泥土的起源

在植物生長于土地上之前，許多河流就像今天阿拉斯加的庫珀河一樣，呈辮狀在荒蕪的大地上穿過，并將大量的沉積物傾瀉入海

在地球的大部分歷史中，陸地上幾乎不存在任何帶有泥土的東西。大約4.5 8億年前，泥土終于開始堆積起來，永久改變了地球上的生命。

數(shù)年前，地質學家尼爾·戴維斯（Neil Davies）前往玻利維亞，在成堆的魚類化石中尋找答案。他想進一步了解當?shù)啬菞l古老海岸線的信息，這些魚類在大約4.6億年前曾沿著那條海岸線暢游，他想了解這些魚是如何死亡的。他發(fā)現(xiàn)，或許是在暴風雨期間，這些魚被快速沖入大海的泥沙中窒息而亡。

在世界各地其他年齡相仿的巖石中，也出現(xiàn)了大量類似的窒息而亡的魚。這是在植物生長于各個大陸之前的情況，河岸沒有根或莖可以將含泥沉積物封固在陸地上。

如果這種效應在全球范圍內(nèi)擴大，影響將是巨大的，不僅影響沿海生命，而且影響整個地球的地形。在植物出現(xiàn)之前，河流會沖走大陸上的淤泥和黏土——泥土的主要成分，并將這些沉積物送入海底。這樣會使陸地上充滿光禿禿的巖石，海洋里充滿窒息死亡的魚類。

植物出現(xiàn)在陸地上之后，情況開始發(fā)生變化。泥土附著在河流沿岸的植被上，卡在植被周圍，而不是直接流入海底。目前供職于英國劍橋大學的戴維斯及其同事發(fā)現(xiàn)：大約在4.58億年前至3.59億年前期間，陸地植物擴張的同時，陸地上的泥土量增加了十倍多，而且河流的流淌方式發(fā)生了重大轉變。戴維斯說：“第一批植物的出現(xiàn)以及隨后泥土的出現(xiàn)，從根本上改變了世界的運行方式。”

生命演化出了應對手段，以適應新的泥土環(huán)境和新的河流形狀，形成了生命和地形的多樣化，這種多樣化一直持續(xù)到今天。這種變化大部分是由植物造成的，但泥土也起到了增加黏合性的作用。泥土跟沙子不同，潮濕的泥土容易黏合在一起。

目前，戴維斯正在研究早期植物是否能使泥土有所增加，是否將更多的泥土固定在原地，或者是否同時起到了這兩種作用。帕薩迪納市加州理工學院的地球生物學家伍德沃德·費舍爾（Woodward Fischer）說：“這是一個值得了解的情況。在人們能夠想到的東西中，泥土是最常見、最豐富的東西之一。認識到在地球歷史的大部分時期中情況并非如此，這是件了不起的事情。這項研究還可能為當今河流工程項目（如大壩建設）的決策提供依據(jù)。了解植被如何控制河流的流量和沉積物的堆積，可能會有助于防止發(fā)生一些災難，如造成密西西比河流域和世界其他主要江河流域發(fā)生洪災的災難。哪怕一件小事，只要我們能夠做得更好，都會產(chǎn)生巨大的影響?！?/p>

泥土與河岸

地質學家談論泥土時，他們把泥土說成是潮濕時會黏合在一起的細小顆粒。隨著時間的推移，由于風、雨、冰和雪的作用，這些顆粒通常會從較大的巖石中分解出來。真菌和微生物也可以分解巖石，然后形成泥土。

在植物出現(xiàn)在陸地上之前，泥土就存在，只是絕大部分被河流沖到海底。植物出現(xiàn)之后，它們不僅將沉積物固定在原位，而且它們的根部也自然地分解了巖石，并釋放出化學物質使巖石進一步破碎。通過這種方式，植物加速了地質學家所說的“大陸泥土工廠”的形成。

自從20世紀60年代以來，地質學家注意到：在地質記錄中，植物出現(xiàn)在陸地之前的河流通常看起來與大陸變綠之后形成的河流有所不同。麻省理工學院的地球科學家泰勒·佩倫（Taylor Perron）說，最早的河流類似于當今沿著阿拉斯加的礫石海岸流淌的河流。2017年，佩倫在《地球與行星科學年度評論》雜志中撰寫了論文，論述了控制地貌形成的因素。

阿拉斯加的河流沙礫累累，在沙洲上形成了許多辮狀的河道，隨著周期性的泛濫，會不斷下沉形成更多的河道。在沒有任何植物將這些河岸固定的情況下，河岸不斷坍塌形成新的河道。然而，植物的出現(xiàn)阻止了這種侵蝕，泥土也增加了河岸的黏合性，因此河流不太可能塌陷成多條辮狀河道。相反，這些河流只開辟一條河道，以連貫的“S”形蜿蜒穿過整個區(qū)域。地質記錄表明，植物出現(xiàn)在陸地上之后，這種蜿蜒的河流在地球上變得更加普遍了。佩倫說：“從這種意義上看，植物的出現(xiàn)是地球上曾經(jīng)發(fā)生過的最佳的自然景觀實驗之一。”

河流的形狀看似微不足道，但會對河流內(nèi)及周圍的生命產(chǎn)生深遠的影響。例如，彎曲河道中的彎曲部分會改變水的溫度或化學性質，使其與直線流水的河段不同，并且會產(chǎn)生動植物需要的新型微環(huán)境。

2017年，斯坦福大學的古生物學家凱文·博伊斯（Kevin Boyce）在《地球與行星科學年度評論》雜志上與他人共同撰寫了關于植物進化的文章。他說，即使是類似苔蘚的最早期的植物，也有可能已經(jīng)開始改變沉積物在河岸上的沉積方式了。那些并不是大樹，但它們?nèi)匀粫ㄟ^減緩水流來影響水的流動。大約3.86億年前，隨著植物向樹木的進化，它們開始擁有減緩風速的力量。當風在樹枝間停止下來時，被捕獲的細小顆粒就會掉落到地上，從而使更多的沉積物落入樹干和莖之間。

泥土中的生命

對于像早期千足蟲和類似蠕蟲的動物來說，這種環(huán)境向它們提出了新的挑戰(zhàn)。英國牛津大學地質學家安東尼·西利托（Anthony Shillito）說：“泥土為生活于其中的動物提供了一種完全不同的媒介?！?/p>

植被可以幫助固定河岸，產(chǎn)生單一河道，以“S”形在陸地上蜿蜒穿過，就像這里顯示的當今亞馬遜河的部分河段一樣

為了穿過泥土，蠕蟲之類的動物會創(chuàng)造狹窄的縫隙，通過收縮身體、伸展身體、擠開水分、向前爬動，艱難地穿越泥土。從力學上來講，這不同于穿越沙地，穿越沙地需要動物將障礙物挖出去。因此，為了應對更加艱難的運動，早期的陸生蠕蟲和昆蟲不得不進化出相應的身體部位。

耶魯大學古生物學家利迪亞·塔爾汗（Lidya Tarhan）說：“反過來，這些運動也可能有助于塑造泥土本身。挖掘出通道并使其暢通無阻，這種行為可能會將沉積物轉移至周圍，改變沉積物的分布，也會影響沉積物的化學性質。”例如，一些無脊椎動物攝入沉積物以獲取營養(yǎng)，腸道中的化學反應會形成細小顆粒，這些顆粒以糞便的形式排出，形成泥土。

但是，塔爾汗說，早期穴居動物對泥土環(huán)境的最大影響可能是使泥土松散開來，并將其散布在河流內(nèi)以及整個地表上。隨著單道河流的增多，泥土將有更多機會擴散到平原上。明尼蘇達大學沉積學家克里斯·保拉（Chris Paola）說：“這樣的平原在辮狀河流沿岸就不會那么容易形成，因為隨著水位的上升，辮狀河流的河岸容易塌陷?！?/p>

遭到人類濫砍濫伐的現(xiàn)代江河流域表明：植被的缺失破壞了河岸的穩(wěn)固性，使河岸的黏結力有所降低。例如，在加州的薩克拉曼多河沿岸，那些被開墾為農(nóng)田的地區(qū)比仍然有森林的地區(qū)更容易受到侵蝕。自然環(huán)境保護主義者曾經(jīng)努力使這條河流保持穩(wěn)定，在沿岸種植了一百多萬棵樹苗。

了解植物和泥土在河流中的相互作用，有助于將受到侵蝕的河流恢復到更加穩(wěn)定的狀態(tài)。2011年，保拉在《海洋科學年度評論》雜志上跟他人共同撰寫了一篇有關恢復河流的論文。他說：“如果你不了解是什么因素導致河流進入一種狀態(tài)或進入其他狀態(tài)，那就很難把研究做好?！碑斀?，許多生命是圍繞著河流生存的，因此做好這項研究很重要。

然而，這一點始終是事實：自從動植物最初出現(xiàn)在陸地上，生命一直聚集在河流周圍。這就是早期的泥土積聚在河邊的原因，泥土也影響了水的流動方式。

戴維斯說：“一旦把泥土從這一平衡系統(tǒng)中剔除，想象世界的陸地上沒有那么多泥土，那么地球就會變成一顆完全不同的星球?！?/p>

資料來源 Knowable Magazine