早期植物在陸地的擴(kuò)張模擬圖

傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)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(xué)指標(biāo)，中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所研究員趙明宇團(tuán)隊(duì)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(kuò)張。

“陸地植物產(chǎn)生的有機(jī)質(zhì)，與海洋藻類等產(chǎn)生的有機(jī)質(zhì)有一個(gè)顯著區(qū)別：前者有機(jī)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(kuò)張，陸地光合作用不斷增強(qiáng)，陸地有機(jī)質(zhì)的生產(chǎn)相應(yīng)增加。這些陸地來源的有機(jī)質(zhì)通過河流被輸送至海洋，并最終進(jìn)入海洋沉積物，提高了海洋沉積物中的有機(jī)碳/磷比值。由于陸源有機(jī)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(jī)碳/磷比值就成為了追蹤陸源有機(jī)碳輸入、乃至反映陸地凈初級生產(chǎn)力變化的重要指標(biāo)。

研究團(tuán)隊(duì)對全球多個(gè)地區(qū)不同氧化還原條件下的海相碎屑沉積記錄進(jìn)行了系統(tǒng)分析，發(fā)現(xiàn)有機(jī)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(kuò)張相關(guān)的陸地生產(chǎn)力顯著增強(qiáng)。

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(jī)碳約占海洋沉積物中總有機(jī)碳埋藏量的42%，與現(xiàn)代水平（30%–57%）已相當(dāng)接近。古大陸尺度的分析還表明，陸地植物的擴(kuò)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(jī)碳/磷比值在晚奧陶世出現(xiàn)了兩次明顯升高，與此時(shí)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(jī)質(zhì)向海洋沉積物的輸入，促進(jìn)了全球有機(jī)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(kuò)張所引發(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(jìn)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(zé)任編輯：劉紅丹