地球系統演化研究中，一個關鍵問題在于明確早期植物何時在陸地大規模擴張并開始影響地球系統。近日，一項重要研究成果為這一問題的解答提供了新的線索。中國科學院地質與地球物理研究所的研究團隊，通過深入探究，發現了新的地球化學證據，表明陸地植物對地球表層環境的塑造時間比此前認知更早。

陸地植物與海洋初級生產者所生成的有機質存在明顯區別。陸地植物形成的有機質，其有機碳與磷的比值相對更高。當陸地植物在大陸上不斷擴張，陸地光合作用隨之增強，陸地有機質的生產量也相應增加。這些來自陸地的有機質經由河流被輸送到海洋，最終進入海洋沉積物，使得海洋沉積物中的有機碳/磷比值上升。由于陸源有機碳的產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碳/磷比值就成為追蹤陸源有機碳輸入、反映陸地凈初級生產力變化的關鍵指標。

研究團隊對不同氧化還原條件下的海相碎屑沉積記錄展開系統分析后發現，大約4.55億年前，有機碳/磷比值出現顯著升高。經過對多種可能影響這一變化的因素進行評估，研究人員確定這一變化反映出與早期陸地植物擴張相關的陸地凈初級生產力大幅增強。通過混合模型估算，自晚奧陶世（約4.55億年前）起，陸源有機碳在海洋沉積物中總有機碳埋藏量里的占比約為42±15%，這一比例已接近現代水平（30% - 57%）。從古大陸尺度的分析來看，陸地植物的擴張或許最早起始于勞倫古陸，也就是現今北美洲等主要區域。

該研究還發現，在晚奧陶世，有機碳/磷比值出現了兩次明顯的升高，這與該時期發生的兩次重要碳同位素異常事件相呼應。這表明，富碳、貧磷的陸源有機質輸入海洋沉積物，推動了全球有機碳的埋藏，進而促使大氣氧含量增加，同時降低了二氧化碳濃度。陸地植物的快速擴張引發硅酸鹽和磷風化作用增強，可能進一步放大了這些環境效應。綜合各方面情況，早期陸地植物在大約4.55億年前的興起，可能顯著推動了地球表層環境的氧化進程，甚至可能促成了晚奧陶世冰期和大規模滅絕事件的發生。