Pre-vegetation alluvium is unique; at the present day, plants affect multiple aspects of river functioning and deposition and so those rivers that operated before the evolution of land plants largely lack modern sedimentological analogue. However, such rivers were the norm for the first 90% of Earth history and so a better understanding of their sedimentary product enables insight into both the fundamental underlying mechanisms of river behaviour and the ways in which fluvial processes operated on ancient Earth and other rocky planets. This study presents five original fieldwork based case studies and an analysis of a holistic database of all of Earth’s pre-vegetation alluvium. Together these research strands offer perspectives on the sedimentological characteristics and stratigraphic trends of pre-vegetation alluvium and the behaviour and functioning of pre-vegetation rivers. Results show that, in pre-vegetation alluvial settings: 1) a variety of fluvial styles are represented, but diminished in comparison with syn-vegetation alluvium; 2) ‘sheet-braided’ architectures are common but may record a variety of fluvial planforms; 3) meandering planforms were less frequent, particularly in small- to moderate-sized river systems; 4) mudrock is on average 1.4 orders of magnitude less common than it is in syn-vegetation alluvium; and 5) microbial matgrounds were present, but had negligible effect on preserved architecture and facies. This thesis demonstrates that whilst the physical laws governing fluvial fluid-sediment interaction have not changed, the theatre in which they operated irrevocably evolved with the greening of the continents.

Planícies de inundação são áreas sujeitas a fluxo episódico de água, que devido a disponibilidade de água, nutrientes e substrato estável, foram largamente afetadas desde o surgimento e subsequente evolução de plantas vasculares terrestres. Neste contexto, a escassez de exemplos documentados de planícies de inundação formadas anteriormente ao período Siluriano contrasta com décadas de debate acerca dos efeitos da evolução de plantas terrestres em estilos de canais fluviais. Dada a importância de planícies de inundação como sítios de acumulação de partículas sedimentares, intemperismo de minerais silicáticos e desenvolvimento de perfis de solo, esta falta de dados sobre planícies de inundação antigas tem importante impacto na forma como entendemos sistemas transporte de sedimento, o registro climático e ciclos geoquímicos globais do Precambriano e início do Paleozoico. Com o objetivo de aprimorar os modelos existentes de planícies de inundação pré-vegetação, desenvolvidos antes da evolução de plantas vasculares no continente, três exemplos de ambientes aluviais foram investigados com o emprego de análise de fácies e de elementos arquiteturais. Os exemplos escolhidos oferecem a oportunidade de avaliar não apenas a existência destes depósitos sedimentares, mas também de propor um modelo para a deposição deste ambiente sedimentar particular. A Formação Tombador (Supergrupo Espinhaço, BA) é parte de espessa sucessão sedimentar de idade Mesoproterozoica, que inclui depósitos aluviais e costeiros; O Grupo Santa Bárbara e o Grupo Guaritas (Supergrupo Camaquã, RS), que se estendem do fim do Neoproterozoico ao início do Cambriano, representam sucessões aluvias depositadas em rift continental. O estudo destes três exemplos permitiu a determinação de possíveis feições comuns a planícies de inundação pré-vegetação, como depósitos de granulação relativamente mais grossa em comparação a exemplos modernos, melhor preservação de estruturas sedimentares e abundância de facies arenosas representativas de condições de fluxo e sedimentação desconfinadas. Os exemplos de planícies de inundação pré-vegetação utilizadas para compor este modelo simplificado compartilham de semelhanças marcantes a depósitos de rios efêmeros, que são frequentemente citados como explicação para a formação de espessos depósitos de arenitos-em-lençól. A reavaliação de depósitos fluviais pré-vegetação, considerando a possibilidade de que planícies de inundação de granulação grossa, sugere que este ambiente deposicional tem sido bastante negligenciado, e que inferências climáticas obtidas da alternância de estilos fluviais contrastantes pode ser equivocada, uma vez que a alternância de registro de rios perenes e efêmeros podem ser parte de um mesmo sistema deposicional. / Floodplains are areas of unconfined and episodic water flow that, given the generalized availability of water, nutrients and stable substrate, have been extensively affected by the first appearance and subsequent evolution of land plants. In this respect, the scarcity of documented examples of pre-Silurian floodplain deposits contrasts with the continuous and decades-long debate on the effects of land plants evolution on fluvial channel styles. Given the importance of floodplains as sites of sediment storage, silicate minerals weathering and development of soil profiles, this lack of data on ancient floodplains has great implications for our understanding of the source-to-sink systems, the climate record and the global geochemical cycles of the Precambrian and the Early Paleozoic. Aiming at the improvement of the current models regarding pre-vegetation floodplains, which were developed prior to the evolution of vascular land plants, three examples of alluvial environments were investigated trough facies and architectural elements analysis. The used examples offer the opportunity to assess not only the existence of such deposits, but also to propose a model for the deposition of those particular sedimentary environments. The Mesoproterozoic Tombador Formation (Espinhaço Supergroup, Northeastern Brazil) is part of thick sedimentary deposits, which includes alluvial and coastal environments; the Neoproterozoic Santa Bárbara Group and the Cambrian Guaritas Group (Camaquã Basin, Southern Brazil) represents alluvial successions deposited in a continental rift system. The study of the three examples allowed the determination of some common features to pre-vegetation floodplain deposits, like relatively coarser grained deposits in comparison to modern examples, better preservation of sedimentary structures and abundance of sandstone facies representative of sedimentation in unconfined flow settings. The pre-vegetation floodplain deposits used to draw this simplified model share characteristics remarkably similar to ephemeral river deposits, which are frequently evoked to explain the formation of thick successions of sheet-like sandstone deposits. The re-evaluation of pre-vegetation fluvial deposits considering the possibility of coarse grained floodplains suggests that this environment have been greatly overlooked, and that climate inferred from the alternation of contrasting fluvial styles might be misleading, since alternation of deposits representing perennial and ephemeral fluvial deposits can be part of the same depositional system.

Planícies de inundação são áreas sujeitas a fluxo episódico de água, que devido a disponibilidade de água, nutrientes e substrato estável, foram largamente afetadas desde o surgimento e subsequente evolução de plantas vasculares terrestres. Neste contexto, a escassez de exemplos documentados de planícies de inundação formadas anteriormente ao período Siluriano contrasta com décadas de debate acerca dos efeitos da evolução de plantas terrestres em estilos de canais fluviais. Dada a importância de planícies de inundação como sítios de acumulação de partículas sedimentares, intemperismo de minerais silicáticos e desenvolvimento de perfis de solo, esta falta de dados sobre planícies de inundação antigas tem importante impacto na forma como entendemos sistemas transporte de sedimento, o registro climático e ciclos geoquímicos globais do Precambriano e início do Paleozoico. Com o objetivo de aprimorar os modelos existentes de planícies de inundação pré-vegetação, desenvolvidos antes da evolução de plantas vasculares no continente, três exemplos de ambientes aluviais foram investigados com o emprego de análise de fácies e de elementos arquiteturais. Os exemplos escolhidos oferecem a oportunidade de avaliar não apenas a existência destes depósitos sedimentares, mas também de propor um modelo para a deposição deste ambiente sedimentar particular. A Formação Tombador (Supergrupo Espinhaço, BA) é parte de espessa sucessão sedimentar de idade Mesoproterozoica, que inclui depósitos aluviais e costeiros; O Grupo Santa Bárbara e o Grupo Guaritas (Supergrupo Camaquã, RS), que se estendem do fim do Neoproterozoico ao início do Cambriano, representam sucessões aluvias depositadas em rift continental. O estudo destes três exemplos permitiu a determinação de possíveis feições comuns a planícies de inundação pré-vegetação, como depósitos de granulação relativamente mais grossa em comparação a exemplos modernos, melhor preservação de estruturas sedimentares e abundância de facies arenosas representativas de condições de fluxo e sedimentação desconfinadas. Os exemplos de planícies de inundação pré-vegetação utilizadas para compor este modelo simplificado compartilham de semelhanças marcantes a depósitos de rios efêmeros, que são frequentemente citados como explicação para a formação de espessos depósitos de arenitos-em-lençól. A reavaliação de depósitos fluviais pré-vegetação, considerando a possibilidade de que planícies de inundação de granulação grossa, sugere que este ambiente deposicional tem sido bastante negligenciado, e que inferências climáticas obtidas da alternância de estilos fluviais contrastantes pode ser equivocada, uma vez que a alternância de registro de rios perenes e efêmeros podem ser parte de um mesmo sistema deposicional. / Floodplains are areas of unconfined and episodic water flow that, given the generalized availability of water, nutrients and stable substrate, have been extensively affected by the first appearance and subsequent evolution of land plants. In this respect, the scarcity of documented examples of pre-Silurian floodplain deposits contrasts with the continuous and decades-long debate on the effects of land plants evolution on fluvial channel styles. Given the importance of floodplains as sites of sediment storage, silicate minerals weathering and development of soil profiles, this lack of data on ancient floodplains has great implications for our understanding of the source-to-sink systems, the climate record and the global geochemical cycles of the Precambrian and the Early Paleozoic. Aiming at the improvement of the current models regarding pre-vegetation floodplains, which were developed prior to the evolution of vascular land plants, three examples of alluvial environments were investigated trough facies and architectural elements analysis. The used examples offer the opportunity to assess not only the existence of such deposits, but also to propose a model for the deposition of those particular sedimentary environments. The Mesoproterozoic Tombador Formation (Espinhaço Supergroup, Northeastern Brazil) is part of thick sedimentary deposits, which includes alluvial and coastal environments; the Neoproterozoic Santa Bárbara Group and the Cambrian Guaritas Group (Camaquã Basin, Southern Brazil) represents alluvial successions deposited in a continental rift system. The study of the three examples allowed the determination of some common features to pre-vegetation floodplain deposits, like relatively coarser grained deposits in comparison to modern examples, better preservation of sedimentary structures and abundance of sandstone facies representative of sedimentation in unconfined flow settings. The pre-vegetation floodplain deposits used to draw this simplified model share characteristics remarkably similar to ephemeral river deposits, which are frequently evoked to explain the formation of thick successions of sheet-like sandstone deposits. The re-evaluation of pre-vegetation fluvial deposits considering the possibility of coarse grained floodplains suggests that this environment have been greatly overlooked, and that climate inferred from the alternation of contrasting fluvial styles might be misleading, since alternation of deposits representing perennial and ephemeral fluvial deposits can be part of the same depositional system.

Uma série de pesquisas realizadas em depósitos de sistemas fluviais, desenvolvidos anterior e concomitantemente à colonização dos continentes por vegetação, são aqui apresentadas com o intuito de investigar as principais características deposicionais destes sistemas, particularmente suas assembléias de fácies e elementos arquitetônicos preservados. Esta pesquisa busca, desta maneira, propor modelos deposicionais para sucessões fluviais pré-vegetação e contribuir para o avanço do conhecimento sobre as mudanças seculares em padrões de sedimentação, principalmente em relação à evolução dos rios através do tempo geológico. Estudos sedimentológicos foram realizados em depósitos fluviais da Formação Applecross do Grupo Torridon (Toniano, Escócia), Formação Guarda Velha do Grupo Guaritas (Cambriano, Brasil) e no Old Red Sandstone do Midland Valley (Siluriano-Carbonífero, Escócia). Foram empregadas análises de associações de fácies e arquitetura deposicional por meio de estudos de alto detalhe em afloramentos, combinadas a análises de paleocorrentes, de proveniência, e de estruturas de deformação sinsedimentar. Depósitos de canais fluviais meandrantes pré-vegetação com espessos depósitos de planícies de inundação ricos em sedimentos de granulação fina são pela primeira vez descritos em detalhe nos estudos aqui apresentados sobre depósitos da Formação Applecross. Diversas estruturas de deformação sinsedimentar encontradas na unidade acima referida são analisadas, revelando que seus estilos podem ser relacionados a diferentes regiões de uma planície fluvial. Nos depósitos da Formação Guarda Velha, é registrada a inter-relação entre dois sistemas fluviais coevos, cuja arquitetura deposicional contrastante resultou da diferente localização destes sistemas em relação à estrutura da bacia, assim como de diferentes áreas de captação. São relatados os efeitos de distintos controles deposicionais, como ambiente tectônico e regimes hidráulicos, sobre a arquitetura deposicional preservada em sistemas fluviais pré-vegetação. Esses dados demonstram que o estilo entrelaçado-em-lençol, apontado como o estilo pré-vegetação predominante, engloba na verdade uma variedade de diferentes estilos fluviais. Estudos em depósitos do Siluriano ao Carbonífero do Old Red Sandstone revelam o crescente impacto da vegetação sobre depósitos fluviais, particularmente o aumento exponencial de formação de paleosolos, além de mostrar semelhanças entre alguns destes sistemas com os sistemas pré-silurianos. A integração desses estudos revela que sistemas fluviais pré-vegetação são relativamente mais complexos do que previsto pelos modelos atualmente disponíveis. Importantemente, sugere que a escassez de sedimentos de granulção fina, preservados em depósitos fluviais pré-silurianos, está mais relacionada à baixa competência destes sistemas em preservar tais sedimentos do que à sua suposta ausência em ambientes pré-vegetação. Foi também desenvolvida uma metodologia específica para o uso de estruturas de deformação em sedimentos inconsolidados como ferramentas na reconstrução de paleoambientes, através das relações entre diferentes estilos deformacionais e ambientes deposicionais, possibilitando a indicação de regimes hidráulicos em depósitos fluviais e a informação indireta de taxas de atividades tectônicas em bacias. A integração de dados de sedimentologia com estudos específicos de deformação sinsedimentar é uma ferramenta útil na reconstrução paleoambiental de sistemas fluviais. / A series of studies were undertaken on fluvial systems deposits which developed prior to land-plant colonization, in order to investigate the main depositional characteristics of those systems, particularly their main facies assemblages and preserved depositional architecture. Main objectives are the proposal of depositional models for pre-vegetation fluvial systems, and the understanding of main secular changes in sedimentation processes and its influence on the evolution of rivers through geological times. Sedimentologic studies were undertaken in fluvial deposits from the Applecoss Formation of the Torridon Group (Tonian, NW Scotland), the Guarda Velha Formation (Cambrian, southern Brazil), and the Old Red Sandstone in the Midland Valley (Silurian-Carboniferous, NE Scotland). Highly-detailed sedimentary facies and depositional architecture analyses in outcrop scale were integrated with palaeocurrent and provenance studies, and soft-sediment deformation analysis. Pre-vegetation meandering channel deposits with relatively thick, fine-grained floodplain deposits from the Applecross Formation and here described for the first time. Analyses on sinsedimentary deformation structures preserved in the Applecross Formation reveal different styles which can be related to different parts of the fluvial plain. Studies on the Guarda Velha Formation revealed the inter-relationship between two coeval fluvial systems with markedly contrasting preserved depositional architecture, which developed as a result of the different location of the systems in relation to basin structure and different caption areas. The effects of different depositional controls on preserved pre-vegetation fluvial system architecture, such as tectonic environment and hydraulic regime, are recorded and interpreted. The present data demonstrate that the sheet-braided style, which is regarded as the prevailing fluvial style before the Silurian, in fact encompasses a varied number of different pre-vegetation fluvial styles. Studies on the Silurian to Early Carboniferous Old Red Sandstones in the Midland Valley of Scotland reveal the progressive impact of land plants on fluvial sedimentation, particularly the exponential increasing rates of soil production. Integration of the here presented data reveal that pre-vegetation fluvial styles. Studies on the Silurian to Early Carboniferous Old Red Sandstone in the Midland Valley of Scotland reveal the progressive impact of land plants on fluvial sedimentation, particularly the exponential increasing rates of soil production. Integration of the here presented data reveal that pre-vegetation fluvial systems are relatively more complex than previously described in the literature. Importantly, it suggests that the paucity of fine-grained sediments in pre-Silurian fluvial deposits is most likely related to various preservation issues than to the lack of such sediments. A particular methodology for the use of soft-sediment deformation structures as palaeoenvironmental tool was developed, allowing the interpretation of hydraulic regimes in fluvial deposits, indication of the basin\'s tectonic activity, and the relationship between different deformation styles and distinct depositional environments. The combined analyses of soft-sediment deformation structures and sedimentologic data is a powerful tool with which fluvial systems palaeoenvironmental can be reconstructed.

Uma série de pesquisas realizadas em depósitos de sistemas fluviais, desenvolvidos anterior e concomitantemente à colonização dos continentes por vegetação, são aqui apresentadas com o intuito de investigar as principais características deposicionais destes sistemas, particularmente suas assembléias de fácies e elementos arquitetônicos preservados. Esta pesquisa busca, desta maneira, propor modelos deposicionais para sucessões fluviais pré-vegetação e contribuir para o avanço do conhecimento sobre as mudanças seculares em padrões de sedimentação, principalmente em relação à evolução dos rios através do tempo geológico. Estudos sedimentológicos foram realizados em depósitos fluviais da Formação Applecross do Grupo Torridon (Toniano, Escócia), Formação Guarda Velha do Grupo Guaritas (Cambriano, Brasil) e no Old Red Sandstone do Midland Valley (Siluriano-Carbonífero, Escócia). Foram empregadas análises de associações de fácies e arquitetura deposicional por meio de estudos de alto detalhe em afloramentos, combinadas a análises de paleocorrentes, de proveniência, e de estruturas de deformação sinsedimentar. Depósitos de canais fluviais meandrantes pré-vegetação com espessos depósitos de planícies de inundação ricos em sedimentos de granulação fina são pela primeira vez descritos em detalhe nos estudos aqui apresentados sobre depósitos da Formação Applecross. Diversas estruturas de deformação sinsedimentar encontradas na unidade acima referida são analisadas, revelando que seus estilos podem ser relacionados a diferentes regiões de uma planície fluvial. Nos depósitos da Formação Guarda Velha, é registrada a inter-relação entre dois sistemas fluviais coevos, cuja arquitetura deposicional contrastante resultou da diferente localização destes sistemas em relação à estrutura da bacia, assim como de diferentes áreas de captação. São relatados os efeitos de distintos controles deposicionais, como ambiente tectônico e regimes hidráulicos, sobre a arquitetura deposicional preservada em sistemas fluviais pré-vegetação. Esses dados demonstram que o estilo entrelaçado-em-lençol, apontado como o estilo pré-vegetação predominante, engloba na verdade uma variedade de diferentes estilos fluviais. Estudos em depósitos do Siluriano ao Carbonífero do Old Red Sandstone revelam o crescente impacto da vegetação sobre depósitos fluviais, particularmente o aumento exponencial de formação de paleosolos, além de mostrar semelhanças entre alguns destes sistemas com os sistemas pré-silurianos. A integração desses estudos revela que sistemas fluviais pré-vegetação são relativamente mais complexos do que previsto pelos modelos atualmente disponíveis. Importantemente, sugere que a escassez de sedimentos de granulção fina, preservados em depósitos fluviais pré-silurianos, está mais relacionada à baixa competência destes sistemas em preservar tais sedimentos do que à sua suposta ausência em ambientes pré-vegetação. Foi também desenvolvida uma metodologia específica para o uso de estruturas de deformação em sedimentos inconsolidados como ferramentas na reconstrução de paleoambientes, através das relações entre diferentes estilos deformacionais e ambientes deposicionais, possibilitando a indicação de regimes hidráulicos em depósitos fluviais e a informação indireta de taxas de atividades tectônicas em bacias. A integração de dados de sedimentologia com estudos específicos de deformação sinsedimentar é uma ferramenta útil na reconstrução paleoambiental de sistemas fluviais. / A series of studies were undertaken on fluvial systems deposits which developed prior to land-plant colonization, in order to investigate the main depositional characteristics of those systems, particularly their main facies assemblages and preserved depositional architecture. Main objectives are the proposal of depositional models for pre-vegetation fluvial systems, and the understanding of main secular changes in sedimentation processes and its influence on the evolution of rivers through geological times. Sedimentologic studies were undertaken in fluvial deposits from the Applecoss Formation of the Torridon Group (Tonian, NW Scotland), the Guarda Velha Formation (Cambrian, southern Brazil), and the Old Red Sandstone in the Midland Valley (Silurian-Carboniferous, NE Scotland). Highly-detailed sedimentary facies and depositional architecture analyses in outcrop scale were integrated with palaeocurrent and provenance studies, and soft-sediment deformation analysis. Pre-vegetation meandering channel deposits with relatively thick, fine-grained floodplain deposits from the Applecross Formation and here described for the first time. Analyses on sinsedimentary deformation structures preserved in the Applecross Formation reveal different styles which can be related to different parts of the fluvial plain. Studies on the Guarda Velha Formation revealed the inter-relationship between two coeval fluvial systems with markedly contrasting preserved depositional architecture, which developed as a result of the different location of the systems in relation to basin structure and different caption areas. The effects of different depositional controls on preserved pre-vegetation fluvial system architecture, such as tectonic environment and hydraulic regime, are recorded and interpreted. The present data demonstrate that the sheet-braided style, which is regarded as the prevailing fluvial style before the Silurian, in fact encompasses a varied number of different pre-vegetation fluvial styles. Studies on the Silurian to Early Carboniferous Old Red Sandstones in the Midland Valley of Scotland reveal the progressive impact of land plants on fluvial sedimentation, particularly the exponential increasing rates of soil production. Integration of the here presented data reveal that pre-vegetation fluvial styles. Studies on the Silurian to Early Carboniferous Old Red Sandstone in the Midland Valley of Scotland reveal the progressive impact of land plants on fluvial sedimentation, particularly the exponential increasing rates of soil production. Integration of the here presented data reveal that pre-vegetation fluvial systems are relatively more complex than previously described in the literature. Importantly, it suggests that the paucity of fine-grained sediments in pre-Silurian fluvial deposits is most likely related to various preservation issues than to the lack of such sediments. A particular methodology for the use of soft-sediment deformation structures as palaeoenvironmental tool was developed, allowing the interpretation of hydraulic regimes in fluvial deposits, indication of the basin\'s tectonic activity, and the relationship between different deformation styles and distinct depositional environments. The combined analyses of soft-sediment deformation structures and sedimentologic data is a powerful tool with which fluvial systems palaeoenvironmental can be reconstructed.