早期植物在陸地的擴張模擬圖

傳統(tǒng)觀點認為，陸地植物在4.2億年前后才開始大規(guī)模繁盛。然而，通過分析海洋沉積物中地球化學指標，中國科學院地質(zhì)與地球物理研究所研究員趙明宇團隊發(fā)現(xiàn)，陸地早期植物在4.55億年至4.45億年前就已在陸地上大規(guī)模擴張。

“陸地植物產(chǎn)生的有機質(zhì)，與海洋藻類等產(chǎn)生的有機質(zhì)有一個顯著區(qū)別：前者有機碳與總磷的比值更高?！闭撐牡谝蛔髡卟碳诣〔┦拷榻B。

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(zhì)的生產(chǎn)相應(yīng)增加。這些陸地來源的有機質(zhì)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(chǎn)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(chǎn)力變化的重要指標。

研究團隊對全球多個地區(qū)不同氧化還原條件下的海相碎屑沉積記錄進行了系統(tǒng)分析，發(fā)現(xiàn)有機碳/磷比值自約4.55億年前開始顯著升高。綜合評估表明，這反映與早期陸地植物擴張相關(guān)的陸地生產(chǎn)力顯著增強。

混合模型估算顯示，自約4.55億年前的晚奧陶世以來，陸地來源的有機碳約占海洋沉積物中總有機碳埋藏量的42%，與現(xiàn)代水平（30%–57%）已相當接近。古大陸尺度的分析還表明，陸地植物的擴張可能最早發(fā)生在勞倫古陸，即今天的北美等地。

該研究還揭示，有機碳/磷比值在晚奧陶世出現(xiàn)了兩次明顯升高，與此時期發(fā)生的兩次重要碳同位素異常事件相對應(yīng)。這表明，富碳、貧磷的陸源有機質(zhì)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(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(yīng)。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，并可能促成了晚奧陶世冰期和大規(guī)模滅絕事件的發(fā)生。

責任編輯：劉紅丹