樹木年代學

英國布里斯托動物園中一個未知樹種的年輪

顯示年輪的松樹樹樁

用於樹木年代學取樣的取芯器

簡介

樹木年代學是一種基於對樹木年輪生長模式分析的科學年代測定方法。該技術可以將木材精確地追溯到日曆年，並揭示有關特定年份氣候的許多資訊。

歷史

樹木年代學的起源

這項技術是 20 世紀發明的，由亞利桑那大學樹木年輪研究實驗室的創始人 A. E. Douglass 開發。

樹木年代學在人類學中的應用

樹木年代學歷史上值得注意的案例

樹木年代學用於驗證碳年代測定技術

麥修撒拉

麥修撒拉（估計出生於公元前 2832 年）是加州懷特山脈的一棵狐尾松，它擁有 4,838 年的樹齡，是目前已知和記錄的最古老的活生物體。它以《聖經》中據稱活了 969 年的麥修撒拉命名。為了防止破壞，它的確切位置目前尚未向公眾公佈。

普羅米修斯

普羅米修斯（又稱 WPN-114）是已知最古老的非克隆生物的暱稱，這是一棵約 5000 年樹齡的大盆地狐尾松 (Pinus longaeva)，生長在美國內華達州東部一座山脈的樹線處。這棵樹於 1964 年 8 月 6 日被一名研究生和美國林務局工作人員為研究目的砍伐。砍伐這棵樹仍然存在爭議。事件的不同版本和背後的決策過程都存在，儘管許多基本事實是公認的。這個名字指的是神話人物普羅米修斯，他從神那裡偷走了火併給了人類。

這棵樹是生長在內華達州東部大盆地國家公園（自 1986 年以來）惠勒峰上一個舊冰川側磧上的狐尾松群落的一部分。惠勒峰是蛇形山脈中最高的峰，也是內華達州境內最高的峰。上面的狐尾松群落被分為（至少）兩個不同的亞群落，其中一個可以透過一條受歡迎的解說小徑到達。然而，普羅米修斯生長在一個只能透過越野徒步旅行才能到達的地區。在 1958 年或 1961 年，一群欣賞這棵樹所在的樹林的自然學家為一些最大或最獨特的樹木命名，包括普羅米修斯。WPN-114 的名稱是由最初的研究人員唐納德·R·庫裡（Donald R. Currey）賦予的，指的是他在內華達州懷特派恩縣為他的研究採集的第 114 棵樹。

庫裡對這棵樹的一部分進行年輪計數，結果是 4844 年。幾年後，亞利桑那大學樹木年輪研究實驗室的唐納德·格雷比爾（Donald Graybill）將其修正為 4862 年。然而，年輪計數是在樹木原始發芽點以上約 2.5 米（8 英尺）處進行的樹幹橫截面上進行的，因此最裡面的較低年輪沒有被計數。加上這棵樹長到這個高度所需的時間，以及對估計的缺失年輪數量進行修正（這在生長在樹線的樹木中並不少見），這棵樹被砍伐時可能至少有 5000 年的樹齡。這使得它成為已知最古老的單體（即非克隆）生物，比加州懷特山脈舒爾曼樹林的麥修撒拉樹古老約 200 年。

普羅米修斯是否應該被認為是最古老的生物取決於人們對“最古老”和“生物”的定義。例如，某些發芽或克隆生物，如木餾油灌木或楊樹，如果將整個克隆生物體視為一個整體，則其個體可能更古老。在這種標準下，最古老的活生物體是猶他州的一個名為潘多（Pando）的顫楊林，有 80,000 年的樹齡。然而，在克隆生物體中，單個克隆莖的年齡遠不如整體，並且在任何特定時間點，生物體的任何部分都不會特別古老。因此，普羅米修斯是迄今發現的最古老的非克隆生物，其最裡面的木材有 5000 多年的歷史。然而，有可能存在尚未確定年齡的更古老的標本。狐尾松的年齡極難確定，因為它們的生長極其扭曲，並且不再允許砍伐老樹。

在 20 世紀 50 年代，樹木年代學家們積極努力尋找最古老的活樹種，以便利用對年輪的分析進行各種研究，例如評估過去的氣候，對考古遺址進行年代測定，以及尋找最古老的生物體的基本問題。愛德華·舒爾曼（Edward Schulman）發現，加州懷特山脈和其他地區的狐尾松比迄今為止測定的任何樹種都古老。這激發了人們尋找非常古老的狐尾松的興趣，這些狐尾松可能比舒爾曼在 1957 年測定的麥修撒拉樹還要古老，麥修撒拉樹的樹齡超過 4700 年。

唐納德·R·庫裡（Donald R. Currey）是北卡羅來納大學教堂山分校的研究生，他利用樹木年代學技術研究小冰期的氣候動力學。1963 年，他了解到蛇形山脈，特別是惠勒峰上的狐尾松種群。根據一些樹木的大小、生長速度和生長形態，他相信山上有非常古老的標本，並對其進行取芯，發現了一些樹木的樹齡超過 3000 年。然而，庫裡無法從 WPN-114 獲得連續的重疊取芯。這裡，故事開始分歧。目前尚不清楚是庫裡要求還是林務局工作人員建議他砍伐並切開這棵樹，而不是對其進行取芯。關於為什麼無法獲得取芯樣本也存在一些不確定性。一個版本稱他折斷了或卡住了他唯一的長增量鑽，並且在野外考察結束之前無法獲得另一個，另一個版本稱他折斷了兩個，而另一個版本暗示取芯樣本很難獲得，而且提供的樣本也比完整切開的樹木提供的更少的資訊。

此外，人們對普羅米修斯在惠勒峰樹林中的獨特性存在不同的看法。有報道稱，庫裡和/或授權砍伐樹木的林務局工作人員認為這棵樹只是樹林中眾多大型、非常古老的樹木中的一棵，而其他人，其中至少有一人參與了決策和砍伐樹木，則認為這棵樹是獨一無二的——顯然比該地區的其他樹木更古老。至少有一位參與其中的人說，庫裡當時知道這一點，儘管沒有已知的證據表明庫裡本人承認他知道這一點，而其他人則反駁這棵樹顯然比其他樹木更古老。

另一個不確定因素是，考慮到庫里正在研究的主題，砍伐這樣一棵古老的樹木是否必要尚不清楚。由於小冰期開始不超過 600 年，因此許多樹木可能提供了他在那個時間段所需的資訊。然而，在庫裡的原始報告中（庫裡，1965 年），他將小冰期定義為從公元前 2000 年到現在的時期，因此將冰期的定義時間比目前接受的範圍長得多。當時人們是否普遍認同這一點尚不清楚。在文章中，庫裡指出，他切開這棵樹，是為了解決這樣一個問題：最古老的狐尾松是否一定侷限於加州的懷特山脈（正如一些樹木年代學家一直聲稱的那樣），而不是為了研究小冰期。

無論原因如何，這棵樹在 1964 年 8 月被砍伐並切開，並用幾個部分運出進行處理和分析，首先是庫裡進行分析，然後是其他人多年後進行分析。這些部分或部分碎片最終出現在不同的地方，其中一些對公眾開放，包括：大盆地國家公園遊客中心（內華達州貝克）、埃利會議中心（內華達州埃利）、亞利桑那大學樹木年輪研究實驗室（亞利桑那州圖森）以及美國林務局的森林遺傳學研究所（加州普萊瑟維爾）等。

有人認為，砍伐這棵樹是保護狐尾松，特別是惠勒峰樹林的一個重要因素。在砍伐這棵樹之前，人們就一直提議將這座山和相鄰區域劃為國家公園，並在事件發生 22 年後，該地區最終獲得了國家公園的地位。

目前最古老的樹木麥修撒拉的確切位置由管理機構美國林務局保密。由於該物種在樹木年代學研究中的重要性，所有狐尾松，無論是站立的還是倒下的，現在都受到保護。

樹木

許多溫帶地區的樹木每年長一個年輪，最新的年輪位於樹皮下方。樹木的一生中，都會形成一個逐年記錄的年輪模式，反映了樹木生長時的氣候條件。充足的水分和較長的生長季節會導致年輪較寬。乾旱年份則會導致年輪非常窄。同一地區的樹木在特定時期內往往會形成相同的年輪寬度模式。這些模式可以進行比較，並逐年與生長在同一地理區域且處於類似氣候條件下的樹木進行匹配。透過將這些樹木年輪模式追溯到過去，可以建立年代序列。因此，可以將古代建築的木材與已知的年代序列進行匹配（稱為“交叉測年”），從而精確確定木材的年代。交叉測年最初是透過目視檢查進行的。如今，計算機被用於進行統計匹配。

為了消除樹木年輪生長中的個體差異，樹木年代學家將多個樹木樣本的年輪寬度進行平滑平均，建立一個年輪歷史記錄。這個過程被稱為複製。一個開始和結束日期未知的年輪歷史被稱為“浮動年代序列”。它可以透過將開始或結束部分與另一個已知日期的年代序列（年輪歷史）的結束部分進行交叉匹配來確定其日期。完全確定的年代序列可以追溯到 10000 多年前，例如來自南德意志 (美因河和萊茵河) 的河流橡樹。美國西南部 (加州懷特山脈) 的狐尾松則存在一個可追溯到 8500 年前的完全確定的年代序列。

在氣候相對可預測的地區，樹木會根據不同年份的天氣、降雨量、溫度等因素形成具有不同屬性的年輪。這些變化可以用於推斷過去的氣候變化——參見樹木氣候學。

木材核心樣本用於測量年輪的寬度。透過採集來自特定區域不同地點和不同岩層樣本，研究人員可以建立一個綜合的歷史序列，並將其納入科學記錄中；例如，在建築物中發現的古代木材可以被測年，以表明其來源樹木的生長時間，從而為木材的年代設定一個上限。一些樹種比其他樹種更適合進行此類分析。同樣，在樹木生長在邊緣條件（例如干旱或半乾旱）地區的地區，樹木年代學技術的準確性要高於潮溼地區。這些工具在考古學中對於測定美國西南部乾旱地區印第安人懸崖住房的木材年代非常重要。

科學價值 樹木年代學的一個好處是，它提供了可準確追溯到具體年份的曾經活著的材料樣本，可作為放射性碳測年的校準和檢查工具。狐尾松壽命極長，生長緩慢，已被用於此目的，現存和死去的樣本提供了可以追溯到數千年前的年輪模式。在某些地區，為了測年目的，可以獲得超過 10000 年的序列。

然而，樹木年代學家面臨著許多障礙，包括一些生活在樹木中的螞蟻物種，它們會在木材中延伸其通道，從而破壞年輪結構。

冰芯和年紋層 (湖泊或河流中的沉積層) 也存在類似的季節性模式。冰封湖泊和無冰湖泊的冰芯沉積模式會因沉積物細度的不同而有所不同。這些被用於類似於樹木年代學的測年方式，這些技術與樹木年代學相結合，用於填補空白並擴充套件考古學家可獲得的季節性資料的範圍。

雖然考古學家可以使用這種技術來確定木材的年代和伐木時間，但可能難以確定木材所在建築物的年代。木材可能來自更古老的建築，可能被砍伐後存放多年才使用，或者可能用來替換損壞的木材。

方法

可進行樹木年代學測年的樹木

棕櫚樹問題

解讀年輪

不準確性

跳過年輪

增加年輪