地球皮膚的秘密

土壤構(gòu)成了地表層，是各種礦物、富碳物質(zhì)、水和空氣的復(fù)雜混合物。它在生產(chǎn)糧食、凈化大氣及儲(chǔ)存水分等方面都發(fā)揮著不可或缺的作用。

人們常常把土壤看作“死氣沉沉”的結(jié)塊的泥土，實(shí)際上土壤中生機(jī)勃勃，有微生物、小蟲及數(shù)不清的其他生物。其豐富多樣的成分能為各行各業(yè)的人提供幫助：沼澤深層土壤為古人類的活動(dòng)提供證據(jù)；沾在鞋子或衣服上的泥土可以幫助科學(xué)家尋找罪犯；北極凍土中的一種細(xì)菌可能保護(hù)著我們的星球……正因?yàn)槿绱耍芯咳藛T將土壤比作地球的皮膚。

美國微生物學(xué)家珍妮特·瓊森正在研究一種永久性凍結(jié)的土壤。這種被稱為永久凍土的土壤覆蓋了北極的大部分區(qū)域，占北半球土地面積的四分之一。

近幾十年來，人類向大氣中排放了過量的二氧化碳及其他溫室氣體，這些氣體將熱量“封存”在地球表面，使溫度上升，這會(huì)導(dǎo)致大面積的永久凍土融化。

永久凍土消失將引發(fā)許多問題。

苔原是北極圈內(nèi)一種由苔蘚、地衣、多年生草類和耐寒小灌木構(gòu)成的植被帶，覆蓋于永久凍土之上，其土壤固碳是整個(gè)地球土壤固碳總量的三分之一。如果永久凍土融化，土壤中的植物殘?bào)w將腐爛分解，這些植物中固定的碳都會(huì)釋放，其中一部分會(huì)以二氧化碳的形式進(jìn)入大氣。

瓊森希望能找出永久凍土中的一種細(xì)菌，它能吸入空氣中的二氧化碳，并將其儲(chǔ)存在地下（整個(gè)過程不會(huì)引起氣溫上升）。她說，了解這些細(xì)菌的運(yùn)作機(jī)制能幫助科學(xué)家找到降低大氣二氧化碳濃度的新方法。

差不多有20年的時(shí)間，蘇格蘭阿伯丁詹姆斯·赫頓研究所的土壤學(xué)家洛娜·道森都埋頭研究不同類型的土壤構(gòu)成。2003年的一天，一名警官來到她的實(shí)驗(yàn)室，讓她幫忙破案。這名警官想知道，是否可以利用嫌疑犯長(zhǎng)靴底部的泥土定位毒品的藏匿點(diǎn)。

道森對(duì)土壤進(jìn)行分析，并與實(shí)驗(yàn)室中的土壤樣品進(jìn)行比較，成功地將長(zhǎng)靴上泥土中的一種植物分子與一片樹林匹配上了。最終，這位警官在道森推測(cè)出的樹林里找到了毒品。

第一次幫警察破案的經(jīng)歷轉(zhuǎn)移了道森的科研重心，如今她已是一名法醫(yī)土壤學(xué)家。她在詹姆斯·赫頓研究所的實(shí)驗(yàn)室也成為世界上少數(shù)利用土壤研究協(xié)助破案的實(shí)驗(yàn)室之一。

其實(shí)利用土壤幫助調(diào)查人員找到犯罪現(xiàn)場(chǎng)以及肇事者作案后的去向并不是一個(gè)全新的想法，幾個(gè)世紀(jì)以來，調(diào)查人員都在利用土壤破案。在阿瑟·柯南·道爾1887年的偵探小說《血字的研究》中，土壤的作用就被陳述出來。其中記錄到，通過土壤的顏色，主人公夏洛克·福爾摩斯能將沾在褲子上的泥土與倫敦不同區(qū)域匹配起來。

土壤可以幫助偵探尋找犯罪現(xiàn)場(chǎng)，也可以幫助科學(xué)家和歷史學(xué)家了解遙遠(yuǎn)的過去。

基拉·霍夫曼是加拿大英屬哥倫比亞維多利亞大學(xué)的一名研究生。作為一名群落生態(tài)學(xué)家，她通過研究生態(tài)系統(tǒng)中不同生物體來更好地理解它們的相互聯(lián)系。

霍夫曼來到了加拿大沿海熱帶雨林的沼澤，這片沼澤中的土壤可以追溯到13 000年前。

當(dāng)水苔死亡并開始腐爛時(shí)，會(huì)形成一種名為泥炭的土壤。腐爛的植物形成酸性環(huán)境，導(dǎo)致濕地中的泥炭分解十分緩慢。因此，沼澤中的泥炭可以保留幾千年前的線索。在泥炭中挖掘時(shí)，霍夫曼注意到完美的木炭痕跡貫穿于一些土壤層次中。這些木炭就是火的證據(jù)。

為知道這些火燃燒的年份，霍夫曼使用了放射性碳年代測(cè)定技術(shù)。這項(xiàng)技術(shù)通過比較兩種形式的碳（碳12和碳14）的相對(duì)含量來推測(cè)時(shí)間。其中碳14具有放射性，隨著時(shí)間推移，它的原子會(huì)以已知的速率分解，并轉(zhuǎn)化為碳12。科學(xué)家可以利用這兩種形式的碳的比例來大致推測(cè)出含碳物質(zhì)的年齡。

霍夫曼表示，通過木炭痕跡和放射性碳年代測(cè)定可以證明，加拿大最早的原住民幾千年來都使用火來塑造土地。或許為了更好地看見獵物，他們想將土地?zé)靡挥[無余。

“當(dāng)你仔細(xì)注意土壤時(shí)，就會(huì)發(fā)現(xiàn)它很特別！”霍夫曼鼓勵(lì)每一個(gè)人探索腳下的土地：“你會(huì)開始意識(shí)到，小小的一勺土壤中包含著一個(gè)神奇的世界。”（據(jù)環(huán)球科學(xué)）