故宮古木“老家”在哪？科學家用“雨水指紋”帶來驚喜

（來源：中國環境網）

轉自：中國環境網

這幾天，北京天寒地凍，中國科學院地質與地球物理研究所研究員許晨曦的心卻格外火熱。因為他與合作者剛剛完成一項“非典型”研究——用樹輪中的氧同位素給故宮大高玄殿的古木“尋根”。

此類應用在全球范圍內尚屬首次。他們不僅成功鎖定3根古木的生長年代，更追溯出其遙遠“故鄉”的地理來源，為古建筑研究推開一扇新窗。相關研究近日發表于《npj遺產科學》。

九天應元雷壇南立面。

跨界

2019年，當聽說故宮大高玄殿九天應元雷壇屋頂替換下3根落葉松木構件時，許晨曦的心弦被撥動了。

許晨曦的老本行是研究古氣候變化，即用樹輪中的穩定同位素研究過去千年以來的亞洲季風變化。不過，他一直想用這一“看家本領”做點應用方面的事，考古就是他看好的一個出口。

一直以來，判斷古建筑年代、建筑歷史主要靠文獻記載和建筑形制研究。但許多單體建筑史料常有缺漏，形制研究易受主觀性和后世修繕干擾。這使得相關研究缺乏自然科學精確的判定手段。

“木構古建筑本身是一個很好的定年材料，也記錄了古氣候變化信息。”許晨曦對《中國科學報》說。

事實上，將樹輪年代學應用于考古已有百年歷史。作為我國現存規模最大、保存最完整的木結構宮殿建筑群，北京故宮擁有海量的木構件。故宮博物院此前也曾與德國團隊合作，嘗試用傳統的樹輪寬度分析方法探尋木料來源。

然而，該方法的困境在于所需樣本量較大，這意味著要對更多樣本進行“微創”取樣——鉆取直徑約1厘米的木材樣品。而故宮古木樣品很難滿足這一條件。

基于多年的基礎研究，許晨曦與合作者提出新手段——樹輪氧同位素分析。“氧同位素就像樹木的‘雨水指紋’，不同地區不同時期的降水同位素組成差異明顯，樹木會忠實地記錄下來。”許晨曦解釋說，溯源的原理很簡單，就是把木材的氧同位素數據與研究團隊建立的全國樹輪氧同位素數據庫進行比對，匹配度最高的區域就是木材的產地。

“相比傳統的年輪寬度法，氧同位素法的優勢在于，它受個體樹木生長差異的影響較小，即使樣本量很少，只要能夠高度匹配某個區域的參考序列，就能實現有效定年和溯源。”許晨曦說。

修繕中的大高玄殿區域九天應元雷壇。故宮博物院供圖

驚喜

當3根松木的氧同位素數據被提取出來，并與團隊長期建立的全國數據庫進行比對時，驚喜出現了——3個樣品的數據高度一致，且最匹配區域指向了東北老白山、長白山地區。他們還拼接出這些樣品在1749年至1892年的144年間的浮動氧同位素序列。

“看到最初的數據指向東北時，我有點吃驚，很難想象古人會跑那么遠去砍樹建宮殿。”一口東北方言的許晨曦笑言。

這份驚訝很快被合作者、故宮博物院副研究館員張瓊提供的歷史文獻所印證。研究團隊驚喜地發現，清代檔案中確有康熙年間批奏“采辦塞外松木”建造宮殿的記錄；而木構件最晚生長年份（1892年）在時間上也能與大殿的修繕期相對應——大高玄殿在清晚期被西方列強侵占并損壞，后于1902年兩宮回鑾后重建雷壇屋頂結構。

“當同位素信號與歷史記載完美契合時，那種科學發現帶來的興奮感難以言表。”許晨曦說。

這一發現不僅確認了木材來源，還揭示了明清故宮用材策略的重要轉變——從楠木到松木的更替，反映了明朝兩個多世紀以來不可持續的伐木導致楠木資源幾近枯竭，清廷開始尋找替代材料，其著眼點便是滿族人所熟悉的“塞外松木”。

雙贏

據介紹，目前研究團隊正將這一方法應用于故宮養心殿古楠木產地研究。“未來，我們還可以給更多古建筑做‘體檢’。”許晨曦說，“比如應縣木塔，都說其建于遼代，但不清楚具體是哪一年、木材來自哪里，如果能取樣分析，也許就能給出自然科學證據。”

研究團隊長期建立的數據庫則是溯源研究的基礎。目前，他們已經構建了中國乃至東亞的樹木年輪氧同位素數據庫，如東北地區可追溯至公元1568年以來的序列，華北地區可追溯到約500年前至300年前的序列，云南、川西等南方地區的序列可追溯至700年前甚至更早，甚至還建立了可追溯至800年前左右的越南數據庫——因為歷史上很多楠木可能來自東南亞。

“未來，隨著數據庫的不斷豐富和空間覆蓋度的提高，我們為更多地區古建筑溯源的能力也會增強。”許晨曦說。

長遠看，這些應用也能反哺古氣候研究。“每一根古木都是一本氣候日記。通過它們，我們可以重建一個地區歷史上的極端干旱或暴雨事件，理解氣候變化的規律。這對我們來說是雙贏。”許晨曦說。

相關論文信息：

https://doi.org/10.1038/s40494-025-02172-1