地球系统演化研究中，一个关键问题在于明确早期植物何时在陆地大规模扩张并开始影响地球系统。近日，一项重要研究成果为这一问题的解答提供了新的线索。中国科学院地质与地球物理研究所的研究团队，通过深入探究，发现了新的地球化学证据，表明陆地植物对地球表层环境的塑造时间比此前认知更早。
陆地植物与海洋初级生产者所生成的有机质存在明显区别。陆地植物形成的有机质，其有机碳与磷的比值相对更高。当陆地植物在大陆上不断扩张，陆地光合作用随之增强，陆地有机质的生产量也相应增加。这些来自陆地的有机质经由河流被输送到海洋，最终进入海洋沉积物，使得海洋沉积物中的有机碳/磷比值上升。由于陆源有机碳的产生和其在海洋中的埋藏过程紧密相连，海洋碎屑沉积物里的有机碳/磷比值就成为追踪陆源有机碳输入、反映陆地净初级生产力变化的关键指标。
研究团队对不同氧化还原条件下的海相碎屑沉积记录展开系统分析后发现，大约4.55亿年前，有机碳/磷比值出现显著升高。经过对多种可能影响这一变化的因素进行评估，研究人员确定这一变化反映出与早期陆地植物扩张相关的陆地净初级生产力大幅增强。通过混合模型估算，自晚奥陶世（约4.55亿年前）起，陆源有机碳在海洋沉积物中总有机碳埋藏量里的占比约为42±15%，这一比例已接近现代水平（30% - 57%）。从古大陆尺度的分析来看，陆地植物的扩张或许最早起始于劳伦古陆，也就是现今北美洲等主要区域。
该研究还发现，在晚奥陶世，有机碳/磷比值出现了两次明显的升高，这与该时期发生的两次重要碳同位素异常事件相呼应。这表明，富碳、贫磷的陆源有机质输入海洋沉积物，推动了全球有机碳的埋藏，进而促使大气氧含量增加，同时降低了二氧化碳浓度。陆地植物的快速扩张引发硅酸盐和磷风化作用增强，可能进一步放大了这些环境效应。综合各方面情况，早期陆地植物在大约4.55亿年前的兴起，可能显著推动了地球表层环境的氧化进程，甚至可能促成了晚奥陶世冰期和大规模灭绝事件的发生。
