2 濕地地質
第2章 濕地地質 林雨莊編譯
地質學是對岩石的研究。一般人認為岩石是堅硬的物質，例如花崗岩，石灰石和砂岩，但地質學家在定義岩石時也包括較軟的物質。淤泥，粘土，泥土和泥炭都是相對較軟的物質，它們會積聚在地球表面的某些部分，研究地質學的科學家將其視為岩石。出於多種原因，地質學是濕地研究的重要方面。濕地位於地球表面，並被岩石所掩蓋。因此，濕地的範圍，其水域的化學性質以及在濕地內堆積的沉積物的種類都受到該地區潛在地質條件的影響。
地質和濕地景觀
濕地只能在積水的地區發展，這意味著濕地下面的地面必須不透水。有些岩石比其他岩石更容易被水滲透。例如，石灰石吸收水，因此水會逐漸沉入其中。水也會溶解石灰石，尤其是如果水是酸性的（雨水通常會溶解），而酸性排水會挖掘裂縫，洞穴和洞穴，這些岩石，洞穴和洞穴會迅速帶走岩石表面的水。砂岩由許多壓實並粘合在一起的砂粒組成，但通常在這些砂粒之間留有很小的空間。因此，水會從岩石中滲出並流走。花崗岩是通過火山活動形成的，火山活動產生的熔融岩石隨後冷卻並結晶。結果，岩石中的所有氣隙都被密封了，並且不透水。頁岩和板岩是沉積岩，這意味著它們像砂岩一樣，是在海洋之下或在以前的濕地中形成的，在這些濕地中已經沉積了水傳播的顆粒，並逐漸將其包裹成岩石。與壓實後沒有經過進一步處理的砂岩不同，頁岩和板岩由於附近的火山活動而被加熱到高溫。強烈的熱量通過密封結構中的任何孔隙來改變其形狀，從而使其不透水。因此，岩石的物理組成在確定濕地是否可以在特定地點發育中起著重要的作用。在山谷中有積水的地方，可以確定下面的地面是防水的，可以防止水在重力的影響下向下滲透並消失在地表以下的趨勢。
但是，如果材料的細顆粒阻塞了孔，那麼即使是多孔的岩石也可以不滲透。如果流進山谷的水從集水岩石中帶走了侵蝕的物質，這些物質沉降到多孔岩石的表面並形成一層將其密封的層，就會發生這種情況。粘土泥粉非常細的顆粒的，小於0.00008英寸，因此它們很容易通過移動水域進行長的距離。許多岩石包含埋藏的粘土顆粒，包括花崗岩，因此這些岩石在流域的侵蝕將粘土釋放到排水系統中。當水到達山谷時，這些黏土顆粒中的一些會隨著水速的降低而沉降，它們可能堵塞下面的岩石中的孔隙，並形成防水層，使濕地得以發展。木炭是在濕地形成過程中可以起到類似作用的另一種細顆粒。木炭由部分燃燒的植物材料碎片組成，非常抗腐爛。發生野火後，木炭顆粒被吹到土壤表面，並經常被沖入山谷，在此積聚成黑色防水層，這就像粘土層一樣，可導致濕地的發展。
因此，包括可沉積在下面母體岩石上的較軟物質（如粉砂，粘土和木炭）在內的基礎地質條件，為形成濕地提供了基礎。但是景觀的形式也對濕地發展產生影響。如第一章所述，在雨量很大的條件下，即使在山脊和山坡上也可能形成形成泥炭的濕地。但是，濕地通常在景觀中的凹陷處更為豐富，因為在凹陷處會積水。如果我們考慮下面的基岩不透水的區域（例如，花崗岩，頁岩或板岩），則濕地最有可能出現在總體景觀的山谷或凹陷處，如上圖所示。這種濕地稱為地形，這意味著它們取決於地形的地形（形狀和形式）。這些是最豐富的濕地類型之一，尤其是在降水量不多且只有從更廣泛的流域聚集在一起的情況下水才可以積累的地區。
第二種類型的濕地是食源性濕地，如中間圖所示。這類似於拓荒濕地，因為它位於空洞中，但是它是由多孔的，充滿水的岩石遇到下面的不透水岩石的結果而從地下湧出的水所餵養的。兩者接觸的地方，在重力的作用下通過多孔岩石下降的水無法繼續下降，而是被迫在不透水岩石的表面上橫向移動，直到形成泉水線。然後，這些泉水為沿著岩石邊界線以及位於該邊界線下方的凹陷處的濕地供水。這種類型的濕地僅在兩種截然不同類型的岩石匯合在一起時才發生，例如當石灰岩覆蓋在頁岩上時。發生這種情況時，發育中的濕地可能具有與外觀不同的水化學性質。例如，在覆蓋頁岩的石灰岩中，富含碳酸鈣（石灰）的水排到酸性岩石的表面，形成意想不到的富含石灰的濕地，其動植物區系獨特。
取決於景觀的總體形式的第三類濕地是氾濫平原濕地，如圖底部所示。這發生在河谷的下部，那裡的河流兩岸景觀寬闊而平坦，在通往海洋的途中常常蜿蜒向下。在其發展的現階段，一條河流經常行進很遠，並有許多支流匯入，因此它的水由大範圍的集水區供應。如果該集水區或什至只有一小部分地區有大雨，洪水將在河道中積聚並迅速向下游移動。突然湧出的水可能導致河水氾濫成河，並在兩岸的寬闊平原上擴散開來。人口經常定居在這些洪氾區中，因為它們的土壤肥沃，經常被洪水的懸浮沉積物施肥，是農業發展的理想選擇。埃及的尼羅河地區和北美的密西西比州都擁有以這種方式開發的大量洪氾區。洪水一度散佈在平坦的土地上，被濕地支持，現在已被排幹，河道被築堤以防止洪水氾濫，水庫被修建以控制水的流動。這些措施使洪氾區濕地的水供應短缺，因此這種濕地變得越來越稀缺。
圖2-1
不同類型的濕地景觀和排水方式。A.局部濕地，水在不透水岩石的低窪區域積聚。B.溶質濕地，水浸入一塊可滲透的岩石中，然後當它與下面的不可滲透的岩石接觸時，出現在泉水線和濕地中。C.洪氾區濕地生長在低窪的寬闊山谷中，那裡的洪水氾濫成河，並擴散到周圍的平原上。
地質與水化學
流經濕地的水是植物營養元素的來源，因此最終是所有濕地居民的礦物質營養的基礎。在動植物中最豐富的元素是碳和氧。這兩種元素都以氣體二氧化碳（CO 2 ）和氧氣（O 2 ）的形式存在於大氣中，並且也很容易溶於水，因此獲得它們通常沒有任何問題。但是，當氣體處於溶解狀態時，它們的運動（擴散）要比在空氣中慢得多，這意味著如果水本身停滯不前，它們可能會供不應求，從而引起問題。氫也是動植物的重要元素，水中的氫濃度對許多其他化學反應也有重要影響，因為氫的濃度控制著水的酸度或pH值。
氮作為蛋白質的主要成分，是下一個最重要的元素。蛋白質有許多不同的形式，其中一些是結構性的（例如指甲和頭髮），而另一些則以酶的形式（每個細胞中的大分子控制著在那裡發生的所有反應）。植物和動物都含有蛋白質，但是通常它們在動物組織中含量更高，因此動物比植物需要更多的氮來構建蛋白質。因為植物組織中的蛋白質比動物中的蛋白質差，所以食草動物（或素食主義者）要么為了獲取足夠的蛋白質（及其所含的氮）而不得不吃更多的材料，要么必須對所消耗的植物材料具有選擇性。（例如，豆中的蛋白質比生菜中的蛋白質更多。）在濕地中，氮氣可能以溶解氣體的形式出現，但由於氮氣（N 2 ）根本不具有反應性，因此植物和動物無法利用氮氣，而植物動物無法將其轉化為蛋白質。但是，包括藍綠色細菌（藍細菌）在內的某些微生物能夠將氮氣轉化為氨氣（NH 3 ），然後將該化合物用於蛋白質的構建。據說它們“固定”了氮。藍細菌在濕地中很常見，因此它們的活性對於增加水的繁殖力很重要。
氮也存在於所述硝酸根離子（NO的形式3 - ）。離子是帶電的原子或原子的集合。離子可以帶負電（陰離子）或帶正電（陽離子）。排水導致濕地水中產生硝酸根離子；他們從周圍的陸地表面洗淨，溶解在水中。硝酸鹽是由於植物和動物或動物排泄物中的死蛋白分解而產生的。農民還在土地上散佈這些化學物質，以使土壤肥沃並促進作物的生長，但施於土壤的某些硝酸鹽並未被作物吸收。取而代之的是，他們進入排水系統，最終流到溪流，河流和濕地，這就是富營養化的過程。在這裡，植物會吸收它們並加快生長速度，但這會導致問題，如側邊欄中所述。
鈣是植物和動物的重要元素，但對於具有骨骼骨架的動物（包括許多魚類和兩棲動物）以及具有殼的軟體動物（如貽貝和蝸牛）而言，尤其如此。鈣來自集水區岩石的侵蝕，水中鈣的豐度變化很大，這取決於是否存在富含石灰的岩石。濕地中化學物質的濃度可以用多種方法來描述，但是一個簡單的表達是百萬分率（ppm）。百萬分之一（10,000 ppm）相當於1％。通過石灰石排出的水的鈣濃度可能約為150 ppm。相比之下，酸湖中的水鈣含量可能不到1 ppm，而海水中鈣含量超過400 ppm。在真正鹽鹼化的濕地中，例如約旦的死海，鈣含量可能高達17,000 ppm，即1.7％。水中鈣含量的這種巨大變化對在濕地中發現的動植物種類具有相當大的影響。
磷是所有活生物體的另一個必不可少的元素。它是每個單元中的能量存儲和交換所需要的，它也是圍繞每個單元並調節其他材料進出該單元的所有膜的重要組成部分。在具有內部骨骼的動物中，它也是磷酸鈣形式的骨骼結構的重要組成部分。磷酸鹽與硝酸鹽一樣，被用於肥料中，並可能促進富營養化過程。它們還用於洗滌劑中，因此從家庭垃圾中排出的水可能富含磷酸鹽。在天然岩石中，它們非常稀少，因此未受污染的水通常並不富含磷；典型值為0.01至0.05 ppm。但是這些少量的磷對於濕地中的所有生物都是必不可少的。
鈉和鉀在自然界比磷要普遍得多，而動物則需要兩者。動物的肌肉和腎臟功能需要鉀，而神經活動則需要鈉。在植物中，鉀在調節細胞之間水的移動方面起著重要作用，但似乎根本不需要鈉。由於鈉在自然界中非常普遍，尤其是在海邊，因此植物需要有效地區分這兩種非常相似的元素，選擇鉀鹽並將鈉排除在外。海水中含有大約10,000 ppm（1％）的鈉和380ppm的鉀。在海邊附近，雨水也可能富含這些元素，因為海水被風吹到了大氣中。來自此類海洋地點（例如新斯科舍省）的濕地中的淡水可能含有5 ppm的鈉和0.3 ppm的鉀。在內陸，例如在威斯康星州，新鮮水的鈉含量可能僅為其的十分之一。
剩下的重要元素是鎂。這是色素葉綠素的重要組成部分，綠色植物必須進行其光合作用。像鈉一樣，它在海水中也很豐富，濃度約為1300 ppm。它在淡水中較少見，通常僅佔0.5 ppm或更少。鎂與鈣一起負責水的“硬度”。該術語最常用來描述一個人在嘗試使用肥皂在洗滌時產生泡沫時遇到的困難。據說富含鈣和鎂的水是“硬的”，並且在這樣的介質中很難產生肥皂泡。另一方面，鈣和鎂含量低的水被稱為“軟水”，更適合洗滌。硬水還會在用於沸騰的容器中產生水垢，在加熱元件上形成硬皮，並經常導致機械故障。
圖2-2
泥炭沉積的橫截面。此配置文件顯示了挪威卑爾根附近一個島嶼上的泥濘泥炭泥炭。（由Peter D.
Moore提供）
濕地沉積物
如第一章所述，水可以直接從降雨進入濕地，也可以從周圍的景觀間接進入濕地，在這種情況下，水已經越過或穿過了植被，土壤和岩石。降水直接產生的水可能含有一些溶解的化學物質（尤其是在靠近大海或污染源的位置），但是除了一些粉塵和花粉外，幾乎沒有顆粒物質，而這些粉塵和花粉可能是在下流時收集的氣氛。另一方面，流經景觀的水可能富含侵蝕的岩石顆粒，並且還可能攜帶在旅途中收集的其他物質，例如死植物物質。因此，在營養型濕地（僅靠雨水餵養）中，很少有顆粒物從外部帶入生態系統，但在營養型濕地（由雨水和排水共同餵養）中，可能會攜帶多種類型的侵蝕物質從流域到濕地生態系統。
礦物質的大顆粒，例如直徑超過2mm的礫石碎片，只能用快速流動的水來清除。即使那樣，它們也不會懸浮在水體中，而是會通過稱為鹽化的過程沿河床或小溪反彈。一旦運動水的速度減慢（通常是在進入濕地時發生），較大的顆粒就會停止主動運動，並在濕地沉積物表面佔據永久位置。較小的顆粒，或具有較低密度的顆粒，因此更容易漂浮（例如，包括木材在內的有機物顆粒），被運送到濕地。例如，淤泥和粘土顆粒在流動的水中處於懸浮狀態，但是當水變得靜止時，它們甚至最終會沉澱出來，這通常是由於濕地中生長著植物造成的。
微觀的動植物棲息在濕地中流動較輕的水域中，漂浮在水的上層中。其中一些（例如矽藻）會產生由矽石製成的殼，稱為殼殼，當這些光合作用浮游植物的成員死亡時，它們的殼殼沉入底部並增加了沉積物的生長。以矽藻和其他浮游植物為食的小動物也可能有外層，它們經久耐用，在死亡後還能存活。例如，甲殼類動物像水蚤水蚤一樣，其外部情況在動物死亡後仍然存在並沉入沉積物中。落在水面上的花粉粒或從周圍區域的溪流帶走的花粉粒會損失其細胞含量，因為水中的細菌會消耗它們，但是它們的外層堅韌，也很容易混入沉積物中。
濕地的植物生命包括許多較大的形式，即大型植物。其中一些人的一生都被淹沒了，而另一些（緊急情況）則從水面上方延伸到大氣中。它們在水底的沉積物中生根，其根最終死亡並成為沈積物的一部分。這些大型植物的葉子，莖和花也會死亡並下沉。這種物質的大部分可能會被水下的細菌和真菌分解，但仍有一部分殘留並與無機顆粒結合形成沉澱物。隨著時間的流逝，這些沉積物變成棕色，而不是灰色，因為有機殘留物形成了越來越重要的成分。年輕湖泊的淤泥和粘土被更成熟，生產力更高的濕地生態系統的泥漿取代。因此，演替過程在濕地沉積物中留下了永久的變化記錄。礦物顆粒和有機化石在水中混合在一起，然後逐年沈積在分層的一系列層中。
在寒冷的氣候中，濕地可能在冬季結冰，並且土壤變得更加不穩定，並且由於每個春季的雪融化而更容易被侵蝕，每年年初可能會有大量的被侵蝕的礦物顆粒湧入。這在濕地的底部產生了一條淺色沉積帶。然而，在夏季，隨著溫度的升高，包括浮游植物在內的植物生產力都會提高，在淺色礦物質上會沉積一層有機棕色。因此，每年的特點是有一段礦物沉積期，然後是一段有機沉積期，如果通過開挖或鑽孔對斷面進行取樣，則堆積的沉積物會顯示出清晰的條帶。這些類似於在樹木的木材中發現的年輪的年波段，被稱為瓦爾韋斯（varves），它們在讓濕地科學家計算沉積物中任何特定水平的年數時非常有用。
在演替過程中，水的深度會隨著沉積物堆積而減少。隨著水變得越來越淺，周圍流域侵蝕的礦物材料的貢獻下降，而當地植物群落的貢獻則增加。結果是，沉積物中所含有機物質的比例不斷增加，這些有機物質來自植被的死者遺骸。當沉積物中的無機物含量少於35％時，通常將其稱為泥炭。
泥炭通常富含植物甚至動物的化石。其形成的原因是死物質不斷積聚在表面上，並且細菌和真菌無法完成分解過程，並且在進行呼吸時將所有有機物轉化回二氧化碳。因此，殘留的殘留物逐年累積。堆積發生的速度取決於兩個主要因素：墊料在表面上沉積的速度以及分解速度在表層以下的速度有多快。
泥炭中的大多數化石物質都來自當地的植被。植物根係是最常見的化石類型，因為它們從表面滲透到深水淹沒的沉積物中，微生物的活動能力很低，分解發生的速度較慢。結果，根通常被很好地保存。苔蘚，特別是沼澤苔蘚泥炭蘚，是沼澤泥炭的重要組成部分，因其不尋常的物理和化學特性而受到園藝學家的高度重視。通常可以在泥炭中找到濕地植物的葉子，花朵和果實，它們比根部更容易識別，因此它們提供了過去濕地植被的信息。還存在微觀化石，包括矽藻殼，苔蘚和蕨類植物的孢子以及從當地植被和更遠的來源落在泥炭上的花粉粒。
動物在濕地生態系統中的體積要比植物少得多，因此在泥炭沉積中動物遺骸不及植物少也就不足為奇了。可以發現小甲殼類動物的微觀殘留物，以及某些變形蟲的複雜圖案的貝殼。這些根莖類動物或睾丸變形蟲具有堅硬的外殼，覆蓋著柔軟的單細胞體，在動物死亡後，這些外殼在泥炭中存活。甲殼蟲的翅盒也可以很好地保留在泥炭中，因為構成它們的硬物質甲殼質非常耐腐。這些機翼箱可能看起來像新的一樣，甚至在具有10,000多年歷史的泥炭中也是如此，並且甲蟲鑑定專家可以確定它們的確切種類。
脊椎動物動物的遺骸在泥炭沉積物中很少見。這主要是因為脊椎動物在濕地中的豐富度通常比無脊椎動物少得多，但是部分原因是保存不善。泥炭沉積物，特別是當它們發展成非營養型沼澤時，在化學上往往呈酸性。結果，位於泥炭中的任何骨材料都會隨著時間的流逝而溶解。湖泊中富含石灰的沉積物可能包含化石骨頭和鹿角，但在泥炭沉積物中很少見。如果哺乳動物在泥炭地環境中死亡，那麼幾千年後可能僅存的就是它的皮膚，指甲和頭髮。在北歐的沼澤中，人們的屍體已經從許多泥炭沉積中被發現。這些屍體經常引起發現它們的人們的極大關注，因為出色的皮膚保存狀態可能使一個具有2000年歷史的屍體看起來像最近的屍體，從而促使進行謀殺調查。沼澤屍體經常顯示出暴力死亡的證據，無論是頭部受傷還是勒死。顯然，古代的沼澤被認為是處置屍體的合適場所，也許旨在作為泥炭地神的祭品，或者可能只是被當作罪犯處決。
隨著時間的流逝，濕地的沉積物被分成一系列連續的層，提供了當地生態系統發展的記錄。由於保留了微小的空氣中化石，例如花粉粒，因此該地層學也可以提供有關植被，景觀和人類歷史的更廣泛變化的信息。濕地沉積物應被視為歷史文獻，等待生態學家，考古學家和環境科學家閱讀和解釋。
沉積物中的故事
濕地沉積物是一個密封的檔案庫，一個信息庫等待打開和閱讀。要打開檔案，必須要做的第一件事是穿透沉積物並從不同深度回收它們的樣本。一種解決方法是挖掘。考古學家面臨著鑽探地下埋藏層的問題，他們通常在選定的位置挖溝，以便獲得沉積物的橫截面。然後，當它們滲透到較舊的材料中時，它們可能會逐層剝去土壤區域。那些希望研究濕地地層的人可以採用相同的方法，但是它的確會造成場地的破壞甚至破壞，而且許多濕地對保護的興趣太大，以至於無法做到這一點。從現場清除多餘的水還存在實際困難；任何開放的溝渠很快都會充滿水，變得無法使用，因此濕地考古學家必須充分配備泵。
另一種方法是使用各種取芯設備鑽穿沉積物。大多數濕地沉積物都相當柔軟，因此通常可以使用採樣室和一系列延長桿來手工回收岩心。如果腔室足夠堅固，足以容納進行研究的人員，則腔室通常形狀像具有尖頭的圓柱狀火箭，從泥炭地表面向下壓入沉積物。如果船表面被水覆蓋或非常柔軟，則為船。一些研究人員更喜歡在冬季的深處採樣湖泊，以便它們可以將冰芯吸走。樣品室被迫進入沉積物中所需的深度，然後打開以獲取沉積物的核心。當其返回地面時，然後將岩心提取，包裹並送回實驗室進行物理，化學和生物學分析。這樣，可以獲得沉積物歷史記錄，而對場地的損害最小。
沉積物類型及其包含的化石的序列提供了特定濕地如何發育的詳細記錄，並使科學家能夠在該位置重建演替過程。第1章中描述的濕地成功的一般過程是溫帶濕地的典型特徵，但是在廣泛的濕地中進行的廣泛地層學研究表明，在一般主題上存在許多變化是可能的。第57頁的插圖是基於對濕地地層的已發表研究的總結，它提供了在北美溫帶濕地中描述的特徵性演替序列的一般概述。寬箭頭表示最常見的發育途徑，而窄箭頭表示較不頻繁的發育軌跡。紅色箭頭表示有時會發生濕地發展預期方向的逆轉。
該圖揭示了濕地發展的一些一般趨勢：濕地傾向於從水生條件發展為日益乾旱的條件，通常以樹木為主。這個過程稱為陸地化。沼澤地經常被沼澤苔蘚入侵，沼澤苔蘚就像海綿一樣，再次創造了越來越潮濕的環境。濕地很少發展成乾旱森林。只有集水區排水方式的變化才能導致這種結果。
隨著演習的進行，沉積物中的微觀化石可以提供有關不斷變化的條件的其他信息。例如，矽藻的過去存在是通過沉積物中的殼或殼形成的，這些矽藻可以在任何給定時間告訴我們濕地的化學條件。一些矽藻更喜歡酸性條件，而另一些矽藻只在富含石灰的水中發現。當水中的硝酸鹽含量豐富時，有些則效果最好，而另一些則更喜歡肥力很低的水。矽藻殼的分層殘留物包含過去矽藻群落變化的完整記錄，從中可以推斷出當時的化學條件。當分析人員試圖追踪現代污染問題的發展和成因時，矽藻的證據已被證明特別有用。例如，在西雅圖附近的華盛頓湖，人們擔心由於富營養化導致水域的肥力增加（請參見第49頁的側欄）。為了追溯這一過程的歷史，科學家從湖泊沉積物的上層中提取了矽藻殼，並能夠證明那些偏愛營養豐富的矽藻的數量突然增加。 1850年，西雅圖市開始擴張。因此，湖泊的變化顯然與該地區的人類活動有關，例如農業，污水處理和廢物處置。
濕地的另一個問題是降雨的酸度增加。矽藻化石中可追溯到湖泊酸度的變化，通過這種方式，水生科學家推論出蘇格蘭湖泊過去的pH波動。在蘇格蘭南部一個湖泊的沉積物中，矽藻厚堆積度不到50cm，由喜歡中性或弱鹼性水的物種組成，而高於該水平的人們則更喜歡酸性條件。臨界水平可追溯到1900年，據認為酸化與附近發電廠的大氣污染有關。
沉積物中的花粉粒（請參見第60頁的邊欄）提供了過去植被的證據。化石花粉粒的解釋困難重重，但這些微小的化石可以揭示過去的景觀和變化的環境。
從湖泊沉積物或泥炭沉積物的花粉分析中獲得的結果以花粉圖的形式呈現，如第61頁所示。垂直軸表示沉積物的深度，與沈積物的年齡有關。此特殊圖表顯示了不同沉積層的日期。垂直曲線表示不同類型花粉的豐度，說明了各種植物隨時間變化的命運。在這種情況下，僅顯示了三種樹類型（山毛櫸，橡樹和松樹）和三種類型的草本植物（草，豚草和酸模）。一個完整的花粉圖將包含數十種花粉類型，並且比此通用化和簡化版本描述的細節要多得多。
自1200 C 以來。Ë 。森林的組成發生了相當大的變化，從山毛櫸變為橡木和松木，然後變得越來越開放，放滿了更多的草和草藥。在新英格蘭，松樹的增加與美洲原住民的活動有關，他們利用火來改變環境，並提供了條件，在這種條件下松樹比其他樹木具有很大的優勢，因為松樹具有很高的耐火性。然而，真正劇烈的變化發生在歐洲移民的定居點上，這些移民清理了森林以進行更廣泛的農業種植，並創造了茂盛的草和草（包括豚草）的景觀。
花粉分析技術被證明對提供濕地周圍不斷變化的森林和景觀的圖片非常有價值。通過分析古代湖泊的沉積物，我們可以加深對森林對大約12,000年前冰河時代結束的反應方式的理解。例如，在新英格蘭，雲杉是入侵者，因為天氣變暖，而山毛櫸則在大約8000年前擴大其種群。希科里（Hickory）後來仍然不動，只是在大約5,000年前在該地區才變得重要。通過研究整個國家濕地上的花粉序列，科學家甚至能夠追踪不同樹種在冰河時代倖存下來的位置，以及隨著氣候變暖它們傳播的路徑。使用花粉分析，我們還可以重建人類（尤其是歐洲的先驅者）首次到達現場之前存在的植被。
在全世界的濕地上也進行了類似的工作，使花粉分析人員能夠了解植物如何應對氣候變化以及人類文化如何對其環境產生影響。使用花粉分析，可以研究以下問題：熱帶雨林如何應對導致溫帶冰河化的寒冷；農業如何傳播並導致自然棲息地發生廣泛變化；沙漠如何在一段時間內改變了它們的範圍。濕地蘊藏著巨大的此類信息，其中大多數尚未公佈。
圖2-3
北美濕地中最常見的濕地沉積物序列
圖2-4
來自北美（新英格蘭）濕地的典型花粉特徵。垂直軸對應於沉積物深度（以及年齡），曲線的粗細代表每種花粉類型的比例豐度。記錄了人類活動的兩個時期，一個時期對應於美洲原住民定居，第二個時期顯示出植被對歐洲定居者抵達的反應。
濕地沉積物
無論研究的主題是通過記錄沉積物還是個別濕地的發展還是更廣泛的環境變化問題，都必須有一個對分層序列進行測年的安全系統，以便可以將觀察到的變化分配給特定的時間範圍。在湖泊沉積物中，如果各個季節之間存在很大的溫差，並且如果湖泊內的條件非常穩定，以致不會發生沉積物的再懸浮和混合，那麼就會形成年波段或脈脈。對此類沉積物進行測年僅涉及計算從當前表面返回的脈管數。
即使沒有閥門，也沒有泥土沉積，但每年不會分層，有時也可以檢測出可以確定日期的特定層位。一個最可靠的這樣的視野的是由層產生的火山灰，或火山灰，即從一個火山噴發，灰衍生並且可以是超過數千英里的半徑通過大氣擴散。濕地中的特非拉沉積物呈玻璃狀微小顆粒的形式，在顯微鏡下清晰可見。特非拉的一個顯著特徵是，顆粒的化學性質使得它們可以通過特定的火山，甚至是特定的噴發來識別。一旦知道了這一點，就有可能對高精度的蒂法拉層進行約會。
放射性碳分析是最廣泛使用的約會方法之一。這種方法依賴於這樣一個事實，即宇宙射線不斷地導致它們在外部大氣中遇到的原子發生變化。碳的原子量通常為12，但是宇宙射線的撞擊會產生重量為14的碳原子。隨著時間的流逝，放射性14 C（讀作“碳14”）會衰變以產生12 C（“碳12”）。
），但這是一個很慢的過程。14個碳原子中的一半在任何人口中衰變都需要5500多年的時間。這稱為半衰期。當植物吸收碳作為二氧化碳並將其結合到組織中時，它們無法區分這兩種類型，因此進入泥炭的枯死植物材料中的碳含量約為14C 。隨著時間的流逝，放射性形式的衰變，14 C相對於12 C 的豐度變小。由於衰減率是一個已知的常數，因此可以計算出泥炭形成的時間。樣品中14 C 的量是使用原子質譜儀測量的，分析人員可以從中估算植物或動物材料的起源日期。然而，這是複雜的，因為隨著時間的流逝，上部大氣中形成14 C 的速率不是恆定的。這意味著表觀放射性碳年齡與實際年齡（有時稱為太陽年齡）不完全對應。幸運的是，這還沒有證明是一個嚴重的問題。可能已經對已知年代的放射性碳年代材料（例如來自古樹或化石的特定年輪的木材）進行了放射性碳測年，因此可以將放射性碳年與太陽年聯繫起來。14 C 的相對短的半衰期確實意味著，距今大約40,000年或更久的物質中所含的重同位素非常少，以致於難以準確測量其濃度。因此，放射性碳定年法僅適用於最後一次冰期後期或更晚的樣品。但是，這個時間範圍涵蓋了大多數現代濕地的時代。
古代濕地的地質
濕地不是這個星球上的新生態系統。他們的故事幾乎和生活本身一樣古老。地球上一些最早的生物記錄來自沿海濕地的古老沉積物。在被稱為疊層石的岩石團塊中發現了原始細菌和藻類的細胞，這些塊石是由於石灰和二氧化矽的積聚而在沿海淺層形成的。其中一些疊層石據信已經超過30億年的歷史。在泥盆紀時期（4.08億到3.6億年前），濕地在生物群落對土地的殖民化中起著重要作用，因為從海洋中出現的第一批動植物在生命週期中仍然非常依賴水。藻類，艾蒿，苔蘚和蕨類植物都需要水才能繁殖，因此它們會在早期的濕地中及其周圍生長。
泥炭時代最古老的濕地也是泥盆紀。在西弗吉尼亞，比利時和西伯利亞廣泛發現了它們的化石殘骸。他們被蕨類的早期親戚所統治。在石炭紀時期（3.6億到2.9億年前），形成泥炭的濕地變得很豐富。在這些時期，熱帶沼澤被高大的樹木所支配，這些樹木與現代蕨類植物和馬尾草有關，形成了深厚的泥炭沉積。重要的是要記住，大約3億年前，各大洲處於不同的位置。現在北美和歐洲的大部分地區都位於地球的赤道地區，這就是為什麼它們包含這些古代熱帶沼澤的化石遺蹟的原因。3億年前的泥炭隨後被掩埋並壓實，現在變成了堅硬的岩石，煤，但是就像現代泥炭一樣，泥炭內部還含有很高比例的有機材料，因此可以燃燒以提供能量。
。這種化石燃料是古代泥炭地的產物。
該地圖顯示了世界各地的煤沉積物分佈，但這些沉積物是在地球歷史上的不同時期沉積的。已經提到泥盆紀和石炭紀煤，但在隨後的侏羅紀時期（2.08億到1.45億年前）也有成煤沼澤，最引人注目的是在澳大利亞。正是在這個時候，針葉樹種正變得更豐富了地球的面貌，和白堊紀時期（145 萬至6500萬年前）許多煤沼澤中由沼澤柏樹的親戚為主，現在發現在佛羅里達大沼澤地。對於印象深刻的恐龍時代的成煤沼澤，大沼澤地很難改善。中歐和中國的一些煤炭礦床起源更近。許多這些新近形成的煤不像更古老的煤那樣堅硬，壓實。它們有時被稱為褐煤。
煤炭的性質和燃料質量各不相同。高級煤（例如無菸煤）主要由無機物含量很少的有機材料組成。這意味著在燃燒時，在過程結束時幾乎沒有灰燼。這一事實有助於我們了解形成這種煤的條件。我們知道，礦物灰分含量低的現代泥炭只能在營養養分條件下堆積，那裡沒有淤泥和粘土的排水流入。因此，我們必須得出的結論是，古老的成煤泥炭地類似於現代的高架沼澤，其泥炭圓頂很大，其泥土表面高於地下水，只能靠雨水餵養。很難想像這些巨大的熱帶森林沼澤地以大面積穹頂的形式堆積深層泥炭沉積。很難解釋泥炭堆積的深度如何。現代沼澤的深度很少超過40英尺（13 m），並且在沉積物被壓縮和壓實之前。古代泥炭沼澤形成於地殼下沉的區域，因此隨著它們的生長，周圍河口的海平面繼續上升。沼澤可能被上升的海洋所淹沒，然後又開始生長，產生有機煤，並與上升海產生的無機層交替。煤層通常以這種方式堆積。
自然世界影響了文化發展和人類歷史。重要的是要記住，如果沒有太陽能在這些古老濕地的泥炭沉積中積累，就可能不會發生工業革命。今天的世界將是一個截然不同的地方。
圖2-5
世界主要煤炭礦床分佈
結論
濕地以不同方式融入景觀。如果降水量很高，那麼在景觀中幾乎任何地方都可以發現濕地，甚至在山脊和山坡上也可以找到濕地，但通常在不透水岩石的凹陷和山谷中發現濕地，那裡的水會自然堆積（外源性濕地）
）。一些濕地發生在不透水的岩石在多孔岩石下，並且水在春天進入地面。這些是單生的濕地。
濕地水的化學性質受其通過的岩石的強烈影響。除非海洋近在咫尺，否則雨水通常略帶酸性，並且營養元素貧乏，在這種情況下，鈣，鈉和鎂通常很豐富。通過石灰石的水富含鈣，但是來自酸性岩石（如花崗岩或砂岩）的水通常缺乏鈣。硝酸鹽和磷酸鹽與人類活動（農業，工業，污水和廢物處置）特別相關。它們的存在可能會刺激植物生長，但可能導致富營養化和耗氧。
濕地的沉積物包含無機和有機物質。濕地演替的早期通常主要產生無機沉積物，有機物含量在演替過程中增加。沉積物中的化石為濕地發育的過程提供了證據，因此可以重建方向演替。一些微觀化石，例如花粉粒，可提供有關大範圍變化的植被和環境條件的信息。因此，濕地沉積物是歷史信息的檔案庫。解釋這些信息需要對沉積物層位進行準確的年代測定，但是可以使用一些技術來實現這一點，尤其是放射性碳年代測定。
一些濕地特別古老，提供了有關生物體和生態系統的進化和發展的信息。在這些古老的泥炭土地的有機殘餘物中儲存能量對人類文化的發展產生了深遠的影響，為工業革命提供了基礎。
酸度和pH
水中最有影響力的元素之一是氫。氫的帶正電荷的原子稱為氫離子或質子，是水中酸度的來源。它們由化學符號H +表示。酸可以定義為充當氫離子源的化合物。鹽酸具有下式的HCl，而當這是溶解在水中它打破了，或解離，成其組成部分，其中的每一個具有不同的電荷，H + 和Cl - 。所有酸，例如硫酸，硝酸，碳酸，甚至有機酸，例如蘋果酸，都是如此。當它們溶於水（H 2 O）時，它們都會向周圍釋放氫離子。雨水在反應中呈酸性，因為其中含有過量的氫離子。這是由於二氧化碳（CO 2 ）溶解在空氣中的雨滴中，產生了碳酸（H 2 CO 3 ）：
H 2 O + CO 2 → H 2 CO 3
水中的碳酸分裂成兩個帶電的單元，一個碳酸氫根離子（帶負電）和一個氫離子（帶正電）：
H 2 CO 3 → HCO 3 – +
H +
水中氫離子的濃度越高，其酸度越大。化學家設計出一種簡單的酸度標度，即pH標度，比說明氫離子濃度更容易使用。pH值與氫離子濃度有關，但要牢記兩個複雜因素。首先，它是負面的。因此，pH值越小，氫離子濃度越高，酸度越高。其次，它是對數的，因此pH值的一個單位差意味著氫離子濃度的10倍。既不是酸性也不是鹼性的中性溶液的pH值為7。小於7的pH表示酸度，大於7的一種表示鹼度。
該圖顯示了這種酸度等級。檸檬汁是酸性的，pH值為2。氨是鹼性的，pH值大於12。豐富的（石灰狀）可能具有接近8的pH；糟糕的市盈率接近4.5，沼澤的pH值可能低於3.5。具有溶解二氧化碳的未污染雨水的pH值為5.4。
因此，pH刻度可提供簡單的酸度指標。使用有色的石蕊石很容易測量它，當pH值低（酸性）時會變成紅色，而當pH值高（鹼性）時會變成藍色。許多其他元素的溶解度和行為取決於pH值，因此這是天然水化學中非常重要的一個方面。
富營養化
氮和磷是植物生長所需的兩個最重要元素，因此它們是農業肥料的主要成分。在諸如污水等廢物中也發現了這兩種元素，因為動物（包括人類）通過腎臟過濾多餘的物質並將其排泄到尿液中。工業過程，特別是洗滌劑的使用，也可能產生廢磷酸鹽。硝酸鹽和磷酸鹽都具有高度的溶解性，可以很容易地穿過土壤進入水體，例如溪流和河流，最終到達濕地。
水生植物，特別是藻類，對額外肥料的投入非常積極，因為這兩種元素的稀缺常常限制了它們的生長。但是，藻類在水面上的過度生長會創造條件，可能會證明對其他植物有害，因為藻類會在表面上形成一層毯子，從而無法吸收深水。結果，有陰影的水草可能會死亡。甚至更低層的藻類最終也會死亡並掉落到濕地的底部，在那裡細菌和真菌開始分解它們。隨著衰減過程的繼續，它會消耗掉水中的可用氧氣，這給許多動物帶來了問題，這些動物的呼吸依賴氧氣。一些動物（例如水蚤）對藻類“水華” 引起的水中低氧含量非常敏感，這些氧從濕地中流失。這種過度施肥造成的污染稱為富營養化，對許多濕地生態系統構成了嚴重威脅。
花粉粒
開花植物和針葉樹產生花粉粒，作為將雄配子（生殖細胞）從雄性生殖器官帶到雌性的一種手段。主要的運輸機制是風或動物，最常見的是昆蟲。花粉粒必須小，以便它可以在空氣中保持懸浮或附著於昆蟲' 的身體，並且它必須在大量生產，特別是如果由風，這是為了使接觸一個明顯的隨機和禎的方式進行與雌配子。生殖細胞處於乾燥狀態，需要在旅途中受到保護，這意味著它們需要非常堅固的外壁。它必須足夠堅固以承受干燥，但必須足夠靈活以允許細胞在吸收或失去水分時膨脹和收縮。花粉粒具有這樣的被膜，其由稱為孢粉的非常堅固的材料製成。花粉粒的產生量如此之大，並散佈到大氣中（尤其是使用風傳輸的花粉），以至於許多花粉掉落到地面或水面。後者可能會整合到湖泊或泥炭地的沉積物中，儘管細膩的內部細胞很快被真菌和細菌消耗，但外皮卻可以保存數千年甚至數百萬年。
對於濕地生態學家而言，幸運的是，不同的植物類型會產生獨特的花粉粒。外塗層在其所包含的孔的數量以及在其表面上雕刻的類型方面都不同。因此，可以一定程度地確定化石花粉粒。某些植物甚至可以根據其花粉粒在物種水平上進行識別，但其他植物則沒有那麼明顯。例如，草無法在家庭水平之外確定，有些樹（例如橡樹）很難以任何精確度識別到物種水平。但是化石花粉顆粒仍然可以提供過去濕地周圍植被的圖片。沉積物的孢粉分析的技術含量NIQUE提供了豐富的關於地球的EVO-lution信息“ 一部生物景觀。