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环境。近日，科研人员通过深入研究，发现了新的地球化学证据，将陆地植物塑造地球表层环境的时间大幅提前。
陆地植物与海洋初级生产者产生的有机质有明显不同。陆地植物形成的有机质，其有机碳与磷的比值更高。随着陆地植物在大陆上不断扩张，陆地光合作用持续增强，陆地有机质的生产量也随之增加。这些来自陆地的有机质经河流输送到海洋，最终进入海洋沉积物，使得海洋沉积物中的有机碳/磷比值升高。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重要依据。
科研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/磷比值出现显著上升。经过对多种可能控制因素的评估，确定这一变化是早期陆地植物扩张导致陆地净初级生产力显著增强所引起的。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总有机碳埋藏量中的占比约为42±15%，这一比例已接近现代水平（30% - 57%）。对古大陆尺度的分析还显示，陆地植物的扩张或许最早始于劳伦古陆，也就是现今北美洲等主要地区。
该研究还发现，晚奥陶世有机碳/磷比值出现了两次明显升高，这与当时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，促进了全球有机碳的埋藏，进而推动大气氧含量增加，同时降低二氧化碳浓度。陆地植物快速扩张引发的硅酸盐和磷风化增强，可能进一步放大了这些环境效应。综合多方面情况，早期陆地植物的兴起可能在约4.55亿年前就显著推动了地球表层环境的氧化进程，还可能促成了晚奥陶世冰期和大规模灭绝事件的发生。
