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樹木年輪定年原理、取樣方法和分析方法
定年是考古分析中的一個(gè)重要方面之一,。在考古領(lǐng)域有許多斷代測年方法,，而樹輪定年是的一種定年方法,，可以到年，甚至到某個(gè)季節(jié),。樹輪年代學(xué)（Dendrochronology）,，也叫樹輪定年（Tree–ring Dating），是對樹木年輪年代序列的研究,，科學(xué)的樹輪年代學(xué)是美國的天文學(xué)者道格拉斯（Douglass）博士于二十世紀(jì)初研究建立起來的,。他用樹輪定年法測定了印第安人遺址中殘留樹木的樹輪，明確了遺址的年代,，于是這種方法在美國的年代學(xué)研究中得以確立,。自從科學(xué)的樹輪年代學(xué)建立以來，樹輪年代學(xué)有了長足的發(fā)展,。在建立長序列的年輪年表方面,，許多國家已經(jīng)建立了不同長度的年表，其中有兩條長序列的年輪年表,，一條是利用美國西南部考古遺址出土的木材樣本,，構(gòu)建了這一地區(qū)的年代學(xué)框架，建立了上萬年的刺果松（Pinus aristata）年輪年表,，另一條是德國建立了不間斷的可延續(xù)到整個(gè)全新世的10430年的櫟樹（Quercus）年輪年表,。利用長序列年輪年表不但對新石器時(shí)代的遺存進(jìn)行了定年，對古建,、古美術(shù)的木材樣本進(jìn)行定年,，而且對14C 年代進(jìn)行了校正，推測過去一些事件的年代,，河流的改道,，推測過去社會經(jīng)濟(jì)和文化狀況，聚落的居住史和建筑史等,?？傊诳脊艑W(xué)領(lǐng)域,，樹輪年代學(xué)主要有兩方面的作用,，一方面是利用樹木年輪分析判定過去人類文化遺存的年代，另一方面是對過去氣候（包括溫度,、降水）和環(huán)境進(jìn)行重建和研究,。因此，為了盡快地建立長序列的年輪年表,，有必要對樹輪年代學(xué)的原理,、分析方法和取樣方法幾個(gè)方面系統(tǒng)介紹，使考古工作者了解和掌握,，以便取到比較理想的木材樣本,。
一 樹輪年代學(xué)的原理
樹木樹干的形成層每年都有生長活動,，春季形成層細(xì)胞分裂快，個(gè)大壁薄,，在材質(zhì)上表現(xiàn)疏松而色淺,，稱為春材；由夏季到秋季,，形成層的活動漸次減低,，細(xì)胞分裂和生長漸慢，個(gè)小壁厚,，材質(zhì)上致密而色深稱為秋材,。樹木的年輪，就是樹干橫截面上木質(zhì)疏密相間的同心圓圈,。每一個(gè)年輪的寬度包括當(dāng)年的春材和秋材,。多數(shù)溫帶樹種一年形成一個(gè)年輪,因此年輪的數(shù)目表示樹齡的多少，年輪的寬窄則與相應(yīng)生長年份的氣候條件密切相關(guān),在干旱年份樹木生長緩慢,，年輪就窄,，在濕潤年份年輪就寬。同一氣候區(qū)內(nèi)同種樹木的不同個(gè)體,，在同一時(shí)期內(nèi)年輪的寬窄規(guī)律是一致的,。如果一段樹干內(nèi)層的一段年輪圖譜同另一段樹干外層的年輪圖譜一致，就說明二者有過共同的生長期,，生長年代能夠相互銜接,。如果我們以現(xiàn)生立木或已知砍伐年代的樹木樣本為時(shí)間基點(diǎn)，年代早一些的樣本與之有一部分年輪圖譜重疊,，他們就可以銜接,，就這樣一直能銜接下去，甚至可以銜接到遠(yuǎn)古時(shí)期,，這樣就可以建立長序列的樹木年輪年表,。
一旦建立了長序列的樹木年輪年表，就可以對未知年代的木材進(jìn)行分析和定年了,。假如從考古遺存中取到木材樣本,，首先對該木材樣本進(jìn)行樹輪分析,，建立該木材樣本的樹輪圖譜,，如果該木材樣本與已建立的合成年輪年表的木材樹種相同、又在同一氣候區(qū),，根據(jù)交叉定年原理與長序列的樹木年輪年表進(jìn)行比較,，就可以找到wei一的重合位置，從而確定該木材樣本的jue對年代,。
在溫濕的歐洲地區(qū),，樹輪基本沒有缺失輪,，常采用以上交叉定年方法。而在氣候干旱和半干旱的地區(qū),，樹輪中丟輪較多,，常采用美國的骨架定年方法，并根據(jù)中國的實(shí)際情況做出適當(dāng)調(diào)整,。
二 樹輪年代學(xué)的分析方法
（一）交叉定年工作程序
在定年前,，對所有的樣本都應(yīng)進(jìn)行一次目估，進(jìn)一步了解每一個(gè)樣本年輪的走向,、清晰程度,、是否有結(jié)疤、病腐等,，選取生長正常的部分定年,，這不僅有利于假年輪、丟失年輪的確定和識別,，定年準(zhǔn)確,，測量時(shí)不容易出錯(cuò)，而且在年輪分析時(shí),，如果有疑問,，還便于回查。
交叉定年工作程序如下：
1 年輪的標(biāo)記
將打磨好的樣本,，由髓心向樹皮方向,，每10年用自動鉛筆畫一個(gè)小點(diǎn)，每50年在垂直方向畫兩個(gè)小點(diǎn),，每100年在垂直方向畫3個(gè)小點(diǎn),。
2 畫骨架圖
一般采用美國亞利桑那大學(xué)樹木年輪研究實(shí)驗(yàn)室的交叉定年方法，即骨架示意圖方法對樹木年輪進(jìn)行定年,。該方法將樹輪寬度序列中的窄輪作為序列之“骨”,，識別后即以豎線的長短形式標(biāo)注在坐標(biāo)紙上。如果所視年輪比其兩側(cè)相鄰的年輪相對愈窄,，在坐標(biāo)紙相應(yīng)的年份位置上標(biāo)注的豎線就愈長,，而平均寬度的年輪不標(biāo)出，以空白表示,，極寬的年輪以字母W 標(biāo)注,。以此方法在坐標(biāo)紙上標(biāo)識出的窄輪分布型被看作是實(shí)際輪寬變化的“骨架”。每個(gè)樣本畫yi個(gè)骨架圖,。
3 比較
首先對同一棵樹上的兩個(gè)樹芯進(jìn)行比較,，是否窄輪重合，如果前一部分重合,，后一部分不重合,，那么,，往后移動一個(gè)或幾個(gè)年輪后，骨架又重合,，說明有可能缺輪,，要回到顯微鏡下重新確認(rèn)。確定好后再與另一個(gè)樣本用同樣的方法進(jìn)行比較,。直到所有的樣本的年輪數(shù)量準(zhǔn)確無誤為止,。
4 年代的確定
對于活樹的樣芯，外層年輪的年代是已知的,，由于前面幾步定年準(zhǔn)確無誤,，那么每個(gè)年輪的生長年代就能準(zhǔn)確定年。
如果古木樣本的年輪骨架與現(xiàn)代樣本的年輪骨架重疊,，那么每個(gè)年輪的生長年代也就能確定了,。
這里值的注意的是樣本后一年的確定的依據(jù)是樹輪的解剖學(xué)特征。比如：如果樣芯是2005年春季,、夏季采集的,，樹木已經(jīng)開始生長，在顯微鏡下,，后一個(gè)完整輪與樹皮之間看到顏色淺的針葉樹種的管胞或闊葉樹種的導(dǎo)管,，這說明測量的后一個(gè)年輪就是樹木砍伐年代的前一年或者是取樣年代的前一年，也就是2004年,。如果樣芯是2005年秋季到冬季采集的,，樹木已經(jīng)停止生長，在顯微鏡下,，后一個(gè)完整輪與樹皮之間只有顏色深的晚材細(xì)胞,，說明測量的后一個(gè)年輪就是樹木砍伐年代或者是取樣的年代，即2005年,。
對于考古樣本,，知道外層的年輪是否是砍伐年代是非常重要的。因?yàn)橹懒丝撤ツ甏?，就可以確定遺址的年代,。
遺憾的是考古遺址中發(fā)掘出的木材經(jīng)常表面腐爛，不知道損失了多少年輪,，在這種情況下,，我們只能有把握地說，樹木死于或砍伐于外層年輪的年代之后,。
那么,，如何確定遺址的年代呢？
種情況：如果確定了jue對年代的樣本有樹皮,，就可以根據(jù)木材外層年輪的年代,，至少可以卡定這個(gè)遺存的上限，也就是說該遺址的年代不早于木材外層年輪的年代,，如果木材是現(xiàn)伐現(xiàn)用的,，那么，遺存的年代就能確定,。
第二種情況：如果一個(gè)遺址中多數(shù)樣本結(jié)束于同一年,，說明這些樣本外層木質(zhì)部沒有腐爛，因?yàn)椴豢赡芏鄶?shù)樣本腐爛掉同樣的年輪數(shù),，這種情況也可以卡定這個(gè)遺存的上限,。如果木材是現(xiàn)伐現(xiàn)用的，那么,，遺存的年代就能確定,。
第三種情況：如果樣本外邊木質(zhì)部發(fā)現(xiàn)有蟲孔，說明外層一個(gè)年輪接近樹皮,。因?yàn)橄x子一般蛀新形成的木質(zhì)部和韌皮部,。這些蟲子侵蝕剛砍伐的樹、弱樹或由于其他原因死亡的樹的樹皮,。蟲子侵蝕的年輪深度通常只有幾個(gè)年輪,，因此它們的存在意味著外層的年輪靠近砍伐年。這種樣本的外層年輪的年代與遺址的年代接近,。
第四種情況：樣本存在部分邊材,，可以根據(jù)邊材與心材的關(guān)系確定邊材損失了多少年輪，估計(jì)靠近樹皮的年輪的年代,。這種樣本估計(jì)的外層年輪的年代與遺址的年代接近,。
第五種情況：樣本只有心材，這種樣本就難判定木質(zhì)部損失了多少個(gè)年輪,，這種樣本外層年輪的年代與遺址的年代相差較大,。
（二） 樣本的測量
樣本年代確定后，用德國福蘭克林（Frank Rinn）公司生產(chǎn)的LINTAB樹輪寬度測量儀測量,，該系統(tǒng)測量精度為0.01毫米,。或者用美國生產(chǎn)的University Model 4樹輪寬度測量儀測量輪寬,，精度為0.01 mm,。
（三） 樹木年輪年表的建立
在建立樹木年輪年表之前，首先用專門用于檢查樣芯或樹盤定年和輪寬量測值的COFECHA計(jì)算機(jī)程序或用Gleichl?ufigkeit統(tǒng)計(jì)量檢查測量的樹輪寬度值的準(zhǔn)確性,，利用ARSTAN軟件建立樹輪寬度指數(shù)序列,。
三 取樣方法
樹輪分析的步，就是獲得適當(dāng)?shù)哪静臉颖尽颖緛碓春軓V,，從年代來說,，可以是現(xiàn)代的、古代的,；從性質(zhì)來說可能是藝術(shù)的,，考古發(fā)掘的和亞化石的。從形狀來說可能是圓盤或楔形或長條形或樹芯,。另外,，可能是干的樣本，也可能是濕的樣本,。
（一） 活樹樣本的采集
活樹樣本取樣,，遵循下面的原則：選擇受人為影響小,；受一個(gè)氣候因素制約,，如溫度或者降雨；生長在干旱,、半干旱地區(qū),、生長條件較差的林緣木和孤立木；高寒地區(qū)和高海拔的森林上限的樹木樣本,。
為了保證樹木受到小的傷害,，采樣時(shí)，采用較細(xì)的（直徑為4.3 mm）生長錐對活樹進(jìn)行樣芯采樣,。取到的樣芯放置在紙吸管或塑料吸管內(nèi),，并在吸管上用油性筆標(biāo)注代碼。紙吸管的優(yōu)點(diǎn)在于可使樣芯中的水分充分揮發(fā)以避免樣芯發(fā)霉,，又可對樣芯起保護(hù)作用,。若采用塑料吸管放置樣芯，則須在管壁上剪出若干小孔,，以便于樣芯中的水分揮發(fā),。
（二） 古木樣本的采集
凡是年輪數(shù)在100輪以上的木材甚至木炭和化石木都可以作為樹輪分析的樣本。對于考古遺址中出土的古木,，用油鋸采集樹盤,，對于那些需要保存結(jié)構(gòu)，不易鋸樹盤的,，可以采集木材鉆心,。樹盤是的樹輪分析樣本，在一般情況下,，取2~3cm厚的樹盤,。特別注意的是,，如果原木尚有保存完好的樹皮，或有完整邊材的木材,，取樣時(shí)一定要注意保存,，另外不要在主干有側(cè)枝的部位取樹盤，因?yàn)榇颂幠贻啒O不規(guī)則,。如果運(yùn)輸不方便也可取楔形樣本,，即樹干橫切面上選擇年輪比較規(guī)則,，年輪不是太窄的部位,，取原盤的1/4或1/8，這是因?yàn)槿绻贻喬?，容易產(chǎn)生不連續(xù)生長輪或斷輪,。在取樹盤之前，可以利用手持放大鏡初步觀察一下樣本的質(zhì)量,。當(dāng)觀察樣本時(shí),，標(biāo)本的觀察面向著光線，如果表面涂一層水,，利用光的折射,，觀看更清楚，同時(shí)要注意方向,，必須把木材標(biāo)本近樹皮的一邊向外,，把近髓心的一邊靠近身邊，即以射線垂直于胸前,，而不要倒過來看,，更不要以射線平行胸前來觀察。如果考古遺址有木炭,，那么可以把木炭樣本用棉花包裹起來,，或浸在聚乙二醇（碳蠟）溶液中保存。如果考古發(fā)掘的木材濕而軟,，要用塑料布包裹起來,，或冷凍起來。
樣本的數(shù)量越多越好,，這是因?yàn)樵诮徊娑曛?，可以排除由于假生長輪和不連續(xù)生長輪造成的數(shù)據(jù)偏差。而且,，大樣本量對后的統(tǒng)計(jì)分析也是很重要的,。但是，取大量樣本必然需要大量的人力,、物力,、才力,，因此，如果出土大量原木,，在帶有樹皮和邊材明顯的木材上取樣,，樣本數(shù)為30個(gè)。如果出土較少木材,，每個(gè)木材取一個(gè)樣本,，甚至一個(gè)木材上取2個(gè)樣本。采集樣本的同時(shí)要對樣本進(jìn)行編號和紀(jì)錄,。我們?nèi)拥哪康牟粌H僅在于了解樣本的年代,，而且要盡可能地了解當(dāng)時(shí)的環(huán)境及其對人們生活的影響。因此,，樣本的編號和記錄是至關(guān)重要的,。樣本的編號與考古發(fā)掘的編號一致。樣本記錄應(yīng)記錄采樣地點(diǎn),、樣本代號,、樹種、樣本在遺址中的位置（包括水平位置和垂直位置）,、采樣人,、采樣日期、樣本發(fā)現(xiàn)的原因（發(fā)掘,、建筑,、道路）等。還應(yīng)繪制取樣地點(diǎn)平面圖,、描繪樣本與其它物體的空間,，根據(jù)共存遺物推斷樣本的可能的年代，附拍攝照片,?？傊M可能多地提供有關(guān)樣本的信息,，以便對樹輪研究的結(jié)果進(jìn)行分析,。樣本登記表要和樣本上的記錄一致。
以上從樹木年輪定年的原理,、分析和采樣方法幾個(gè)方面進(jìn)行了比較詳細(xì)的闡述,。希望與多學(xué)科專家共同合作，建立更長的年輪年表,。我們應(yīng)該時(shí)刻記住,，只有完成了能延伸到的樹輪年表，才可以在多個(gè)方面利用其定年的潛力,，對考古遺址進(jìn)行定年,，而且,，還可以準(zhǔn)確了解什么年代人們做什么事情，開始理解人與自然環(huán)境的關(guān)系,，還能利用定年的木頭進(jìn)行同位素,、元素和其他分析，對14C年代進(jìn)行校正,。
