数年前 ， 地质学家尼尔·戴维斯前往玻利维亚 ， 他想更深入地了解当地一条古老海岸线的信息 ， 并在当地成堆的鱼类化石中 ， 寻找到一些关于地球上泥土形成的重要答案 。
大约4.6亿年前 ， 这里的鱼类曾沿着那条海岸线畅游 。 或许是遭遇了暴风雨 ， 这些鱼在被快速冲入大海的泥沙中后窒息而亡 。 这一发现令戴维斯惊讶 ， 他想了解这些鱼是如何死亡的 。
类似的鱼化石也大量出现在其他年龄相仿的岩层中 。 这是在植物生长于各个大陆之前的情况——没有根或茎可以将含泥沉积物封固在陆地上 ， 它们被冲入水中 ， 从而让沿海鱼类窒息 ， 最终沉入海底 。 如果这种效应在全球范围内扩大 ， 影响绝对是巨大的——不仅影响沿海生命 ， 而且影响整个地球的面貌 。
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▲陆生植物出现之前 ， 许多河流就像今天美国阿拉斯加的库珀河一样 ， 在荒芜的大地上呈辫状穿过 ， 并将大量的沉积物倾泻入海 。
植物与泥土
改变地球的运行方式
陆地植物出现之前 ， 河流会冲走大陆上的淤泥和黏土（泥土的主要成分） ， 并将这些沉积物送入海底 。 这样 ， 陆地上永远只有光秃秃的岩石 ， 而海洋里却满是窒息死亡的鱼类 。
陆地植物出现之后 ， 情况开始发生变化 。 泥土逐渐附着于河流沿岸的植被上 ， 被留在植被的周围 ， 而不是直接流入河中 ， 最终沉到海底 。 目前供职于英国剑桥大学的戴维斯及其同事发现：大约距今4.58亿年至3.59亿年间 ， 植物在陆上扩张的同时 ， 陆地上的泥土量也大幅增加超过十倍 ， 而且河流的流动方式也发生了重大转变 。 戴维斯说：“第一批植物的出现 ， 以及随后泥土的出现 ， 从根本上改变了世界的运行方式 。 ”
与此同时 ， 生命也演化出了应对手段适应新的泥土环境和河流形态 ， 组合出了多样化的生态地貌 ， 一直持续到今天 。 这种变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 ， 潮湿的泥土容易黏合在一起 。 人们通常以为 ， 泥土是地球上最常见、最丰富的东西之一 。 但实际上 ， 在地球的演化史上 ， 大部分时期并非如此 ， 能够认识到这一点是件了不起的事情 。 目前 ， 戴维斯正在研究早期植物是否增加了地表的泥土量 ， 是否将更多的泥土固定在原地 ， 抑或同时起到了这两种作用 。
这项研究还可能为当今水利工程项目（如大坝建设）的决策提供依据——了解植被如何影响河流的径流量和沉积物的堆积 ， 可能会有助于防止一些灾难的发生 。
河道大改观
从辫状到S形蜿蜒
泥土是如何形成的？陆地上的岩石随时间推移 ， 在风、雨、冰和雪的作用下 ， 或在真菌和微生物的分解下 ， 较大的岩石中会不断分解出一些小颗粒 ， 这就是泥土的雏形 。
植物出现在陆地上之前 ， 泥土绝大部分被河流冲到海底 。 陆地植物出现之后 ， 它们不仅将沉积物固定在原位 ， 而且植物根部也自然地分解岩石 ， 并释放出化学物质使岩石进一步破碎 。 通过这种方式 ， 植物加速了泥土的形成 。
自20世纪60年代以来 ， 地质学家注意到：在地质记录中 ， 植物出现在陆地上之前 ， 河流的形态看起来与大陆变绿之后形成的河流有着明显不同 。
美国麻省理工学院的地球科学家泰勒·佩伦说 ， 最早的河流类似于当今沿着美国阿拉斯加的砾石海岸流淌的河流 。 那里的河流沙砾累累 ， 在沙洲上形成了许多辫子状的河道 。 在没有任何植物固定河岸的情况下 ， 随着河水的周期性泛滥 ， 河岸会不断坍塌形成新的河道 。 植物的出现阻止了这种侵蚀 ， 泥土也增加了河岸的黏合性 ， 因此河流不太可能塌陷成多条辫状河道 。 相反 ， 这些河流会开辟出一条主河道 ， 以连贯的“S”形 ， 蜿蜒穿过整个区域 。
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▲植被可以帮助固定河岸 ， 所产生单一河道 ， 以“S”形在陆地上蜿蜒穿过 ， 如图所显示的亚马逊河的部分河段一样 。
地质记录表明 ， 植物出现在陆地上之后 ， 这种蜿蜒的河流在地球上变得更加普遍了 。 河流的形状看似微不足道 ， 但会对依靠河流水系生存的各种生物产生深远影响 。 例如 ， 河道中的弯曲部分会改变水的温度或化学性质 ， 使其与直线流水的河段不同 ， 并且会产生动植物需要的新型微环境 。
2017年 ， 美国斯坦福大学的古生物学家凯文·博伊斯在《地球与行星科学年度评论》杂志上与他人共同撰写了一篇关于植物进化的文章 。 他在文章中指出 ， 即使是类似苔藓的最早期植物 ， 也可能已经开始改变沉积物在河岸上的沉积方式了 。 虽然还没有大树 ， 但早期植物仍会通过减缓水流来影响水的流动 。 大约3.86亿年前 ， 随着植物向高大的树木进化 ， 它们开始拥有减缓风速的能力 。 当风在树枝间停止下来时 ， 空气中被树冠捕获的细小颗粒就会掉落到地上 ， 从而使更多的沉积物落入树的干和茎之间 。
泥土中生存
艰难进化造就肥沃平原
对诸如早期千足虫和类似蠕虫的动物来说 ， 泥土环境的出现对其生存提出了新的挑战 。 英国牛津大学地质学家安东尼·西利托说：“泥土为生活于其中的动物提供了一种完全不同的媒介 。 ”
为了穿越泥土 ， 蠕虫类动物会想尽办法创造狭窄的缝隙 ， 通过反复收缩和伸展身体、挤开水分 ， 艰难地向前爬行 。 从力学上来讲 ， 这不同于穿越沙地 ， 穿越沙地只需要动物将障碍物挖出去 。 因此 ， 为了应对这项更加艰难的运动 ， 早期的陆生蠕虫和昆虫不得不进化出相应的身体结构 。
美国耶鲁大学古生物学家利迪亚·塔尔汗认为 ， 这些运动反过来也可能有助于塑造泥土本身 ， “挖掘出通道并使其畅通无阻 ， 这种行为可能会将沉积物转移至周围 ， 改变沉积物的分布 ， 也会影响沉积物的化学性质” 。 例如 ， 一些无脊椎动物摄入沉积物以获取营养 ， 肠道中的化学反应会将这些沉积物变成更细小的颗粒 ， 再以粪便的形式排出 ， 最终帮助了泥土的形成 。
但塔尔汗又认为 ， 早期穴居动物对泥土环境的最大影响 ， 可能还不是帮助泥土形成 ， 而是使泥土松散开来 ， 并将其散布在流域内 ， 乃至整个陆地表面 。
随着单道河流的增多 ， 泥土将有更多机会扩散到平原上 。 美国明尼苏达大学沉积学家克里斯·保拉说：“在辫状河流沿岸 ， 很难形成拥有肥沃土壤的平原 ， 因为随着水位的上升 ， 辫状河流的河岸较容易塌陷 。 ”
遭到人类滥砍滥伐影响的现代江河流域表明：植被的缺失的确会破坏河岸的稳固性 ， 使河岸的黏结力有所降低 。 例如 ， 在美国加州的萨克拉曼多河沿岸 ， 那些被开垦为农田的土地比仍保有森林的区域更容易受到侵蚀 。 为了保持这条河流的稳定 ， 有人曾经在沿岸栽种了一百多万棵树苗 。
了解植物和泥土在河流中的相互作用 ， 有助于将受到侵蚀的河流恢复到更加稳定的状态 。 当今 ， 许多生态系统是围绕着河流生存展开的 ， 因此做好这项研究很重要 。
实际上 ， 自从动植物最初出现在陆地上 ， 一直有大量生命聚集在河流周围 。 这就是早期的泥土积聚在河边的原因 ， 泥土也影响了水的流动方式 。 戴维斯说：“一旦把泥土从这一平衡系统中剔除 ， 想象世界的陆地上没有那么多泥土 ， 那么地球就会变成一颗完全不同的星球 。 ”
作者：胡德良/编译
编辑：许琦敏
责任编辑：任荃
图片来源：Knowable Magazine
【尼尔·戴维斯|什么？地球曾经没有泥土？！直到这种生物的出现，旧貌换新颜】*文汇独家稿件 ， 转载请注明出处 。
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