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。他想進一步了解當地那條古老海岸線的信息，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。他發現，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。

植物出現在陸地上之后，情況開始發生變化。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現：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生了重大轉變。戴維斯說：“第一批植物的出現以及隨后泥土的出現，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。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，都會產生巨大的影響。”

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”形蜿蜒穿過整個區域。地質記錄表明，植物出現在陸地上之后，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，植物的出現是地球上曾經發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，但會對河流內及周圍的生命產生深遠的影響。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，并且會產生動植物需要的新型微環境。

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，但它們仍然會通過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，這種環境向它們提出了新的挑戰。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。”

植被可以幫助固定河岸，產生單一河道，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，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。”

遭到人類濫砍濫伐的現代江河流域表明：植被的缺失破壞了河岸的穩固性，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，那些被開墾為農田的地區比仍然有森林的地區更容易受到侵蝕。自然環境保護主義者曾經努力使這條河流保持穩定，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定的狀態。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或進入其他狀態，那就很難把研究做好。”當今，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。”

資料來源 Knowable Magazine