在地球系統(tǒng)演化研究領(lǐng)域，早期植物何時在陸地大規(guī)模擴張并深刻影響地球環(huán)境，一直是備受關(guān)注的核心議題。近期，一項重要研究成果為這一謎題提供了新的線索。相關(guān)研究通過探尋地球化學證據(jù)，發(fā)現(xiàn)陸地植物開始重塑地球表層環(huán)境的時間比此前認知更早，相關(guān)成果發(fā)表于國際學術(shù)期刊《自然·生態(tài)與演化》。

陸地植物與海洋初級生產(chǎn)者所形成的有機質(zhì)存在明顯差異，其中陸地植物產(chǎn)生的有機質(zhì)具有更高的有機碳/磷比值。隨著陸地植物在大陸上不斷擴張，陸地光合作用持續(xù)增強，陸地有機質(zhì)的生產(chǎn)量也相應增加。這些來自陸地的有機質(zhì)通過河流輸送到海洋，最終進入海洋沉積物，使得海洋沉積物中的有機碳/磷比值升高。由于陸源有機碳的產(chǎn)生和在海洋中的埋藏過程緊密相連，海洋碎屑沉積物中的有機碳/磷比值就成為追蹤陸源有機碳輸入、反映陸地凈初級生產(chǎn)力變化的關(guān)鍵指標。

研究團隊對不同氧化還原條件下的海相碎屑沉積記錄展開了系統(tǒng)分析。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，大約4.55億年前，有機碳/磷比值出現(xiàn)顯著升高。經(jīng)過對多種可能控制因素的評估，研究人員認為這一變化反映出與早期陸地植物擴張相關(guān)的陸地凈初級生產(chǎn)力大幅增強。通過混合模型估算，自晚奧陶世（約4.55億年前）起，陸源有機碳在海洋沉積物總有機碳埋藏量中的占比約為42±15%，這一比例已接近現(xiàn)代水平（30%–57%）。古大陸尺度的分析顯示，陸地植物的擴張可能最早起源于勞倫古陸，也就是現(xiàn)今北美洲等主要地區(qū)。

該研究還發(fā)現(xiàn)，晚奧陶世有機碳/磷比值出現(xiàn)了兩次明顯升高，這與當時發(fā)生的兩次重要碳同位素異常事件相呼應。這表明，富碳、貧磷的陸源有機質(zhì)進入海洋沉積物，促進了全球有機碳的埋藏，進而推動大氣氧含量增加，同時降低了二氧化碳濃度。而且，陸地植物快速擴張引發(fā)的硅酸鹽和磷風化增強，可能進一步放大了這些環(huán)境效應。綜合來看，早期陸地植物的興起可能在約4.55億年前就顯著推動了地球表層環(huán)境的氧化進程，甚至可能促成了晚奧陶世冰期和大規(guī)模滅絕事件的發(fā)生。