年轮留疤 “写下”百年地灾日记
在青藏高原东南部，雅鲁藏布江切割出世界上最深的峡谷，与之相伴的是脆弱的地表平衡和频繁的地质灾害。当夹杂着岩石与冰川融水的泥石流倾泻而下，大地被重塑，沟谷两侧的树木身上也留下伤痕。
数年后，山川归于沉默，伤疤隐于树体深处。中国科学院成都山地灾害与环境研究所研究员胡凯衡团队通过钻取树芯、定位年轮疤痕，判识生长扰动，以追溯百年间雪卡沟区域泥石流发生历史，揭示灾害活动的规律。相关成果于近日发表在《美国地质学会通报》。
“这是一项实打实的‘体力活’。”胡凯衡说，研究人员需涉过险峻山峦，躲开瞬息万变的天气，还得留有余力和耐心从屹立百年、半径可达七八十厘米的老树中，钻取直径仅0.5厘米的树芯。
但正是这种“与自然对话”的原始方式，让团队发现在藏东南的高寒冰川地区，控制泥石流活动频率的最关键“推手”并非降雨而是气温，灾害预警的关注点必须从传统的“雨季”和“暴雨”身上转移。年轮不仅圈住过去，也指向未来。
取芯
钻取树芯用的是一副T字形工具，下方“竖笔”是带螺旋纹的中空钻管，顶上横杠则是双手握持的把手。操作时，采样人员对着树干中心稳稳旋入，钻管便能缓缓“衔”出一段完整的树芯。
树木直径因其品种和年龄不同而变化，因此研究团队外出采样时，钻头长度需准备多个规格。
目前他们所采集到的树木中，最年长的已有约300岁，半径近80厘米，而从中仅需取出直径0.5厘米的树芯，比一根圆珠笔笔杆还细。
胡凯衡形容，就像给树木做一场微创手术，只留下一个小小的孔洞，不影响树木继续生长，更不必砍掉树木只取切片。
对于那些明显遭受过泥石流重创的树木，他们常在树干伤口附近过度生长的愈伤组织处钻取一份样本，再至少从伤口背面补取一份。这样一来，同一棵树上的不同样本就能相互校准，拼凑出更完整、准确的灾害时间线。
“虽然钻取一个人就能操作，但并不容易。”团队成员、博士李豪调侃自己“个子小、力气也不大，钻一棵树得花好几分钟”，所以大部分重活，都由那些身强力壮的师兄弟们承包。
采样位置通常选在与人胸部相当的高度，太靠近树根，年轮的清晰度会降低。可连续钻取几棵树后，他们握持手柄的虎口也会被磨得发红，小臂酸胀得快握不紧手柄。
当一段完整的树芯被取出，李豪便轻轻将其托住后，滑入早已准备好的一根直径相当、形似奶茶吸管的纸管。编好号后，他又取出定位和测量设备，记下树木位置、高度、离河岸的距离、种类等信息。
“这项工作还需要一点运气。”胡凯衡说，有时外表完好的树，钻出来才发现内部早已被虫蛀空，只能重新寻找下一棵。
结束白天的采样后，在夜晚的营地里，研究人员还有一项重要工作：将每根树芯放入和其直径相同的木制凹槽，用胶水和布带固定后，使之自然风干定型。“必须在野外完成，如果等带回成都，树芯可能变形或损坏，数据就作废。”李豪解释。
在针对此次雪卡沟泥石流活动的研究中，团队共钻取150余个树芯，约140个较为完整，其“记忆”可被成功读取。“其中30个左右来自未受灾害干扰，健康生长的‘标准木’，用于后续对照分析，而剩下的就取自位于泥石流沟道附近、明显受过灾害影响的树木。”胡凯衡介绍。
树木的选择也很讲究，标准木与受扰动的树木种类一致，都是云杉和杨树。树的分布要相对均匀，树龄也宜长不宜短，因为所能提供的分析序列就更丰富。
此外，为寻找重建气候变化波动规律的标准木，团队常找当地人带领，前往山峦高处，接近高山林线。每个人口袋里总有几块巧克力，以抵御突然的乏力。雪卡沟林区茂密，上山路上老乡还会提醒“要小心”，毕竟前不久附近才发生了野熊咬死牦牛的悲剧。
取芯中。受访者供图
验“伤”
研究人员将定型完成的样品带回实验室后，就会对其“验伤”。
圆柱体的树芯表面粗糙，年轮难以辨析，所以他们会用不同目数的砂纸轻轻打磨，直至看到截面上，一道一道从中心向外散开的纹路。
显微镜下，泥石流对树木的撞击重现，年轮发生扭曲、中断。一旦确定了伤疤在树木“时间标尺”上的位置，就可以知道泥石流发生的年份。
这个时候标准木树芯便派上了用场。“对于一棵正常生长的树而言，每年生长一圈，最靠近树皮的那一圈就是采样当年。以此为起点向树心回溯，就能很快判断树龄。”李豪表示。
而年轮的宽窄主要响应气候波动，因此同一区域内树木的年轮变化应是同步的。他进一步说明：“通过将受损树木未受伤部分的年轮序列，与同种类标准木的序列进行交叉比对，就能重新锁定每一圈年轮对应的确切年份，从而判断伤疤形成的具体时间。”
深入分析还能知晓更多灾害的细节。如果离沟道远的树木也有伤疤，意味着那次事件的规模较大。而树干上伤疤所处的高度，则可能记录了当时泥石流的流动深度。
灾害影响会在树木生长中持续数年。研究人员通过逐圈测量年轮宽度，并与自由生长的标准木对比，若某棵树的年轮宽度在特定年份开始明显偏离正常范围，即表明其生长当年可能受到泥石流灾害干扰。
例如，沟道旁的树木根系可能因泥石流冲刷而暴露，导致随后几年年轮变窄，呈现生长抑制。
受泥石流影响而死亡的树木不再对周围树木产生竞争关系,所以存留树木的年轮会变宽,呈现生长释放。“泥石流物质带来的额外养分也可能促进树木生长，造成年轮变宽。”李豪说道。
一些树木受干扰后，还会因根部土壤被掏空而发生倾斜，之后数年便朝着阳光方向“矫正”生长，树干愈发弯曲。
“通过在这些最弯曲的部分取样，分析其开始偏离正常生长方向的年份，我们也能精确判定泥石流发生的时间。”他补充，研究过程中还要考虑树种，因为不同树种对生长抑制或释放的敏感度不同。
跟着年轮的指引，泥石流发生的时间线愈发完整。研究人员采用了国际通用的树木年轮生长扰动指标，并结合1940年至2023年遥感影像进行解译，提出了适用于研究区的泥石流生长扰动判别标准。
胡凯衡举例，如果影像显示1980年某区域原本植被覆盖不错，突然在1981年出现了水迹、泥痕，就说明1981年发生了比较大的泥石流事件。“用权重指标结合年轮变化，与影像资料相互对照，就能建立起可靠的泥石流事件的序列。”
是什么触发了这些泥石流？暴雨，是地震，还是别的因素？基于上述序列，研究人员进一步提取相应年份的气象数据，分析气温、降水等要素的特征。
在冰川区，温度尤为敏感，因为它既影响冰川融水对沟道的补给，也关系到冻土的稳定。通过统计分析，团队得以辨识泥石流发生年与非发生年在气候条件上的差异，从而识别出关键的影响因子。
LINTAB树木年轮分析仪视角下的树芯，上面记录着一道道年轮。受访者供图
究因
此次研究中，胡凯衡团队首次重建了藏东南冰缘区雪卡沟过去80年的泥石流历史，识别出自1940年以来的11次泥石流事件，发现其频率呈显著增加趋势。
“我们又通过整合遥感影像、地貌制图及气象数据，发现了雅鲁藏布江大峡谷雪卡沟泥石流活动主要受控于6-10月15日正积温而非降雨。”胡凯衡解释，“正积温”指日均温高于0℃的温度累积值。
这提示着温度对泥石流的影响不是突然一次的升温导致的，而是持续的升温作用。
同时，遥感解译显示，雪卡沟流域松散物源极为丰富，属于“物源非限制性”流域，其发生主要受控于水动力条件。
关键的物理机制呼之欲出：持续高温一方面加速高海拔冰川与积雪消融，提供丰富水源。另一方面，它如同持续的“解冻”信号，导致广泛分布的冻土及冰碛土内部的冰胶结物融化，使其力学强度骤降，变得松散易滑。
“好比冰箱里冻硬的冰块，拿出来放一段时间就会变软、解体。”胡凯衡研究员比喻，当“水源增加”与“物源松动”在持续增温下同时具备，即便遇到中小雨或轻微扰动，大规模泥石流便一触即发。这与我国中东部地区主要依赖短时极端暴雨触发的模式截然不同。
他提到，许多研究都表明，1961-2020年间青藏高原每十年升温0.35℃，约为全球同期平均水平的2倍。
持续变暖使冻土和冰碛物长期处于不稳定状态，更容易发生频繁的小规模崩滑。胡凯衡分析，藏东南冰川型泥石流的活动频率显著增加，但单个事件规模呈减小趋势。“在史前更冷的气候下，这些物质被‘冻’得更结实，一旦触发，则会导致能量集中释放的巨型灾难性事件。”
换言之，气候变暖正将灾害模式从“偶发巨灾”推向“频发小灾”。
这一认知对灾害预警提出了全新要求。“在四川盆地，我们可能主要依靠雨量计预警。在藏东南，泥石流可能发生在非雨季的暖期，预警的关注点得转向气温、冻土状态等热力学指标。”胡凯衡指出。这一打破传统的结论，也于近日发表在《美国地质学会通报》。
在古气候与古灾害研究领域，虽然湖芯、冰芯、沉积物分析等方法已相当成熟，甚至能追溯千年甚至万年的时间尺度，但为何从树木年轮入手？
胡凯衡告知，树木年轮地貌学方法在阿尔卑斯山区的地质灾害研究中早有应用。“树木一般能活几百年，填补的是百年时间尺度的空白。”
在千年甚至更长的时间尺度上，许多中小规模的泥石流事件痕迹往往被自然过程逐渐抹去。而百年尺度的研究，在帮助建立更连续、完整的灾害事件序列的同时，对工程防灾也具有直接指导意义。
不同工程对灾害设防标准的要求不同，一般城镇的泥石流防治可采用50年一遇的标准，而铁路、重大水利工程等则需要百年一遇甚至更高的设防标准。
“就高原地区的灾害防治与工程安全而言，我们不一定需要做到千年、万年尺度。”他强调，记录清楚一条沟谷过去百年间的灾害“日记”，便足以帮助设计者在安全与成本之间找到更优、更科学的平衡点。
相关论文信息：https://doi.org/10.1130/B38736.1
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