新研究揭示了复杂河床地层背后的新研地理过程

苏格兰西北部的Torridon砂岩保存着前寒武纪时期六公里的河流沉积物。但是示复什么样的地质事件能够使研究人员在十亿年后发现它们呢?

有趣的是，这不是杂河大洪水或剧烈的航向变化，主要不是床地层背沙丘在河底的定期爬行。实际上，地理只有几个月的过程价值。

河流沉积物或河床地层的新研这种平常性使地质学家困惑了一个世纪的大部分时间。鉴于只保留了很少的究揭一条河流历史，研究人员发现奇怪的示复是，普遍记录居多，杂河而不是床地层背最极端事件的证据。发表在《地球物理研究快报》上的地理新研究揭示了可能最终解释这一谜团的过程。

由加州大学圣塔芭芭拉分校的过程地貌学助理教授瓦姆西·甘蒂(Vamsi Ganti)领导的这项研究涉及了地质学领域历史最悠久的辩论之一：灾难主义与均势主义。也就是新研说，地质记录是倾向于受到较大的，不经常发生的事件还是受到较小但常见的事件的更大影响。

当谈到河床沉积物时，灾难性论据是非常直观的。甘蒂解释说：“如果保留任何事件的可能性很低，那么保留的东西就应该是特殊的。” 但是，科学家发现，即使保留了不到0.0001%的经过时间，这也不是真的。

甘蒂说：“这就是我们称其为河流地层奇怪的常态的原因，因为即使时间的保存时间如此之多，保存的事件仍然如此平常，这很奇怪。”

河流形态倾向于自我组织成层次结构，甘蒂和他的同事们认为这是理解这种奇怪常态的关键。涟漪和沙丘在数分钟和数小时的时间内穿过河底。沙洲的运动历时数月和数年，而河流则蜿蜒而行，历时数年之久。在最极端的情况下，海平面变化会在数千年的过程中加速侵蚀或促进沉积。

幸运的是，科学家们基于现代观测了解了这些现象如何在地层记录中出现。事实证明，这些特征的大小不一，从几英寸高的涟漪到海平面诱发的侵蚀，后者可能冲刷数百米的沉积物。

甘蒂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，如果所有河流过程都以相同的规模发生，那么只有最极端的事件才能得到保留。但是，一旦他们引入了等级制度，来自普通过程的沉积物就开始填充由更高一级的现象引起的侵蚀。

这个谜团解决了。甘蒂说：“只要您在河流动力学方面有一个等级组织，您的地层就会很普通。”

甘蒂解释说，科学家们已经相当一段时间了解了河流形态学中的这些不同的层次层次，但是直到现在，还没有人将它们直接与河流地层的平凡度联系起来。在获得这些结果之前，沉积学家有点像早期的生物学家，他们对分类法(物种，属，科等)有所了解，却不了解解释与它们联系的动力学的进化论。

某一级别的事件可能会堆积沉积物(在这种情况下它们会被保存)，或者它们会侵蚀沉积物，然后这些沉积物会被下一层的普通事件填充。因此，尽管保留了一些极端事件，但普通现象主导了地层记录。

甘蒂还认识到，级别演变的相对时间框架决定了要保存的内容。例如，以河流迁移与侵蚀的相对速度为例，或者以河流跳河的频率为例。甘蒂解释说：“如果迁移速度快而撕裂很少发生，那么您将继续重新整理您的存款。” 这些系统倾向于仅保留最极端的通道标高。“但是，当您发生撕脱伤时，您不能再进行返工，因为您跳到了一个新位置。”

有了这种理解，科学家现在可以使用地层来比较河流实际活动时每个水位的发展速度。实际上，该结果支持了Ganti先前研究的结论，他在该研究中证明了前寒武纪河流可能与我们今天所知的单河道蜿蜒河流相似。

长期以来，科学家一直对此表示怀疑，因为地层记录中没有保存任何证据。许多人认为，这样的河流将需要植物来保护其河岸，而陆地植物尚未进化。但实际上，这些河流并非没有迁移，而是蜿蜒得如此频繁，以致其地层不断被清除。确实，其他科学家发现，无植被地带的河流迁移速度比有植被的河流快10倍。

甘蒂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。为了理解我们的未来，许多科学家研究了古新世-始新世热最大值期间河流的沉积物，当时平均温度突然跃升了5到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大，现在我们有了确定原因的工具。

甘蒂说：“我们知道，由于人为因素引起的变化，河流的沉积物供应正在发生变化。但是，我们不知道从长远来看，我们向河流输送的轨迹是什么。”

“我们只是要增加移民率吗?我们要使抽搐更加频繁吗?这种差异很重要，因为它决定了洪水的历史以及您在未来几十年和几个世纪中的发展方向。”

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