河流：地球的命脈

每年7月到10月，南亞的季風會帶來大量的降雨，造成恒河和布拉馬普特拉河巨大的流量，河流中泥沙的輸運量大約每秒50噸，每天的輸運量約相當于3.5萬輛卡車的載重量，這些泥沙大部分堆積在孟加拉國的孟加拉灣，隨海洋的洋流運動，這些泥沙最終會沉入海底。這些泥沙顆粒的組成十分豐富，有來自中國西藏高原的細小顆粒，有來自印度的殘枝落葉，還有來自喜馬拉雅古老巖石被河水沖蝕的碎屑。

河流輸運的這些物質，可能來源于火山噴發等地殼運動形成的巖石，或者來源于樹木，然后將這些物質搬運到海洋。穿越地球的歷史，隨著大陸分布和氣候模式的改變，河流輸送物質的自然特點也在不斷地變化。

從某種意義上講，河流就像飛機場的終端門，連接著大氣、山谷、巖石、植物、土壤和海洋。就像坐飛機的乘客一樣，河流中被輸送的物質能夠向人們講述它們來自哪里，它們發生了什么，以及它們要去往哪里。

伍德霍爾海洋研究所的科學家約旦·海明威及其團隊最近的研究，就是要回答上述問題。他們研究進入河流的物質來源，并分析它們如何隨著時間變化，他們將所有的數據拼合在一起，發現了兩個相互交叉的地球循環過程，一個是地理控制，另一個是生物控制，兩個過程隨著時間和空間的變化，塑造著地球生命的模樣。

科學家分析這些存在于生物圈和地理界的循環過程，是想尋找到遏制氣候變化的節點。所有這些奧秘都存在于恒河和布拉馬普特拉河每秒50噸的泥沙中。

兩個碳循環過程

約旦·海明威的研究對象簡單而尋常，那就是構成生命的基礎，并在地球氣候變化中擔當重要角色的碳。研究的目標是要在兩個循環過程中跟蹤碳的行蹤。

第一個是生物圈碳循環過程。能夠進行光合作用的植物和浮游生物將空氣中的二氧化碳轉化為有機物，并用于支持自身的生長。動物和其他異養類生物不能夠直接利用光能合成生長所需要的物質，需要通過消費初級生產者獲得。當植物和動物都死亡，它們的枝體或者肢體被微生物所分解，這個過程釋放出二氧化碳，二氧化碳重返大氣。

生物圈的碳循環接近完美，只有一小部分的碳逃離了這種常規的碳循環，被河流輸運到了海洋。隨著時間的累積，這些被輸入海洋的碳形成了海洋泥沙，并且開始了碳的第二個循環過程，即地理碳循環過程，這是一個范圍更大，相對較緩慢的過程。

相對于植物和土壤，巖石中從空氣中鎖定的碳則需要花費相當長的時間。由于地殼的板塊碰撞，一些來自生物圈的碳埋藏在海洋泥沙中，可以被進一步擠壓進入地殼的深層，或者進入地幔，這些碳的重見天日，需要經過上百萬年的地殼運動和火山噴發，地理構造力量將海底泥沙上升成為干旱的土地，這些碳又重新進入生物圈碳循環。

以上由巖石鎖定的碳由地理循環所完成，其數量非常大，是“遺漏”進入生物圈碳的上千倍，但是這種“遺漏”非常的緩慢。在一個足夠長的時間，如果這種緩慢“遺漏”進入生物圈的碳，比重新生成巖石的速度快，那么生物圈碳循環的速度就會加劇，大氣中的二氧化碳的含量就會增加。

二氧化碳是一種溫室氣體，大氣中的二氧化碳越多，將會導致更加溫暖的氣候。如果增加海洋中的碳埋藏，這樣進入生物圈的碳就會減少，大氣中的二氧化碳的水平也會下降，地球將會變得更加涼爽。

河流作用

在這兩個地球的碳循環過程中，河流擔當著重要作用，既對地理變化作出反應，也對氣候變化作出反應。河流輸運或多或少的碳，將會調節地球的地理變化和氣候變化。

當印度板塊和歐亞板塊相互碰撞，擠壓抬升造就了喜馬拉雅山脈，喜馬拉雅的抬升使更多的巖石重新暴露在地表，巖石中的碳可以“遺漏”進入生物圈，但是山脊的抬升，同時也造成崇山峻嶺，導致河水流淌的速度加快，這樣河流可以輸運更多的碳進入海洋，沉積在海底形成海洋泥沙，這個過程會降低大氣中二氧化碳的含量。

當然，人類最近發現一些辦法能夠打破這些循環，這些人為作用的后果還有待觀察。人類燃燒化石燃料，加速了地球循環釋放碳的速度，人類增加了巖石中的碳轉變為大氣中二氧化碳的速度。人類也可以打破河流的自然穩定機制，人們在河流上無節制地修建水壩和進行農業灌溉，水壩將河流流向大海的流路分解為若干小段，每小段的河流流態隨人的意志控制。同時，人們在流域中預留了很多土地進行農業種植，破壞了土壤的植被覆蓋，增加了土壤的侵蝕程度，更多的泥沙被沖入河流中去，這會向海洋輸送更多的來源于生物圈的碳。實際上，人類已經加速運轉了碳的傳送機制，不過又被自己建設的大壩所阻攔。

現在，全球幾乎找不到一條沒有水壩和沒有人類農業種植的河流，即使是恒河，每天要輸運3.5萬輛卡車的泥水進入大海，也被很多水壩所節制，沿河還有很多的引水工程，并且，最令人不安的是，直到目前，水壩和引水工程的建設并沒有停歇，而是仍以驚人的速度進行著。

通過學習河流是如何將有機碳輸運到大海，以及碳的來源和碳隨時間的變化，我們能夠理解這其中牽涉到的生物圈碳循環過程和地理界的碳循環過程，我們能夠揭示地理構造力、人力和氣候變化的力量，如何影響碳循環，以及反過來碳循環如何影響氣候。

科學家們正在研究這些問題，科學家用以研究的依據十分簡單，那就是小小的測船、一些實驗瓶，以及過濾器等，科學家們希望從地球上大的河流上尋找答案。例如剛果河、亞馬孫河、恒河和布拉馬普特拉河。

為了了解更詳細的河流信息，科學家要分析河床泥沙的組成，這并不是常人所想象的“從河流中打點水來分析”就能完成的，幸運的是，科學家們發明了一些新工具，使這一過程變得簡單。

研究人員需要知道河流不同深度處水的含沙量，因為河流的含沙量變化太快，即使密西西比河在最泥濘的河段也有沙質的河床，研究人員會水平地將采樣器置于水中，在取樣器的頂端有一個蓋子，當取樣器到達某一深度后，蓋子可以被打開，該深度的水樣可以準確地取出。然后，研究人員會對水樣進行過濾，濾除顆粒直徑大于0.2毫米的所有物質，研究人員對濾除后的物質和被過濾的物質都進行研究。

那么，研究人員是如何判斷所過濾的物質來源于哪里呢？答案就在碳身上。對于碳，研究人員要檢測兩個屬性，首先是生物屬性，每一物種，或者是生物種群都會產生有特征的分子序列。例如，植物的樹葉都會分泌出一種蠟質的生物合成劑，以保護樹葉不至于短時間內死亡，以及分泌一些生物標志性物質，以使它們的枝干更健壯，科學家可以測量這些生物標志性物質，了解河流海洋碳循環的過程。其次，碳有三個同位素，分別為碳-12、碳-13和碳-14，這些碳的同位素在地理上分布是不同的，碳-14太重而不穩定，容易衰變，植物偏向于較輕的碳-12。但是，并不是所有的植物都只吸收碳-12，有一些植物偏向于碳-13，研究人員正是通過這些植物偏好，確定河流泥沙來源于哪里。最后，由于碳-14有衰變的特性，研究人員能夠利用這一點測量水樣碳物質的年齡。