄周期性变化。美国科学家根据对年轮的研究，发现美国西部草原每隔11年发生一次干旱，并应用这一规律正确地预报了1976年的大旱。我国气象工作者对祁连山区的一棵古圆柏树的年轮进行了研究，并对不同的生长阶段予以科学的订正，推算出我国近千年来的气候以寒冷为主，17世纪20年代到19世纪70年代是近干年来最长的寒冷时期，一共持续250年。
在环境科学方面，年轮可以帮助人们了解污染的历史。 德国科学家用光谱法对费兰肯等3个地区的树木年轮进行研究，掌握了近120～160年间这些地区铅、锌、锰等金属元素的污染情况，经过对不同时代的污染程度的对比，找到了环境污染的主要原因。
在医学上，年轮对探讨地方病的成因有一定的作用。如在黑龙江和山东省一些克山病发病地区，发病率高的年份的树木年轮中的铂含量低于正常年份。这与目前地球化学病因的研究结果非常一致。
森林资源调查中，依据年轮的宽窄来了解林木过去几年的生长情况，预测未来的生长动态，为制订林业规划、确定合理采伐量、采取不同的经营措施提供科学依据。
近年来，美国又将年轮引入地震的研究中。他们认为，地震造成地面移动倾斜后，年轮上留下了树干力图保证笔直生长所做出努力的痕迹；又如根系横越断层或位于断裂附近，由于生长受到阻碍，该年形成的年轮就比较小。依此可以了解到当时地震的时间和强度，并能揭示地震史及周期，从而可以开展地震的预测预报。
年轮记录了大自然千变万化的痕迹，是一种极珍贵的科学资料，这一点已为人们所公认。为了观察年轮，人们可以用一种专用的钻具，从树皮宜钻入树心，然后取出一 薄片来，上面就有全部的年轮。这样不用砍倒树木，就可以知道树木的年龄，从而为科学家提供了研究的材料。近年来，日本又研制出一种观察年轮的新方法--CT扫描法。这种方法不但可用来观察树木的生长情况，而且还可以对古代建筑和雕刻等木材的内部状况了如指掌。
嘿嘿!~