在植物生長(zhǎng)于土地上之前，許多河流就像今天阿拉斯加的庫(kù)珀河一樣，呈辮狀在荒蕪的大地上穿過(guò)，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(kāi)始堆積起來(lái)，永久改變了地球上的生命。

數(shù)年前，地質(zhì)學(xué)家尼爾·戴維斯（Neil Davies）前往玻利維亞，在成堆的魚(yú)類化石中尋找答案。他想進(jìn)一步了解當(dāng)?shù)啬菞l古老海岸線的信息，這些魚(yú)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(yú)是如何死亡的。他發(fā)現(xiàn)，或許是在暴風(fēng)雨期間，這些魚(yú)被快速?zèng)_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(yú)。這是在植物生長(zhǎng)于各個(gè)大陸之前的情況，河岸沒(méi)有根或莖可以將含泥沉積物封固在陸地上。

如果這種效應(yīng)在全球范圍內(nèi)擴(kuò)大，影響將是巨大的，不僅影響沿海生命，而且影響整個(gè)地球的地形。在植物出現(xiàn)之前，河流會(huì)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(huì)使陸地上充滿光禿禿的巖石，海洋里充滿窒息死亡的魚(yú)類。

植物出現(xiàn)在陸地上之后，情況開(kāi)始發(fā)生變化。泥土附著在河流沿岸的植被上，卡在植被周?chē)?，而不是直接流入海底。目前供職于英?guó)劍橋大學(xué)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(kuò)張的同時(shí)，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(zhuǎn)變。戴維斯說(shuō)：“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(yùn)行方式?！?/p>

生命演化出了應(yīng)對(duì)手段，以適應(yīng)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(shí)起到了這兩種作用。帕薩迪納市加州理工學(xué)院的地球生物學(xué)家伍德沃德·費(fèi)舍爾（Woodward Fischer）說(shuō)：“這是一個(gè)值得了解的情況。在人們能夠想到的東西中，泥土是最常見(jiàn)、最豐富的東西之一。認(rèn)識(shí)到在地球歷史的大部分時(shí)期中情況并非如此，這是件了不起的事情。這項(xiàng)研究還可能為當(dāng)今河流工程項(xiàng)目（如大壩建設(shè)）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(huì)有助于防止發(fā)生一些災(zāi)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(zāi)的災(zāi)難。哪怕一件小事，只要我們能夠做得更好，都會(huì)產(chǎn)生巨大的影響?！?/p>

泥土與河岸

地質(zhì)學(xué)家談?wù)撃嗤習(xí)r，他們把泥土說(shuō)成是潮濕時(shí)會(huì)黏合在一起的細(xì)小顆粒。隨著時(shí)間的推移，由于風(fēng)、雨、冰和雪的作用，這些顆粒通常會(huì)從較大的巖石中分解出來(lái)。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(xué)物質(zhì)使巖石進(jìn)一步破碎。通過(guò)這種方式，植物加速了地質(zhì)學(xué)家所說(shuō)的“大陸泥土工廠”的形成。

自從20世紀(jì)60年代以來(lái)，地質(zhì)學(xué)家注意到：在地質(zhì)記錄中，植物出現(xiàn)在陸地之前的河流通常看起來(lái)與大陸變綠之后形成的河流有所不同。麻省理工學(xué)院的地球科學(xué)家泰勒·佩倫（Taylor Perron）說(shuō)，最早的河流類似于當(dāng)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(xué)年度評(píng)論》雜志中撰寫(xiě)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(huì)不斷下沉形成更多的河道。在沒(méi)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(kāi)辟一條河道，以連貫的“S”形蜿蜒穿過(guò)整個(gè)區(qū)域。地質(zhì)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(shuō)：“從這種意義上看，植物的出現(xiàn)是地球上曾經(jīng)發(fā)生過(guò)的最佳的自然景觀實(shí)驗(yàn)之一?！?/p>

河流的形狀看似微不足道，但會(huì)對(duì)河流內(nèi)及周?chē)纳a(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。例如，彎曲河道中的彎曲部分會(huì)改變水的溫度或化學(xué)性質(zhì)，使其與直線流水的河段不同，并且會(huì)產(chǎn)生動(dòng)植物需要的新型微環(huán)境。

2017年，斯坦福大學(xué)的古生物學(xué)家凱文·博伊斯（Kevin Boyce）在《地球與行星科學(xué)年度評(píng)論》雜志上與他人共同撰寫(xiě)了關(guān)于植物進(jìn)化的文章。他說(shuō)，即使是類似苔蘚的最早期的植物，也有可能已經(jīng)開(kāi)始改變沉積物在河岸上的沉積方式了。那些并不是大樹(shù)，但它們?nèi)匀粫?huì)通過(guò)減緩水流來(lái)影響水的流動(dòng)。大約3.86億年前，隨著植物向樹(shù)木的進(jìn)化，它們開(kāi)始擁有減緩風(fēng)速的力量。當(dāng)風(fēng)在樹(shù)枝間停止下來(lái)時(shí)，被捕獲的細(xì)小顆粒就會(huì)掉落到地上，從而使更多的沉積物落入樹(shù)干和莖之間。

泥土中的生命

對(duì)于像早期千足蟲(chóng)和類似蠕蟲(chóng)的動(dòng)物來(lái)說(shuō)，這種環(huán)境向它們提出了新的挑戰(zhàn)。英國(guó)牛津大學(xué)地質(zhì)學(xué)家安東尼·西利托（Anthony Shillito）說(shuō)：“泥土為生活于其中的動(dòng)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(guò)，就像這里顯示的當(dāng)今亞馬遜河的部分河段一樣

為了穿過(guò)泥土，蠕蟲(chóng)之類的動(dòng)物會(huì)創(chuàng)造狹窄的縫隙，通過(guò)收縮身體、伸展身體、擠開(kāi)水分、向前爬動(dòng)，艱難地穿越泥土。從力學(xué)上來(lái)講，這不同于穿越沙地，穿越沙地需要?jiǎng)游飳⒄系K物挖出去。因此，為了應(yīng)對(duì)更加艱難的運(yùn)動(dòng)，早期的陸生蠕蟲(chóng)和昆蟲(chóng)不得不進(jìn)化出相應(yīng)的身體部位。

耶魯大學(xué)古生物學(xué)家利迪亞·塔爾汗（Lidya Tarhan）說(shuō)：“反過(guò)來(lái)，這些運(yùn)動(dòng)也可能有助于塑造泥土本身。挖掘出通道并使其暢通無(wú)阻，這種行為可能會(huì)將沉積物轉(zhuǎn)移至周?chē)?，改變沉積物的分布，也會(huì)影響沉積物的化學(xué)性質(zhì)?！崩?，一些無(wú)脊椎動(dòng)物攝入沉積物以獲取營(yíng)養(yǎng)，腸道中的化學(xué)反應(yīng)會(huì)形成細(xì)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(shuō)，早期穴居動(dòng)物對(duì)泥土環(huán)境的最大影響可能是使泥土松散開(kāi)來(lái)，并將其散布在河流內(nèi)以及整個(gè)地表上。隨著單道河流的增多，泥土將有更多機(jī)會(huì)擴(kuò)散到平原上。明尼蘇達(dá)大學(xué)沉積學(xué)家克里斯·保拉（Chris Paola）說(shuō)：“這樣的平原在辮狀河流沿岸就不會(huì)那么容易形成，因?yàn)殡S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(jié)力有所降低。例如，在加州的薩克拉曼多河沿岸，那些被開(kāi)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(hù)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(wàn)棵樹(shù)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(fù)到更加穩(wěn)定的狀態(tài)。2011年，保拉在《海洋科學(xué)年度評(píng)論》雜志上跟他人共同撰寫(xiě)了一篇有關(guān)恢復(fù)河流的論文。他說(shuō)：“如果你不了解是什么因素導(dǎo)致河流進(jìn)入一種狀態(tài)或進(jìn)入其他狀態(tài)，那就很難把研究做好?！碑?dāng)今，許多生命是圍繞著河流生存的，因此做好這項(xiàng)研究很重要。

然而，這一點(diǎn)始終是事實(shí)：自從動(dòng)植物最初出現(xiàn)在陸地上，生命一直聚集在河流周?chē)＿@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(dòng)方式。

戴維斯說(shuō)：“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(méi)有那么多泥土，那么地球就會(huì)變成一顆完全不同的星球。”

資料來(lái)源 Knowable Magazine