地球系統(tǒng)演化研究中，一個(gè)關(guān)鍵問題在于明確早期植物何時(shí)在陸地大規(guī)模擴(kuò)張并開始影響地球環(huán)境。近日，科研人員通過深入研究，發(fā)現(xiàn)了新的地球化學(xué)證據(jù)，將陸地植物塑造地球表層環(huán)境的時(shí)間大幅提前。

陸地植物與海洋初級(jí)生產(chǎn)者產(chǎn)生的有機(jī)質(zhì)有明顯不同。陸地植物形成的有機(jī)質(zhì)，其有機(jī)碳與磷的比值更高。隨著陸地植物在大陸上不斷擴(kuò)張，陸地光合作用持續(xù)增強(qiáng)，陸地有機(jī)質(zhì)的生產(chǎn)量也隨之增加。這些來自陸地的有機(jī)質(zhì)經(jīng)河流輸送到海洋，最終進(jìn)入海洋沉積物，使得海洋沉積物中的有機(jī)碳/磷比值升高。由于陸源有機(jī)碳的產(chǎn)生和其在海洋中的埋藏過程緊密相連，海洋碎屑沉積物里的有機(jī)碳/磷比值，就成為追蹤陸源有機(jī)碳輸入、反映陸地凈初級(jí)生產(chǎn)力變化的重要依據(jù)。

科研團(tuán)隊(duì)對(duì)不同氧化還原條件下的海相碎屑沉積記錄展開系統(tǒng)分析后發(fā)現(xiàn)，大約4.55億年前，有機(jī)碳/磷比值出現(xiàn)顯著上升。經(jīng)過對(duì)多種可能控制因素的評(píng)估，確定這一變化是早期陸地植物擴(kuò)張導(dǎo)致陸地凈初級(jí)生產(chǎn)力顯著增強(qiáng)所引起的。通過混合模型估算，自晚奧陶世（約4.55億年前）起，陸源有機(jī)碳在海洋沉積物總有機(jī)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%）。對(duì)古大陸尺度的分析還顯示，陸地植物的擴(kuò)張或許最早始于勞倫古陸，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(jī)碳/磷比值出現(xiàn)了兩次明顯升高，這與當(dāng)時(shí)發(fā)生的兩次重要碳同位素異常事件相呼應(yīng)。這表明，富碳、貧磷的陸源有機(jī)質(zhì)輸入海洋沉積物，促進(jìn)了全球有機(jī)碳的埋藏，進(jìn)而推動(dòng)大氣氧含量增加，同時(shí)降低二氧化碳濃度。陸地植物快速擴(kuò)張引發(fā)的硅酸鹽和磷風(fēng)化增強(qiáng)，可能進(jìn)一步放大了這些環(huán)境效應(yīng)。綜合多方面情況，早期陸地植物的興起可能在約4.55億年前就顯著推動(dòng)了地球表層環(huán)境的氧化進(jìn)程，還可能促成了晚奧陶世冰期和大規(guī)模滅絕事件的發(fā)生。