木の輪と気候

木には、自然界で最も正確な過去の証拠があります。 木の成長層は、木の幹の断面にリングとして現れ、木の寿命の間に発生した悲惨な洪水、昆虫の攻撃、落雷、さらには地震の証拠を記録します。

木は毎年、胴回りを増やしていきますが、その新しい胴回りを木の輪と呼びます。 最も新しくできた年輪は、木の幹の外側、樹皮のすぐ下にある新しい木です。 最も古い年輪はより小さく、中央付近にあります。 中緯度から高緯度の地域に生育する樹木は、成長期がはっきりしているため、明るい色のリングが形成され、簡単に見つけることができます。 夏の終わりから秋にかけて成長が遅くなると、木の形成はよりゆっくりになり、色も濃くなります。

明るい色の環と暗い色の環が交互に現れる木の幹の断面図

明るい色の環と暗い色の環が交互に現れる木の幹の断面図
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木の成長は、その土地の環境条件によって異なります。 ある地域では成長の制限要因は水の利用可能性であり、他の地域(特に高緯度地域)では成長期の長さです。 水が限られている地域では、水の量が年によって異なるため、科学者は樹木の年輪パターンを使って地域の干ばつのパターンを再現することができます。

木の年輪の成長を研究することは、年輪年代学として知られています。

木の年輪の成長を調べることを年輪学といい、気候と木の成長の関係を調べて、過去の気候を復元することを年輪気候学といいます。

1年分の木の年輪は、2つの層で構成されています。

  • 春から初夏にかけて形成される薄い色の層は、木が成長しているため一般的に厚くなっています
  • 夏の終わりから秋にかけて形成される濃い色の層は、木の成長が遅くなるため一般的に薄くなっています

木の年輪のデータは、熱帯地域以外でしか収集されていません。 温帯地域の樹木は、毎年、春から夏にかけて成長が加速し、冬には休眠期間があるため、明暗の帯の特徴的なパターンが生まれます。

木の成長が水の有無によって制限される場所では、木は暑くて乾燥した年よりも、雨が多くて涼しい年の方がより広い輪を作ることになります。 干ばつや厳冬の場合は、環が狭くなることもあります。 樹木全体の年輪の幅が一定であれば、その年の気候は同じであったと考えられます。

ボーラーを使って木からコアサンプルを採取する女性

この科学者は、インクリメントボーラーを使って生きている木からコアを抽出しています。
Credit: SERC/Tree-Ring Expeditions

科学者は通常、木を切り倒して年輪を分析することはありません。

科学者は通常、木を切り倒して環を分析するのではなく、木にねじ込んだボーラーを引き抜いて、直径約4ミリのストローサイズの木のサンプルを採取します。

ある地域の多くの木からコアサンプルを採取し、木の年輪のデータを平均化することで、木陰や小川の近くなど特定の場所の影響を受けにくくし、広範囲のパターンを見ることができます。 木の種類によって、気温や降水量などに応じて成長速度が異なるため、異なる種類の木のデータからは、1種類の木のデータよりもさらに多くの気候に関する情報を得ることができます。

古い樹木は、人間が天候を測定したり記録したりする以前の地球の状態を教えてくれます。 ブリストルコーン・パインのように、数千年の寿命を持つ樹種の中には、長い年輪の記録が残っているものもあります。 しかし、気候科学者は通常、それほど長生きではない木を対象としており、生きている木の年輪パターンと、死んだがまだ朽ちていない木が倒れたときの年輪を比較することで、年輪の記録を1万年以上前にさかのぼることができます。 科学者たちは、生きている木の環の初期段階のパターンと、古い枯れた木の寿命の後半に形成された配列を照合して、数千年に及ぶ切れ目のない古気候の記録を組み立てるのです。

古い建物や遺跡の梁、古い絵画の木枠のサンプル、バイオリンの木などが、気候記録に木の輪のサンプルを加えるために使われてきました。 また、数十万年から数百万年前の気候を解釈するために、石化した木のはるかに古い木の年輪を分析したケースもあります。

樹木のコアサンプルが並んでいる

これら7つのコアの樹木の輪は、ボーリングツールが輪の小さな部分しか抽出しないため、輪のように丸く見えません。 暗い層と明るい層のそれぞれが、成長の年を構成しています。 濃い層と薄い層は、それぞれ成長した年を表していて、広い層は木がたくさん成長した年。 狭い層は、木の成長が少なかった年を示す。 このコアは、アラスカのホワイトスプルースの木から採取したものです。
Credit: SERC/Tree-Ring Expeditions

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