奇怪的是普通阶层

苏格兰西北部的托里登砂岩保存了前寒武纪六公里长的河流沉积物。但是，什么样的地质事件能够给研究人员在10亿年后留下他们的痕迹呢?

有趣的是，这并不是大洪水，也不是剧烈的河道变化——主要是沙丘在河床上的蠕动。事实上，只有几个月的价值。

这种普通的河流沉积物，或河流地层，困扰了地质学家大半个世纪。考虑到保存下来的河流历史是如此之少，研究人员发现，奇怪的是，普遍现象的记录多于最极端事件的证据。发表在《地球物理研究快报》上的一项新研究揭示了可能最终解释这个谜的过程。

这项研究由加州大学圣巴巴拉分校的地形学助理教授Vamsi Ganti领导，涉及了地质学领域中持续时间最长的争论之一:灾难论与均变论。也就是说，地质记录是更容易受到大的、不频繁的事件的影响，还是更容易受到小的但常见的事件的影响。

当谈到河流沉积物时，灾难论有一个相当直观的论据。“如果任何事件被保存下来的概率很低，那么被保存下来的东西应该是特殊的，”Ganti解释道。然而，科学家发现这根本不是真的，即使只有不到0.0001%的运行时间被保存下来。

“这就是为什么我们称其为河流地层的奇怪寻常，”Ganti说，“因为奇怪的是，保存下来的事件如此普通，尽管保存下来的时间如此不寻常。”

河流形态倾向于自组织成层次结构，甘提和他的同事们认为这是理解这种奇怪的普通现象的关键。涟漪和沙丘在几分钟或几小时内穿过河床。沙洲的移动会在数月或数年的时间里发生，而河流会在数年或数世纪的时间里蜿蜒并跳过河岸。在最极端的情况下，海平面的变化会在数千年的时间里加速侵蚀或促进沉积。

幸运的是，科学家们通过现代观察了解了这些现象是如何在地层记录中出现的。事实证明，这些特征在大小上各不相同，从一英寸高的涟漪到海平面引发的侵蚀，可以冲刷数百米的沉积物。

Ganti和他的同事建立了一个概率模型来检验他们的假设。他们发现，如果所有的河流过程都以相同的尺度发生，只有最极端的事件得以保存。然而，当他们引入分层结构时，普通过程产生的沉积物就开始填满更高一层的现象造成的侵蚀。

谜底解开了。“只要你在河流动力学中有一个等级组织，你的地层将是普通的，”Ganti说。

Ganti解释说，科学家们对河流形态的这些不同层次已经了解了很长一段时间，但直到现在才有人将它们与河流地层的普通程度直接联系起来。在这些结果出现之前，沉积学家有点像早期的生物学家，他们知道分类学——物种、属、科等等——却不了解解释它们之间动态联系的进化理论。

在一个层面上的事件可以积累沉积物——在这种情况下，它们会被保存下来——或者它们可以侵蚀沉积物，然后由更低一层的普通事件填充。因此，虽然一些极端事件被保存下来，但地层记录中普遍的现象占主导地位。

Ganti还意识到，级别演化的相对时间框架决定了保留什么。例如，以河流迁移与崩裂的相对比率，或河流跳岸的频率为例。Ganti解释说:“如果你的迁移速度很快，而崩裂的频率不高，那么你就会继续对矿床进行改造。”这些系统往往只保留最极端的河道海拔。“然而，当你发生崩裂时，你就不能再重新处理沉积物了，因为你已经跳到一个新的位置了。”

有了这样的理解，科学家们现在就可以利用地层来比较河流活跃时各个地层的演变速度。事实上，这一结果支持了Ganti之前的研究结论，他证明了前寒武纪的河流可能与我们今天知道的单一河道蜿蜒的河流类似。

长期以来，科学家们一直怀疑这一点，因为在地层记录中没有保存证据。许多人认为，这些河流需要植物来保护它们的河岸，而陆地植物还没有进化。但事实上，与其说这些河流没有迁移，不如说它们的地层经常被抹去。事实上，其他科学家已经发现，没有植被的河流比有植被的河流迁移速度快10倍。

Ganti的发现对现代世界也有影响，气候变化和海平面上升正在改变主要河流系统的行为。为了了解我们的未来，许多科学家研究了古新世-始新世热峰值时期的河流沉积物，当时平均气温突然跃升5至8摄氏度，与现代气候变化相当。有证据表明，当时的河流流动性更强，现在我们有工具来确定原因。

“我们知道，河流的沉积物供应正在发生变化，这是由于人类引发的变化。但我们不知道的是，从长远来看，我们会让河流沿着什么样的轨道前进，”Ganti说。

“我们要增加移民率吗?”我们会更频繁地诅咒别人吗?这种区别很重要，因为它决定了洪水的历史，以及未来几十年和几百年的发展方向。”