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低端护教学(21)|时间的下限

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花了一点时间补充翻译了维基百科上的“树木年轮学”词条的历史部分。目前翻译的部分如下:

树轮年代学,又称树木年轮学树轮学(英語:Dendrochronology[1])是一种通过对树木年轮进行科学分析而测定年代的方法。这门学科是20世纪上半叶由亚利桑那大学教授,树轮研究实验室的创办人A. E. 道格拉斯发展起来的。在考古学美術史樹木氣候學领域有重要应用价值。

树轮年代学用于确定样本的精确年代,特别常用于确定因为年代较近,用放射性测年仅能给出大致时段,无法确定精确年代的样本。然而,为了精确给出一棵死亡树木的年代,需要获得包含树木外沿的完整样本——大多数经过加工的木板无法满足这样的要求。这种方法还能用来确定某些事件发生的时间或环境变化速率(大多数时候与气候变化有关),或者确定考古发掘的木材、工艺品或建筑的年代,比如古代版画的年代。这种方法也用于检查放射性测年的数据,以校准碳同位素测年的精度。[2]

上新生的细胞会在靠近树皮处形成一层。一棵树的生长速率会因为当年的气候变化而发生有规律的变化,在树干上生成可见的生长轮。树干的每一轮都标志着一个树木经过了一个完整的季节周期或者一年的变化。[3] 直到2020年,准确的北半球树木年轮数据已经回溯至13,910年之前。[4]目前还有一种较新的测年方法,利用每一个年轮的氧同位素之变化来测年。这种方法称为“同位素树木年轮法”(isotope dendrochronology),可以用于测定因为年轮太少或过于相似,不适于使用传统树木年轮法测定的样本。[5]

历史[编辑]

希腊植物学家泰奧弗拉斯托斯 (c. 371 – c. 287 BC) 首次提出树木具有轮线。[6][7]达芬奇 (1452–1519)在《绘画论》(Trattato della Pittura) 中则第一次指出树木的轮线乃是年轮,其厚度有树木发生的条件决定。[8]1737年,法国博物家Henri-Louis Duhamel du Monceau 与布丰考察了生长条件与树木年轮形状之关系。[9]他们发现,1709的严冬造成了独特的深色树轮,成为后来欧洲诸多自然学家的参考数据。[10]在美国,Alexander Catlin Twining (1801–1884)在1933年提出,树木年轮的模式可以用来同步各种树木的年代,因此可以用于重建整个地区从前的气候条件。[11]英国博物学家查尔斯·巴贝奇(Charles Babbage)提出,可以使用树木年轮学来定年泥碳沼中残余的树木甚至地层(1835, 1838)。[12]

19世纪后半叶,关于树轮的科学研究与树木年轮学的应用逐渐多了起来。1859年,德国-美国裔的the German-American土地测量员Jacob Kuechler (1823–1893) 使用交叉定年法检查了橡树 (Quercus stellata)的年轮,试图以此分析西得克萨斯州的气候。[13]1866年,德国植物学家、昆虫学家和森林学家Julius Ratzeburg (1801–1871)观察到树木年轮可能受到昆虫侵害的影响。[14]到了1882年,这一观察就已经写入了森林学教科书。[15]1870年代,荷兰天文学家雅各布斯·卡普坦 (1851–1922) 使用交叉定年法重建了荷兰和德国的气候。1881年,瑞士-奥地利森林学家Arthur von Seckendorff-Gudent (1845–1886)也开始使用交叉定年法。[16]从1869到1901年,德国森林病理学教授Robert Hartig (1839–1901)撰写了一系列论文,讨论树木年轮的解剖学和生态学问题。[17]1892年,俄国物理学家Fedor Nikiforovich Shvedov (Фёдор Никифорович Шведов; 1841–1905) 写到,他已经使用树木年轮预测了1882至1891年期间的干旱。[18]

20世纪初,天文学家A. E. Douglass 在亚利桑那大学创建了树木年轮研究所。Douglass希望更好地理解太阳黑子活动与周期对地球气候的影响,而气候的变化则进一步记录在树木年轮之中(换句话说,太阳黑子 → 气候 → 树轮)。

昨天是我的安息日,虽然无法安息,但也不好意思做什么负重劳力的工作。于是在晚间洗碗的时候听了Dr. Windy Widder讲解的但以理书一章——这算是为了魔都的某朋友所托,预先做一点准备。在陪着两个女儿入睡的时间,简单阅读了两篇树木年代学的重要论文。一篇是“考古和环境样本年代对齐的最新进展(Recent Developments in Calibration for Archaeological and Environmental Samples)”,另一篇是“INTCAL13 AND MARINE13 RADIOCARBON AGE CALIBRATION CURVES 0–50,000 YEARS CAL BP”。用google学术应该都是能查询到原文的。

随意看了一下研究方法,论文质量和研究结论。简单地说,利用北半球的树木年轮交叉定年,至少可以得到13,910BP的精确定年。加上珊瑚、冰层等数据,大概可以推到5万年前,大部分时段的误差不大于+-20年。随手上了公开数据库http://intcal.qub.ac.uk/,看了一下数据。如图:

简单用deepL翻译了IntCal20北半球数据校准论文的摘要:

Radiocarbon (14C) ages cannot provide absolutely dated chronologies for archaeological or paleoenvironmental studies directly but must be converted to calendar age equivalents using a calibration curve compensating for fluctuations in atmospheric 14C concentration. Although calibration curves are constructed from independently dated archives, they invariably require revision as new data become available and our understanding of the Earth system improves. In this volume the international 14C calibration curves for both the Northern and Southern Hemispheres, as well as for the ocean surface layer, have been updated to include a wealth of new data and extended to 55,000 cal BP. Based on tree rings, IntCal20 now extends as a fully atmospheric record to ca. 13,900 cal BP. For the older part of the timescale, IntCal20 comprises statistically integrated evidence from floating tree-ring chronologies, lacustrine and marine sediments, speleothems, and corals. We utilized improved evaluation of the timescales and location variable 14C offsets from the atmosphere (reservoir age, dead carbon fraction) for each dataset. New statistical methods have refined the structure of the calibration curves while maintaining a robust treatment of uncertainties in the 14C ages, the calendar ages and other corrections. The inclusion of modeled marine reservoir ages derived from a three-dimensional ocean circulation model has allowed us to apply more appropriate reservoir corrections to the marine 14C data rather than the previous use of constant regional offsets from the atmosphere. Here we provide an overview of the new and revised datasets and the associated methods used for the construction of the IntCal20 curve and explore potential regional offsets for tree-ring data. We discuss the main differences with respect to the previous calibration curve, IntCal13, and some of the implications for archaeology and geosciences ranging from the recent past to the time of the extinction of the Neanderthals.

放射性碳(14C)定年不能直接为考古或古环境研究提供绝对年代,必须使用大气中14C浓度波动的校准曲线作为补偿,才能转换为日历年。尽管校准曲线是由独立的年代数据构建的,但随着新数据的出现和我们对地球系统的理解之增进,它们总是需要修订。本卷更新了北半球和南半球以及海洋表层的国际14C校准曲线,以包括大量的新数据,并将准确定年扩展到55,000 cal BP。基于树木年代学数据,IntCal20现在已经将完整的大气记录扩展到约13900 cal BP。对于更古老的时期,IntCal20包括来自浮动树环定年、湖泊和海洋沉积物、洞穴堆积物和珊瑚的综合统计学证据。我对于每个数据集,我们使用14C在大气中随时间和位置的变动(储碳效应 reservoir age, 死碳残余 dead carbon fraction)改进了估计。新的统计方法改进了校准曲线的结构,同时保持了对14C测年、日历年和其他修正的不确定性的有力处理。纳入从三维海洋环流模型得出的模拟海洋储碳年代模型,使我们能够对海洋14C数据应用更适当的储碳效应校正,而不是像以前那样使用来自大气的恒定区域抵消。在此,我们概述了新的修订数据集以及用于构建IntCal20曲线的相关方法,并探讨了树环数据的潜在区域偏移。我们讨论了IntCal20与以前的校准曲线IntCal13的主要区别,以及新的曲线对考古学和地球科学的一些影响,包括对从某些较近事件的定年到尼安德特人灭绝时间的新估算。


对于我来说,13910 + 72 (注:BP从1950年算起) = 13982年,就是从树木年轮交叉定年建立的地球年龄下限。

也就是说,地球从有树木生长以来,至少有13982年的历史。当然,这个数字和40亿年比起来小得可怜,但无论如何也比YECers承认的6000-10000年大了不少。

许多YECers批评所谓“碳-14”测年误差,还是停留在许多年前的认识上。实际上,准确的定年是通过上百个数据库的树环交叉定年来确定,并对碳-14测年进行了逐年校准。更长的准确定年利用了永冻层的冰层、湖泊和海洋沉积物、泥碳沼残留物、洞穴堆积物以及珊瑚发育和堆积数据,通过交叉校准,可以推延到55000 BP。

所谓地球历史的下限,由具体的历史事件(树木一年生长一轮)精确地建立起来。碳-14测年曲线经过树木年轮学的校准,于是可以用于其他考古和定年的应用上,比如确定尼安德特人灭绝时间。

怎么说呢,个人信念而已。这就是最近在“救赎科学”读书会上简单分享过的一点看法,但即使在读书会上,我也并不打算说服任何人。


出品:Eddy@kuawentrans.com;eddyemma.com

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