年輪里的羅馬帝國興替

【編者按】

除了揭示樹木自身的年齡，年輪還能告訴我們哪些信息？國際知名樹木年輪科學家瓦萊麗·特魯埃通過16個有趣的故事帶我們走進這一20世紀初才成立的學科。原來，樹木的年輪同樣默默記錄著這個星球的氣候變遷。那一圈圈的印跡，忠實地記錄了光照、水分、溫度等環(huán)境和氣候等外界因素對樹木生長的影響，甚至重大的災變事件也能在年輪中體現(xiàn)出來，比如颶風、地震、火山爆發(fā)，等等?？梢哉f，樹木年輪是一部地球氣候“年鑒”。本文摘自《年輪里的世界史》，許晨曦、安文玲譯，商務印書館2023年9月版。

《年輪里的世界史》書封

我在學校學過拉丁文。六年無休止的拉丁文學習一共只教給我兩件事：一件是尤利烏斯·愷撒認為比利時人是高盧人中最勇敢的，另一件就是公元前49年他破釜沉舟，跨過了盧比孔河。我的老師可以證明，我從來不是一個癡迷于拉丁文的學生，我也不打算將關于羅馬帝國的任何事情納入未來的研究生涯中。作為樹輪學家，我的事業(yè)看起來離愷撒相當遙遠，然而我本應該知道：條條大路通羅馬！

在瑞士聯(lián)邦森林、雪和景觀研究所時，有段時間我的工作是從考古的木材中提取可以追溯到羅馬時代的氣候信息，我對永恒之城的拜訪也始于此。我們使用了8500多份樣本，其中包括亞化石木材、來自歷史建筑和羅馬水井的木材以及活著的櫟樹和松樹。

據(jù)此，我們團隊建立了中歐地區(qū)過去2400多年來（前405—2008）降水和溫度的變化序列。當我們將考古木材的采伐日期進行整理后，發(fā)現(xiàn)樹木被砍伐的數(shù)量在一個時期內(nèi)（前300—200）明顯增多，表明該時期建筑活動的增加。這個時期正對應于羅馬氣候適宜期，此時羅馬的農(nóng)耕經(jīng)濟繁榮，人口迅速發(fā)展，在整個歐洲氣候普遍比較適宜的背景下，羅馬帝國達到了它的鼎盛時代。

然而，羅馬氣候適宜期的溫暖濕潤氣候以及穩(wěn)定的氣候狀態(tài)在公元250年結束了，緊接著就是一段長時間的氣候多變期。

自公元250年左右開始，羅馬帝國經(jīng)歷了持續(xù)的干濕交替變化，并伴隨著寒冷的夏季。羅馬過渡期的氣候不穩(wěn)定狀態(tài)持續(xù)了300年，其間發(fā)生了改變歐洲的兩個重要事件：西羅馬帝國的瓦解和民族大遷徙。民族大遷徙期間，日耳曼部落和匈奴人入侵羅馬帝國，最終導致了羅馬帝國的覆滅。

寒冷的夏季伴隨著干濕的交替變化持續(xù)發(fā)生，在公元550年迎來了夏季氣溫的最低值。氣候異常不穩(wěn)定的這300年和羅馬帝國的重要過渡期恰好一致。由于帝國過度擴張，公元285年羅馬帝國分裂為東西兩個部分，帝國由此被分散，凝聚力也在很大程度上被瓦解。約200年后，日耳曼國王奧多亞克（Odoacer）入侵羅馬，廢黜了最后一位西羅馬皇帝羅慕路斯·奧古斯都（Romulus Augustus），西羅馬帝國就此覆滅。

這300年間，羅馬帝國從一個包含眾多區(qū)域、具有多元文化、社會政治結構復雜、地區(qū)文化多元的國家轉變成了一個僅剩殘余勢力的政權，最終在它的首都被攻陷后徹底覆滅。多虧了羅馬人對寫作的熱情，羅馬帝國衰落的時間線被記述并保存下來。但是對于羅馬帝國解體的原因，歷史學家和考古學家一直爭論不休。對于內(nèi)部因素（如腐敗加劇和內(nèi)戰(zhàn)）與外部因素（如蠻族入侵和流行?。┑南鄬ψ饔茫瑢W者們沒有達成共識。我們的氣候重建顯示，羅馬過渡期歐洲氣候極度不穩(wěn)定，這增加了氣候在羅馬帝國的瓦解中起重要作用的可能性。

研究氣候變化和人類歷史之間的潛在聯(lián)系時，需要謹記的最重要原則就是，存在相關關系并不意味著存在因果關系。為了解釋氣候不穩(wěn)定在羅馬帝國衰落中所發(fā)揮的作用，我們需要提出符合實際的聯(lián)系。這個聯(lián)系會讓不穩(wěn)定的氣候與政治驅動力和社會脆弱性相互作用，擾亂羅馬的社會秩序，同時創(chuàng)造一種協(xié)同效應，導致現(xiàn)有社會政治體系不可避免地發(fā)生崩潰。

維蘇威山坡上的戰(zhàn)斗，亞歷山大·齊科作品，繪于1890年。

三個潛在聯(lián)系的第一個，可能也是最直觀的一個，就是水文氣候的年代際波動和羅馬過渡期的寒冷氣候對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)是不利的。羅馬帝國橫跨三大洲（歐洲、非洲北部、亞洲西南部），包含多個氣候系統(tǒng)，因而具有一定的應對惡劣天氣的能力。地理上的差異為偶爾出現(xiàn)的局部不穩(wěn)定提供了緩沖，但是還不足以勝任減弱羅馬帝國過渡期的大尺度氣候波動的任務。當大范圍的夏季降溫導致生長季縮短，歐洲的莊稼收成減少時，干旱也減少了羅馬在非洲北部的糧食產(chǎn)量。根據(jù)莎草紙上記錄的數(shù)據(jù)，在羅馬氣候適宜期，尼羅河平均5年發(fā)生一次洪水泛濫，但在羅馬帝國過渡期，對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有利的尼羅河洪水發(fā)生的頻率還不到10年一次。氣候的這種年代際波動對農(nóng)業(yè)社會的影響是災難性的，因為它很難用社會或技術創(chuàng)新來應對，即使在羅馬人建立的復雜社會中也是如此。更頻繁的氣候年際波動帶來的影響可以通過積累和發(fā)放糧食儲備來緩解。然而個人或社會能儲存的糧食是有限的。一旦干旱期超過5年甚至10年，糧食生產(chǎn)和整個社會的情況就會變得很糟。

在促進和加劇氣候擾動對農(nóng)業(yè)（羅馬經(jīng)濟的“引擎”）的影響方面，羅馬社會結構所起的作用無論怎樣強調(diào)都不為過。羅馬這個擁有百萬人口的大都市依賴的僅僅是規(guī)模相對較小的農(nóng)業(yè)，眾多城市居民和龐大的軍隊都要靠農(nóng)業(yè)來養(yǎng)活。直到它衰落的時候，為羅馬政府部門工作的有35000多人，軍隊人數(shù)則超過了50萬。整個帝國由1000多個城市組成，所有人的糧食都依靠城市周圍的農(nóng)田來供給?；哪贽r(nóng)業(yè)生產(chǎn)力低的時候，農(nóng)村地區(qū)會遭受更多的食物短缺和饑餓之苦，這對農(nóng)民造成嚴重影響，導致生產(chǎn)力進一步下降。更糟的是，晚期的羅馬社會不僅頭重腳輕，而且統(tǒng)治階級自我放縱。羅馬的統(tǒng)治階級喜歡葡萄酒和橄欖，所以最肥沃和最高產(chǎn)的農(nóng)田被用來種植這些有利可圖的作物。主食作物，例如小麥和大麥，則被擠到貧瘠的土地上。貧瘠的農(nóng)田生產(chǎn)力較低，對氣候變化更敏感，帶來了更大的風險。羅馬帝國過渡期的動蕩氣候更多地影響到貧瘠農(nóng)田上的主食作物，使其產(chǎn)量大幅下降，削弱了羅馬農(nóng)業(yè)經(jīng)濟的承載能力。

氣候不穩(wěn)定與羅馬瓦解之間的第二個潛在聯(lián)系是民族大遷徙。這一時期是從公元250年到410年，日耳曼部落（例如撒克遜人、法蘭克人和西哥特人）就是在這時來到了羅馬帝國。公元410年，他們?nèi)肭至肆_馬城。蠻族向西遷徙到羅馬帝國，因為他們正在逃避匈奴人，而匈奴人正在從中亞向西遷徙。一個理論推測，游牧的匈奴人向西遷徙可能是由于他們原來生存的地方發(fā)生了旱災，打亂了游牧經(jīng)濟的節(jié)奏。為了分析這個理論的可信度，我在亞利桑那大學樹輪實驗室的同事保羅·謝潑德（Paul Sheppard）和他的合作者們使用中國青藏高原地區(qū)對干旱變化敏感的祁連圓柏（Sabina przewalskii），建立了一條2500多年的樹輪年表。為了獲得這樣一條格外長的樹輪序列，他們在有著800年樹齡的現(xiàn)生圓柏和歷史建筑的木材上進行取樣。隨后，通過在地下墓室中發(fā)現(xiàn)的木制棺材上取樣，他們將樹輪年表的時間延伸到了7至9世紀。取樣自青藏高原的樹輪年表揭示，4世紀中亞發(fā)生了嚴重的干旱，可能導致游牧的匈奴人非常迫切地向西和向南尋找更適宜生存的牧場。為此，匈奴人入侵蠻族的領地，接下來就是我們都知道的歷史了。

2011年1月初，我踏上了自己的遷徙之路，從瑞士搬到了亞利桑那的圖森。就在我離開之前，《科學》雜志已經(jīng)接收并準備發(fā)表我們有關羅馬過渡期動蕩氣候的研究進展。當時我正忙于搬家，并沒有密切關注文章的發(fā)表過程，但是我在亞利桑那大學的新雇主和校方新聞辦公室一直在追蹤相關消息。抵達圖森的第一周，我開車去鎮(zhèn)上開設銀行賬戶，同時購買手機等必需品。其間我不停地接到新聞辦公室的電話。他們的專業(yè)水準和堅持不懈，讓我們趕在1月12日文章發(fā)表的當天及時發(fā)布了一篇新聞稿。

就在那個月，加比·吉福茲（Gabby Giffords）中槍了。在一個陽光燦爛的周六早上，也是我搬到亞利桑那的第6天、文章發(fā)表的4天前，亞利桑那州眾議員加比·吉福茲在圖森西北部的一家雜貨店與選民會面，一個男人沖進來向吉福茲開了槍。然后他調(diào)轉槍頭向人群射擊，又射中了19個人。吉福茲幸運地活了下來，但是有6個人死了。在大庭廣眾之下對美國眾議員的暗殺活動，是對社區(qū)槍支法赤裸裸的挑釁。我意識到自己已經(jīng)不在瑞士。接下來的一周，槍擊案成了美國所有新聞媒體的頭條，這讓我明白，在更令人震驚或緊急的新聞事件面前，即使是最激動人心的科學故事有時也必須先放一放。

我在圖森開始了新的工作。不久之后，亞利桑那著名的古典文學教授和考古學家戴維·索倫（David Soren）找到了我。盡管缺乏廣泛的宣傳，他還是讀到了我們的文章。他向我指出了羅馬帝國瓦解和氣候變化之間的第三個潛在聯(lián)系：流行性疾病。索倫博士給了我一本他寫的名為《瘧疾、巫術、嬰兒墓地和羅馬帝國的衰落》的小冊子。我們就雙方研究結果之間的關聯(lián)進行了愉快的討論。此前我曾因為不喜歡蝎子樂隊而拒絕用他們的歌名作為論文標題，不過從這次討論之后，我也開始努力為自己的文章起一個引人注意的題目。

20世紀80年代末，索倫開始主持對盧尼亞諾（Lugnano）附近一棟羅馬別墅的考古發(fā)掘工作。這棟別墅位于翁布里亞（Umbria）附近，在公元3世紀被毀。5世紀中期被重新當作嬰兒墓地使用。DNA分析顯示墓地中有47名未滿3歲的嬰幼兒，他們都是瘧疾流行病的受害者。隨后的發(fā)掘揭示了巫術的跡象：被砍下頭的幼犬、烏鴉的爪子和蟾蜍。這些令人毛骨悚然的物品表明，5世紀盧尼亞諾的羅馬人曾使用巫術來驅除瘧疾惡魔，即使羅馬帝國當時名義上是基督教國家。當一具可能是感染瘧疾而亡的10歲孩童遺骸出土后，更多使用巫術的證據(jù)被發(fā)現(xiàn)了。作為葬禮儀式的一部分，一塊石頭被放在這個孩子的嘴里，來防止尸體復活，向活著的人傳播瘧疾，現(xiàn)在這樣的做法被稱為“吸血鬼葬禮”。

瘧疾得名于意大利語“mala aria”，意思是“不好的空氣”，這源自羅馬人對該疾病的認知，即瘧疾是由來自沼澤和濕地的刺鼻空氣造成的。在羅馬時代，這種致命的疾病在地中海地區(qū)很普遍。瘧疾在莊稼收獲的時候最為流行，在夏末和早秋，得了瘧疾的農(nóng)民不得不躺在床上，無法干農(nóng)活。毫無疑問這會影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力和糧食產(chǎn)量。羅馬過渡期的氣候變化是否放大了瘧疾對羅馬衰落的影響呢？極有可能。3至6世紀多次年代際尺度的干濕交替變化，加上大規(guī)模的森林砍伐，為更多沼澤環(huán)境的形成創(chuàng)造了最佳的條件，從而為瘧疾的傳播媒介——蚊子——提供了更多的繁殖場所，更多農(nóng)民被感染，城里人的糧食也就更少了。

羅馬帝國過渡期時，歐洲各地的夏季普遍較冷。但是在公元476年西羅馬帝國衰落的兩個世紀后，溫度又進一步呈現(xiàn)螺旋式下降。公元536到660年的晚古小冰期是一個顯著的寒冷期，籠罩了整個歐洲大陸。我們在奧地利阿爾卑斯山2500年的溫度重建曲線中捕捉到了晚古小冰期這100年的寒冷，向東7500千米以外、幾乎同樣長度（前359—2011）、俄羅斯中南部阿爾泰山的夏季溫度重建也同樣發(fā)現(xiàn)了這一寒冷期。晚古小冰期是在536年的一聲巨響中開始的，這一年非常冷，以至于愛爾蘭編年史中寫著“缺乏面包”。以弗所的約翰（John of Ephesus）是當時美索不達米亞的一位作家，他發(fā)現(xiàn)“所有的葡萄酒嘗起來都有一種壞葡萄的味道”。很長時間內(nèi)，引發(fā)公元536年極端寒冷天氣的原因都是科學界激烈討論的話題。當年僅存的少量文字記錄語意模糊，產(chǎn)生了很多可能的解釋，包括火山、星際云、小行星或彗星撞擊。比如以弗所的約翰寫道：“太陽變黑，它的黑暗持續(xù)了18個月。每天太陽只發(fā)光4個小時，不過這些光也只是微弱的陰影，每個人都說太陽再也不會恢復原來的光芒了。”拜占庭歷史學家普羅科皮烏斯（Procopius）曾記載：“太陽發(fā)出沒有亮度的光芒……看起來非常像日食，因為光線并不清晰?！?/p>

當邁克爾·西格和他的同事們使用775年的放射性碳峰值來對照冰芯記錄中的火山事件和樹輪記錄中的寒冷年份時，536年急劇的降溫之謎被解開了。去除了冰芯和樹輪記錄之間的7年差異后，很明顯，536年的火山事件是短時間內(nèi)發(fā)生的一系列火山爆發(fā)事件的開端。這一系列事件包含連續(xù)發(fā)生的兩次大型火山爆發(fā)和一次小型火山爆發(fā)，觸發(fā)了長達10年的寒冷夏季，由此引發(fā)了晚古小冰期。阿爾卑斯和阿爾泰的樹輪記錄顯示，5世紀40年代這兩地的夏季溫度比整個歐亞大陸的平均值還要低3.4至5.8華氏度（約合1.9至3.2攝氏度）。

伊洛潘戈湖是由休眠火山口積水而成

公元536年的火山噴發(fā)極有可能是一次發(fā)生在北半球高緯度地區(qū)的火山事件，但準確地理位置還不清楚。4年后的公元540年，熱帶地區(qū)發(fā)生了大規(guī)模的火山噴發(fā)——可能是位于今天薩爾瓦多的伊洛潘戈火山——規(guī)模甚至比導致1816年“無夏之年”的坦博拉火山噴發(fā)還要大。我們能知道這些是因為這次火山事件分別被記錄在來自兩個半球（格陵蘭和南極）的冰芯中，同時也被記錄在古老長壽松的霜凍年輪和多個國家地區(qū)（俄羅斯、阿根廷、愛爾蘭和歐洲其他幾個國家）樹木的窄年輪里。公元536年和540年的火山噴發(fā)致使一層厚厚的火山灰懸浮在空中，遮擋了太陽，導致地球表面降溫，阻礙了植物的光合作用，威脅了糧食安全。芬蘭北部亞化石木材的穩(wěn)定碳同位素測量支持了那個時代作家的記錄。反映太陽輻射變化的樹輪碳同位素顯示，公元536年和540年太陽輻照度急劇下降。通過比較發(fā)現(xiàn)，公元547年的火山噴發(fā)規(guī)模雖然較小，但是影響很大，這三次火山爆發(fā)直接拉開了晚古小冰期降溫的序幕。

火山爆發(fā)三重奏導致了晚古小冰期的寒冷，接下來的太陽活動極小期和北大西洋濤動（NAO）的負相位，又將寒冷進一步加劇，使其持續(xù)了100年。來自蘇格蘭咆哮洞穴3000年的石筍記錄顯示，NAO在公元550年從正相位向負相位轉換。在晚古小冰期之前，驅動大西洋將溫暖空氣輸送到歐洲的北大西洋風力機器失靈了，歐洲大陸直接暴露于來自東部西伯利亞的冷空氣之下。

長達幾個世紀的內(nèi)戰(zhàn)、民族大遷徙和氣候不穩(wěn)定對羅馬農(nóng)業(yè)經(jīng)濟和社會秩序造成的破壞已經(jīng)削弱了羅馬帝國，晚古小冰期開始之初的嚴寒又進一步加劇了帝國的衰敗。公元536年火山噴發(fā)的時候，羅馬帝國的凝聚力已經(jīng)被破壞，西羅馬帝國在作物歉收、流行病和蠻族入侵的綜合壓力下陷入了癱瘓。東羅馬帝國在公元6世紀雖然也面臨著晚古小冰期和災難性瘟疫的雙重打擊，但還是支撐了很長一段時間，直到1453年被奧斯曼帝國打敗。

公元536年和540年的火山事件發(fā)生不久后，來自亞洲高原的鼠疫傳到了羅馬帝國的東海岸，并通過帝國向西傳播，演變成了前所未有的大流行病。僅在第二場火山爆發(fā)的一年后，即公元541年，鼠疫就通過老鼠和跳蚤出沒的谷物船率先抵達了埃及。老鼠在埃及的糧倉中大量繁殖，這些老鼠很快就在整個羅馬帝國擴散開來。公元542年，感染鼠疫的老鼠隨谷物船從埃及被帶到君士坦丁堡。西羅馬帝國消亡后，君士坦丁堡成為帝國的新都城。從這里開始，鼠疫蔓延至整個地中海地區(qū)的港口城市，到公元544年，鼠疫已經(jīng)傳播到了羅馬帝國西緣的不列顛群島。嚙齒動物橫行的基礎設施和全球貿(mào)易共同制造了這場發(fā)病速度快、持續(xù)時間長的大瘟疫，現(xiàn)在我們稱其為查士丁尼瘟疫。

鼠疫在整個帝國越來越嚴重，并持續(xù)了200年。它最后一次暴發(fā)是在8世紀40年代，之后這場瘟疫就像它開始時那樣，迅速結束了。晚古小冰期的第一次火山噴發(fā)后，僅僅過了幾年瘟疫就開始了，而當晚古小冰期轉換為中世紀暖期后，瘟疫便結束了，這個事實表明氣候與瘟疫存在潛在的聯(lián)系。鼠疫大流行是由生物和環(huán)境因素之間復雜的共同作用引起的。凱爾·哈珀（Kyle Harper）在2017年所著的《羅馬的命運：氣候、疾病和帝國的終結》（The Fate of Rome: Climate, Disease, and the End of an Empire）中指出，羅馬帝國晚期船只、城市和糧倉等基礎設施網(wǎng)絡的擴張造成了有助于鼠疫傳播的環(huán)境。哈珀將鼠疫流行描述為一個生物學的“多米諾骨牌”事件，涉及至少6個不同的物種：鼠疫細菌（Yersinia pestis）本身，攜帶細菌的跳蚤、沙鼠、旱獺，被跳蚤叮咬并感染的屋頂鼠（俗名黑家鼠），最后是被跳蚤叮咬或與老鼠接觸而染病的人類。溫度和降水的變化會影響這個瘟疫循環(huán)中每一種生物的棲息地、行為和生理過程。因此氣候變化對疫情的放大或抑制，依賴于連鎖反應發(fā)生的地點和時間。氣候變化（例如晚古小冰期的變冷）與鼠疫之間的潛在聯(lián)系是復雜的、非線性的。最有可能的情形是，公元6世紀NAO向負相位轉變，使得鼠疫細菌的故鄉(xiāng)——半干旱的亞洲地區(qū)降水增加，導致沙鼠和旱獺快速繁殖。野生寄主種群的膨脹增加了鼠疫細菌與其他寄主的接觸，例如屋頂鼠，之后這些屋頂鼠又乘上開往羅馬帝國的貿(mào)易船向西去了。

晚古小冰期的寒冷和查士丁尼瘟疫的接連發(fā)生，給羅馬過渡期過后本已脆弱不堪的人口帶來了沉重的打擊。整個帝國的鼠疫致死率估計為50%到60%。如此巨大的人口損失將羅馬社會拖入了深淵。農(nóng)民數(shù)量的急劇減少導致莊稼腐爛在田地里，造成食物短缺，而士兵的減少則大大削弱了軍事力量。然而這些都沒有將東羅馬帝國壓垮。它不僅實現(xiàn)了自身社會經(jīng)濟體系的顛覆性變革，也熬過了伊斯蘭帝國在晚古小冰期的崛起。東羅馬帝國從長達200年的鼠疫大流行和7世紀中期穆斯林的入侵當中恢復過來，在10世紀重新崛起，成為繁榮的拜占庭帝國，并于接下來的幾個世紀在地中海東部地區(qū)的政治和文化領域占據(jù)統(tǒng)治地位。