土壤是地球上最常見的物質。我們幾乎每天都能看到土壤的痕跡。眾所周知,這些普通的土壤是地球上所有陸地植物生存的基礎。它們為各種生物提供了豐富的食物來源,從而在陸地上創造了生機勃勃的生態環境。因此,土壤是地球的寶藏。然而,土壤不是地球誕生後才存在的物質,那麼最早的土壤是什麼時候形成的呢?我們今天來談談。
大約45.5億年前,地球是一個由熔融物質構成的熱行星。大約1.5億年後,地球表面逐漸冷卻,形成各種巖石。在隨後的時間裡,在太陽、水、冰川、重力、風等外力的作用下,這些巖石的物理化學性質會發生不同程度的變化,進而形成具有鬆散結構的風化殼。風化殼中的物質是地球土壤的主要物質來源(其中一小部分是來自宇宙的塵埃)。
如果你不相信,你可以把一堆土放大幾十倍觀察。然後你會發現土壤實際上是由許多非常小的碎石組成的,這些碎石是地球表面巖石風化的結果。
然而,這些物質不能稱為土壤(這種物質在火星和月球上隨處可見)。這是因為我們所說的土壤,是一種地表具有一定肥力的鬆散物質層,巖石風化後產生的細小物質不具有肥力。為什麼土壤有肥力?答案是土壤中還有另一種物質——腐殖質。
腐殖質是一種膠體物質,通常為深褐色或黑色,富含碳、氮、氧、氫、磷、硫等高等植物必需的元素,是土壤肥力的主要來源(土壤中一半以上的有機質是腐殖質)。另外,腐殖質是一種很好的物質,它可以粘結疏鬆的沙子,也可以使過多的粘結材料疏鬆。
腐殖質被稱為地球的精華。這些風化巖石產生的小物質,只有在腐殖質存在時才可視為粘土。因為腐殖質主要是異養微生物分解地球上動植物遺骸的產物,而植物是動物生存所不可缺少的,所以地球上土壤形成的最早時間實際上是地球上植物最早出現在陸地上的時間。
研究表明,植物的祖先大約在30億年前出現在地球的海洋中,但直到大約4.75億年前才出現在地球的陸地上,這表明地球上最早的土壤形成於大約4.75億年前。考慮到地球有45.5億年的歷史,這個時間點可能比你想像的要晚得多。那麼在開始的時候,地球是如何形成的呢?
第一批「落地」植物是裸蕨類植物和苔蘚植物,它們生長的物質基礎主要取決於陸地上雨水溶解的礦物質。在生長過程中,這些植物還會產生大量的分泌物,可以分解巖石,從而加速土壤的形成過程。隨著它們的大規模繁殖,動物和異養微生物也可以「站在地上」。在這些動植物和微生物的共同作用下,地球表面的巖石和風化後產生的微小巖石形成了真正的土壤。
當土層達到一定厚度時,被壓在下層的土壤在強壓力作用下又會變成巖石(這就是所謂的「沉積巖」)。因此,地球上的土壤在其形成之後不會一直存在。例如,地球北半部的大部分地球形成於第四紀,而大部分土壤形成於這一時期之前,都消失了。
值得一提的是,土壤的形成需要很長時間。科學家估計,如果從巖石風化階段開始計算,至少需要幾百年才能形成一釐米厚的土壤,在惡劣的自然條件下甚至需要數萬年。
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