地质学家原先认知有误：河流蜿蜒改道无需依赖植物存在

河流通常有两种形态：辫状河，即多条河道环绕沙坝流动；以及曲流河，即单一河道在陆地上切割出S形曲线。地质学家长期认为，在植被出现之前，河流主要呈辫状形态，只有在植物生根并稳定河岸后才形成曲流形态。

这项新研究于2025年8月21日在线发表在《科学》期刊上，它指出一种理论——认为辫状河主导了地球历史最初的40亿年——是基于对地质记录的误读。该研究证明，无植被覆盖的曲流河也能留下与辫状河沉积物具有欺骗性相似特征的沉积物。这一区分对我们理解地球早期生态和气候至关重要，因为河流类型决定了沉积物、碳和营养物质在洪泛平原储存的时间长短。

"通过这项研究，我们挑战了关于植物生命首次在陆地进化时地貌形态的公认理论，"第一作者、斯坦福多尔可持续发展学院马修·拉波特实验室的博士生迈克尔·哈森表示。"我们正在重写植物与河流交织关系的故事，这是对我们理解地球历史的重要修正。"

曲流河的泥泞洪泛平原——由河流漫溢历经数千年形成的动态生态系统——是地球上最丰富的非海洋碳储存库之一。大气中以二氧化碳形式存在的碳水平如同地球的恒温器，在漫长的地质时间尺度上调节温度。准确核算曲流河创造的碳储存库，有助于科学家建立更全面的地球古代及未来气候模型。

"洪泛平原在决定碳如何、何时以及是否被埋藏或释放回大气中发挥着重要作用，"哈森说。"基于这项工作，我们认为碳在洪泛平原的储存可能比经典范式所假设的持续更长时间，该范式认为曲流河仅存在于过去数亿年间。"

河流的流向

为评估植被对河道形态的影响，研究人员检查了49条现代曲流河中约4500个河湾的卫星图像。其中约半数河流无植被覆盖，另一半则被茂密或部分植被覆盖。

研究人员重点研究了点坝——当水流沉积沉积物时，在曲流河内侧弯道形成的沙质地貌。与辫状河中部形成的沙坝不同，点坝倾向于横向远离河流中心迁移。随着时间的推移，这种迁移促成了曲流河特有的蜿蜒河道形态。

认识到这些沙坝会根据河流形态在不同位置形成，数十年来地质学家通过测量岩石记录中沙坝的轨迹来揭示古河道。这些通常由砂岩和泥岩构成的岩石，为不同的河流形态提供了证据，因为每种河流沉积不同类型和数量的成岩沉积物，为地质学家重建远古河流几何形态提供了线索。如果砂岩显示的沙坝迁移角度变化很小，地质学家就将其解释为沙坝向下游移动，从而推断沉积物由辫状河形成。

利用这一技术，地质学家注意到河流在植物首次于地球进化之时改变了其行为方式。这一观察结果得出一个结论：陆地植物使河流曲流成为可能，例如通过截留沉积物和稳定河岸。

"我们在论文中指出，这个结论——至今仍被写入所有地质学课程——很有可能是错误的，"论文通讯作者、多尔可持续发展学院地球与行星科学助理教授拉波特表示。

通过观察具有不同植被覆盖度的现代河流，研究人员证明植物持续改变着点坝的迁移方向。具体而言，在没有植被的情况下，点坝倾向于向下游迁移——如同辫状河中河道中部沙坝的迁移方式。

"换句话说，我们证明了，如果使用地质学家在古岩层中应用的相同标准来判断现代河流，曲流河将被错误归类为辫状河，"拉波特说。

随时间变迁的河流

这些发现为探索地球远古时期提供了一个引发思考的新视角，颠覆了关于河流如何塑造大陆的传统图景。如果富含碳的洪泛平原确实在历史上分布得更为广泛，科学家可能需要修正关于重大自然气候随时间波动的模型，这对我们理解当前气候变化具有深远影响。

"理解我们的星球将如何应对人为引起的气候变化，取决于对其如何响应过去扰动的准确基线认识，"哈森说。"岩石记录提供了这一基线，但只有在我们准确解读它时才有用。"

"我们提出，一个对碳循环的重要控制因素——即由于河流类型和洪泛平原形成，碳在何处储存以及储存多久——尚未被充分理解，"他补充道。"我们的研究现在指明了进行更好评估的方向。"

其他共同作者来自帕多瓦大学和英属哥伦比亚大学。