確定早期植物何時在陸地開始擴張并對地球系統產生影響，是地球系統演化研究中的核心問題之一。中國科學院地質與地球物理研究所趙明宇研究員團隊通過研究，發現了新的地球化學證據，表明陸地植物開始塑造地球表層環境的時間早于以往的認知。相關研究成果2月24日在國際學術期刊《自然·生態與演化》發表。
△早期植物在陸地的擴張模擬圖
陸地植物與海洋初級生產者所產生的有機質存在顯著差異：陸地植物形成的有機質具有更高的有機碳/磷比值。隨著陸地植物在大陸上擴張，陸地光合作用不斷增強，陸地有機質的生產相應增加。這些陸地來源的有機質通過河流被輸送至海洋，并最終進入海洋沉積物，提高了海洋沉積物中的有機碳/磷比值。由于陸源有機碳的產生與其在海洋中的埋藏過程緊密耦合，海洋碎屑沉積物中的有機碳/磷比值就成為了追蹤陸源有機碳輸入、乃至反映陸地凈初級生產力變化的重要指標。
研究團隊對不同氧化還原條件下的海相碎屑沉積記錄進行了系統分析后發現，有機碳/磷比值自約4.55億年前出現顯著升高。對多種可能控制因素的評估表明，這一變化反映的是與早期陸地植物擴張相關的陸地凈初級生產力顯著增強。混合模型估算結果進一步顯示，自晚奧陶世（約4.55億年前）以來，陸源有機碳約占海洋沉積物中總有機碳埋藏量的42±15%，這一占比已接近現代水平（30%–57%）。古大陸尺度的分析還表明，陸地植物的擴張可能最早發生在勞倫古陸（現今北美洲等主要地點）。
該研究還揭示，有機碳/磷比值在晚奧陶世出現了兩次明顯升高，與此時期發生的兩次重要碳同位素異常事件相對應。這表明，富碳、貧磷的陸源有機質向海洋沉積物的輸入，促進了全球有機碳的埋藏，從而推動了大氣氧含量的累積，并降低了二氧化碳濃度。此外，陸地植物快速擴張所引發的硅酸鹽和磷風化增強，可能進一步放大了這些環境效應。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境的氧化的進程，并可能促成了晚奧陶世冰期和大規模滅絕事件的發生。
（總臺央視記者 帥俊全 褚爾嘉）
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