南加州的海滩上熙熙攘攘全年都有活动——游客自拍,冲浪者等待完美的海浪,海鸥在觅食残羹剩饭。然而,在海浪之外,在沿着海岸绵延约250英里的狭窄地带,大部分是空的大陆架上,沙子被大量的泥土所取代。螃蟹和穴居蠕虫等食腐动物主宰着这片阴暗的泥地,经常被旋转的沉积物所掩盖。

这片荒地背后的罪魁祸首是谁?芝加哥大学的古生物学家苏珊·基德威尔(Susan Kidwell)提出了这一惊人的联系。几年前,基德威尔在大洛杉矶附近的三个地点筛选海底样本,在几英寸厚的淤泥下寻找贝壳化石碎片。她发现了一些更古老的贝壳碎片,但与今天海底的穴居蛤的贝壳不同,这些碎片属于滤食性动物,如扇贝和腕足类动物——一种古老的动物群体,有时被称为灯壳——它们从水柱中过滤营养物质。

基德威尔和斯洛伐克科学院的研究员亚当Tomašových偶然发现了一个消失的生态系统。淤泥中的其他无脊椎动物的残骸,包括管状蠕虫、藤壶和一群被称为苔藓虫的微小无脊椎动物,表明曾经在岩石海底繁荣过的整个群落。像腕足类动物一样,这些生物在今天被泥覆盖的陆架上也基本消失了。

圣莫尼卡码头是一个色彩缤纷、充满活力的地方,与离岸不远的泥泞、沉闷的海底形成鲜明对比。
圣莫尼卡码头是一个色彩缤纷、充满活力的地方,与离岸不远的泥泞、沉闷的海底形成鲜明对比。马克·库珀/公共领域/Flickr

基德维尔和Tomašových对冰架过去和现在的生态系统之间的明显差异感到困惑。在一个2017年的研究他们对近200个腕足类动物的壳化石进行了测定,以重建这些滤食性动物的消亡过程。他们预测,随着加州海平面的波动,这个古老的生态系统在数千年的时间里逐渐衰落。然而,这些炮弹讲述了一个不同的故事。腕足类动物在大陆架上繁衍了大约4000年,直到150年前突然崩溃。“当我们得到结果时,我们完全震惊了,”基德威尔说。“他们活到了今天,却又消失了。”

随着时间线的形成,泥泞贝壳的神秘之处只会加深。基德威尔调查了导致海洋退化的常见因素——污染、气候变化、过度捕捞——但时间顺序并不正确。当洛杉矶在19世纪后期开始城市化时,这个生态系统已经被泥覆盖了。事实上,当腕足类动物消失时,我们现在所知的好莱坞只不过是一片农田。

然后,基德维尔突然醒悟了。“唯一可能的是奶牛,”她说。根据她的研究,18世纪70年代西班牙传教士带来的牲畜代表了南加州沿海生态系统在城市化之前的最大变化。任由牛和马自由游荡,它们的数量就像培养皿里的微生物一样激增。到19世纪中期,大量的牲畜过度放牧,使土壤变得密实。再加上人们普遍缺乏对土壤保护的了解,以及南加州半干旱的气候,在干旱时期,大雨会使径流最大化,这些条件导致了基德韦尔所说的“完美风暴”,大量的沉积物被冲进了海洋。

一个独立研究圣莫尼卡湾泥泞的底部也讲述了类似的故事。南加利福尼亚大学地球化学家、博士候选人内森·凯姆尼茨(Nathan Kemnitz)没有参与基德维尔的项目,他收集了岩心样本,以了解过去250年来沉积物进入海湾的速度是如何波动的。他的研究结果与基德威尔的研究结果一致。“沉积速率在19世纪初较慢,然后在19世纪后期的某个时候由于农业和放牧的增加而增加,”凯姆尼茨说。

令人惊讶的是,尽管洛杉矶市区的牲畜数量大幅减少,但今天进入圣莫尼卡湾的沉积物数量仍然很高。凯姆尼茨说:“当(基德威尔)预测的时候,这个数字几乎增加了,然后就保持在同样的高水平上。”他认为,城市径流和污水排放等因素有助于解释总体沉降率较高的原因。

古生物学家苏珊·基德维尔在南加州海岸几英寸厚的泥泞沉积物下发现了滤食性动物的沟槽壳。
古生物学家苏珊·基德维尔在南加州海岸几英寸厚的泥泞沉积物下发现了滤食性动物的沟槽壳。苏珊·基德威尔

窒息性沉积现象并非南加州独有。相对较浅的大陆架环绕着世界上许多海岸,通常向外延伸数英里。依附在陆架海床上的动物,如欧洲扁牡蛎,有被埋在淤泥下的危险。牡蛎曾经是欧洲北海的主食,但在19世纪,牡蛎被捕捞到濒临灭绝。所以,当德国阿尔弗雷德·韦格纳研究所的自然地理学家拉斯·桑德,在德国湾的一个坍塌的珊瑚礁上发现了牡蛎壳他惊讶地发现,大堡礁的消亡可以追溯到公元700年左右,远早于北海大陆架开始过度捕捞。和基德威尔一样,他求助于历史来解释这种反常现象。就像19世纪的加利福尼亚一样,中世纪早期的欧洲以环境剧变为标志。不断增长的人口砍伐了大片的森林,这加剧了侵蚀,并将大量的泥土送入北海,使牡蛎窒息。

桑德说,北海牡蛎和南加州海岸腕足类动物的死亡都是陆地环境恶化与海洋健康联系在一起的例子。他说:“你必须把沿海系统的腹地与海洋生态系统联系起来。”同样,基德威尔认为,这两个案例说明了人类在景观上的印记可以传播到多远。她说:“这表明土地利用不仅会影响当地的湖泊和泻湖,还会影响开放的大陆架。”

尽管北海的牡蛎仍然稀少,但南加州早期大陆架生态系统的一小部分在卡塔利娜岛(位于洛杉矶西南不到30英里处的海峡群岛之一)附近仍然存在。由于岛上的放牧活动较少,它周围的架子仍然是橙色,粉红色和黄色的腕足动物和扇贝的生动调色板。这些动物被固定在露出地面的岩石上,过滤水中的沉积物,让人们清楚地看到曾经在南加州海岸繁荣发展的生态系统。