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古氣候解碼

地球的氣候一直在變遷,研究古氣候有助探究氣候變化的成因及預測變化趨勢。然而,人類利用儀器實測氣象的數據只有三百多年,歷史紀錄匱乏,科學家如何獲取古代甚至遠在人類出現之前的氣象資料呢?

大自然悄悄保存着氣候的歷史,科學家透過研究樹木年輪、冰川、珊瑚及湖泊或海洋沉積物等天然物質,揭露古氣候的神秘面紗。例如冰芯中氣體的成份可以協助推算古代的氣溫,海洋沉積物中的微化石則可反映海洋環境的變化。由於我們無法直接以儀器精確測量古氣候例如溫度,這些物質就成為了「代用指標」,讓科學家從保存下來的資料研究古氣候,以間接研究代替直接測量,解讀地球歷史和環境演化。

來自雲南麗江玉龍雪山的樹木樣本(長苞冷杉)顯示出一圈圈的年輪,現時展示於賽馬會氣候變化博物館

由美國天文學家道格拉斯於十九世紀提出,樹木年輪是其中一個常用的研究「代用指標」。樹輪是樹木生長的主要特徵,樹木生長時不但長高,樹圍(樹幹的圓周)也會增加,樹木的季節性生長每年形成一個可測量的同心環,即樹幹橫截面所見一圈圈的同心紋理。在陽光和雨水充沛的春夏季時,樹木生長速度較快,所產生的木質細胞體積較大、細胞壁較薄,形成樹輪中淺色的紋理;相反,秋冬樹木生長較慢,紋理則較深色和狹窄。因此,樹輪不但反映樹齡,紋理的形態和間距更會反映樹木所在的環境變化,如水文(大自然中水的變化如降水量、蒸發量等)、氣溫或季節更替的情況。樹輪間距相對較闊反映天氣和暖及降水充足,若有旱災或嚴寒,樹輪間距就會變窄,而特殊的環境變化如火災、地震等,亦會在樹木上烙下獨特印記。透過分析不同年代、地區的樹木,研究人員就可以大致掌握宏觀的環境變遷情況。

在樹木生命週期中,樹木的季節性生長每年形成一個可測量的同心環(可按圖放大)

有趣的是,並非所有樹木都適合樹輪研究,一般而言,在惡劣環境(包括供水和溫度)中生長的樹木較為適合。由於這些樹木成長大大受制於天然環境因素,因此它們對細微的氣候變化較其他樹木敏感。在乾旱和半乾旱地區,水源影響樹木的生長,因此樹輪生長能反映季節性濕度。在樹線(樹木生長的緯度及高度界限)附近的樹木,其生長受溫度限制,因此,樹輪可以反映季節性溫度差異。科學家一般會在同一地點採集多個樹木樣本,互相比對從而得出結論。現時全球至少有十二間大型實驗室從事有關的研究,並已搜集超過四千個考察地點的數據,覆蓋除南極洲以外的六大洲。

隨着研究工具和技術的進步,不論是活樹、枯樹或是樹化石,科學家都可能從中取得有用的資訊,「樹輪氣候學」成為解構古氣候的一項重要研究工具。有興趣了解和親身見證大自然的「時間囊」,不妨到賽馬會氣候變化博物館參觀這項最新展品,認識古氣候之餘,同時借古鑑今。

參考資料:

1.

NASA’s Jet Propulsion Laboratory. (2017). Tree rings provide snapshots of Earth's past climate. Retrieved from:https://climate.nasa.gov/news/2540/tree-rings-provide-snapshots-of-earths-past-climate/.

2.

The New York Times. (2019). Chronicles of the Rings: What Trees Tell Us. Retrieved from: https://www.nytimes.com/2019/04/30/science/tree-rings-climate.html

與本文相關的聯合國「可持續發展目標」包括:

目標9:產業、創新和基礎設施

建造具備抵禦災害能力的基礎設施,促進具有包容性的可持續工業化,推動創新

目標13:氣候行動

採取緊急行動應對氣候變化及其影響

目標15:陸地生物

保護、恢復和促進可持續利用陸地生態系統,可持續管理森林,防治荒漠化,制止和扭轉土地退化,遏制生物多樣性的喪失


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