今年夏天，四組研究人員在美國賓夕法尼亞州西部的森林深處尋覓著一片古樹。其中一位科學(xué)家曾在 40 多年前找到過這些樹木，但它們?nèi)缃袼坪醪灰娏僳櫽啊?/p>

正當(dāng)這群人準(zhǔn)備放棄，轉(zhuǎn)頭前往另一片森林時(shí)，他們遇見了一位開著吉普車的司機(jī)。那是一位留著蓬松銀發(fā)的魁梧男性。他把研究團(tuán)隊(duì)指向了一叢看上去非常散亂的鐵杉。幾個(gè)小時(shí)后，他們終于找到了那些古樹。

這些研究人員所專注的科學(xué)領(lǐng)域被稱為樹木年代學(xué)或年輪學(xué)（dendrochronology）。那天的搜索正是一個(gè)雄心勃勃的研究項(xiàng)目的一部分。他們?cè)趯ふ颐绹鴸|北地區(qū)一些最古老的樹木，并為其取芯。

研究樹木年輪的顏色和大小，為科學(xué)家提供了對(duì)歷史的一瞥，讓他們能夠看到樹木和森林對(duì)極端氣候事件的反應(yīng)，比如過去發(fā)生的旱災(zāi)或者晚春出現(xiàn)的霜凍。

大尺度的森林干擾

在生態(tài)學(xué)中，干擾指的是在不同空間和時(shí)間尺度上偶然發(fā)生的、不可預(yù)知的事件，它們直接影響著生態(tài)系統(tǒng)的演變過程，并可能具有破壞性。

對(duì)溫帶森林而言，它們?cè)诖蟪叨壬匣旧咸幱谄胶鉅顟B(tài)。小型的干擾發(fā)生在個(gè)體承受的層面上，但總體而言，在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，比如幾個(gè)世紀(jì)甚至幾千年中，成分基本可以維持非常穩(wěn)定。

大約十年前，已經(jīng)有研究發(fā)現(xiàn)，情況并非總是如此。一些證據(jù)表明，250 年前的干旱和嚴(yán)酷的春季霜凍，影響了美國東南地區(qū)數(shù)百千米的不同森林。這些干擾突然殺死了一些樹木，但也加速了其他樹木的生長(zhǎng)。

類似這種大尺度的森林干擾，很有可能代表了極端氣候事件的發(fā)生。隨著氣候的變化，這種極端事件在未來很有可能不斷增加，因此了解更多關(guān)于它們?cè)谶^去發(fā)生的頻率，可能更能幫助我們認(rèn)清現(xiàn)狀。

為此，研究人員需要從年輪中尋找線索。

年輪中的隱藏信息

年輪看上去有些類似鏢靶上的同心圓，它展示了一棵樹的年齡，并暗示著它所經(jīng)歷的故事。比如簡(jiǎn)單來說，年輪的數(shù)目越多，樹就越老。淺色的年輪代表極端寒冷的年份。非常薄的木材則表示干燥的環(huán)境，樹木生長(zhǎng)受阻。

科學(xué)家通常需要從樹芯中提取 " 樹的記憶 "。當(dāng)旱災(zāi)來臨，颶風(fēng)到來，火災(zāi)侵襲，甚至昆蟲到來時(shí)，樹木無法像我們?nèi)祟惢蛘咂渌麆?dòng)物那樣逃跑甚至躲藏起來。但它們會(huì)把這些事件，還有這些 " 飽受虐待 " 的時(shí)間，記錄在它們的年輪上。從中提取到這些信息，就能了解樹木所經(jīng)歷的事件。

研究年輪的第一步自然就是獲取年輪樣本。對(duì)研究人員來說，這往往意味著在崎嶇的土路上驅(qū)車數(shù)十公里，然后穿著全套徒步旅行裝備，背著裝滿物資的背包，冒險(xiǎn)在上山下坡的路上長(zhǎng)距離行走，找到合適的樹木。

為了給樹木取芯，他們主要使用到的工具被稱為生長(zhǎng)錐。這種工具看上去像一個(gè)鉆頭和一個(gè)螺絲釘?shù)慕徊妗Ｋ鼈儽仨毷謩?dòng)將錐鉆過樹皮，進(jìn)入核心。當(dāng)它被扭出來時(shí)，就可以提取出鉛筆大小的年輪碎片。

生長(zhǎng)錐。（圖／Pacific Northwest Research Station, Flickr）

這種取樣會(huì)在樹上留下一個(gè)小傷口，但并不會(huì)對(duì)樹木造成致命的傷害。整個(gè)過程完全是體力活，大概需要兩到三個(gè)小時(shí)。隨后，研究人員還會(huì)在樹上做好標(biāo)記。

采集到的樣品會(huì)被送回實(shí)驗(yàn)室，用帶式砂光機(jī)仔細(xì)打磨光滑，之后還要經(jīng)過仔細(xì)的手工打磨。這有時(shí)是一個(gè)極其漫長(zhǎng)的過程，特別是對(duì)于那些年輪邊界并不是很明顯的物種。研究人員必須把樣品打磨到可以看到細(xì)胞結(jié)構(gòu)的程度，然后放在一個(gè)高倍顯微鏡下，將數(shù)據(jù)數(shù)字化。

接著，他們可以利用這些數(shù)據(jù)繪制出森林的長(zhǎng)期發(fā)育圖譜，并模擬出與氣候有關(guān)的天氣事件對(duì)森林健康的未來影響。

在這項(xiàng)新研究中，他們計(jì)劃在 35 片森林中對(duì) 2500 至 3500 棵樹進(jìn)行取芯。到目前為止，團(tuán)隊(duì)的足跡已經(jīng)遍布賓夕法尼亞州、紐約州、緬因州和新澤西州的森林。他們最終將積累 600 年的樹木生長(zhǎng)數(shù)據(jù)。

目前的研究也已經(jīng)初步發(fā)現(xiàn)了一些信息。例如，他們花了幾個(gè)小時(shí)才找到的那些古老的鐵杉顯示，兩棵最古老的樹可以追溯到 1490 年。這些樹木都經(jīng)歷了 15 世紀(jì)和 16 世紀(jì)兩段嚴(yán)重的長(zhǎng)期干旱，在所謂的 16 世紀(jì)大旱災(zāi)中幸存了下來。那次干旱影響了從墨西哥部分地區(qū)到美國大陸大部分地區(qū)。這場(chǎng)災(zāi)害可能減緩了這些樹木的生長(zhǎng)，讓這些樹木比大多數(shù)都要小一些。

這些樹木還揭示出了1816 年 " 無夏之年 "的跡象。那一年，印度尼西亞的一次大規(guī)模的火山噴發(fā)，讓歐洲和北美變得異常寒冷且潮濕。

以史為鑒

這項(xiàng)研究有望讓我們更深入地了解氣候事件和森林干擾之間的關(guān)系，從而幫助科學(xué)家更好地預(yù)測(cè)不同氣候情況下的森林反應(yīng)。

對(duì)這些熟悉森林的專家來說，野外同樣是讓人對(duì)自然產(chǎn)生敬畏和謙卑感的場(chǎng)所，不同的風(fēng)景，歷經(jīng)滄桑的巖層，還有各種野生動(dòng)物，都講述著自然的故事。

在取樣過程中他們已經(jīng)注意到，幾乎他們踏足的每一片森林，都在受到疾病或昆蟲的影響，從而喪失著物種多樣性。即使是這些在過去幾個(gè)世紀(jì)中受到人類直接干擾最少的森林，也在很大程度上承受著各種間接影響。