3.5億年前凍災(zāi)的始作俑者

陳波

?3.5億年前遠古植物景觀復(fù)原圖（供圖/中國科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所）

顯生宙 （指“看得見生物的年代”）持續(xù)時間最長、規(guī)模最大的成冰事件是發(fā)生在距今約3.5億～2.6億年的晚古生代大冰期，這次冰期以冰磧巖（由冰川作用形成的碎屑巖）在岡瓦那大陸（曾存在于南半球的古大陸）廣泛分布，以及旋回性沉積（由冰川消長控制的海平面頻繁變化導(dǎo)致一系列重復(fù)旋回性的沉積）在低緯度地區(qū)廣泛分布為主要特征。

?晚古生代大冰期時期形成的冰磧巖（產(chǎn)自林多）

晚古生代大冰期的序幕可以追溯到石炭紀(jì)最早期（距今3.5億年）。晚古生代大冰期的出現(xiàn)導(dǎo)致全球古海洋、古氣候、古生態(tài)發(fā)生顯著變化，標(biāo)志著地球氣候環(huán)境由早古生代“溫室期”向晚古生代“冰室期”的重大轉(zhuǎn)折，而它的終結(jié)則是有植被覆蓋的綠色地球經(jīng)歷的唯一一次由“冰室期”向“溫室期”轉(zhuǎn)換過程，與我們?nèi)缃裾诮?jīng)歷的全球氣候變暖頗為類似。

長期以來，維管植物特別是種子植物（種子植物的繁殖擺脫了對水的依賴，能適應(yīng)不同生存環(huán)境）的登陸和大規(guī)模擴張被認為是觸發(fā)全球變冷和晚古生代大冰期的重要原因之一，但一直缺乏證據(jù)揭示它們之間的直接因果聯(lián)系。

最近，中國科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所的專家團隊通過地球化學(xué)分析，結(jié)合全球種子植物多樣性統(tǒng)計和地理分布范圍調(diào)查證實，種子植物的登陸和大規(guī)模擴張可能是導(dǎo)致全球變冷和晚古生代大冰期開始的重要原因之一。

種子植物擴張導(dǎo)致氣候變冷過程示意圖

研究發(fā)現(xiàn)，海水的鍶同位素比值在石炭紀(jì)早期開始下降，并伴隨著碳酸鹽碳同位素比值和牙形刺氧同位素比值的增加。而令人驚訝的是，這3個同位素體系隨時間的變化正對應(yīng)種子植物早期演化階段中最重要的一次輻射事件。

研究顯示，種子植物的大量生長和擴張影響了當(dāng)時大氣中的二氧化碳含量。這是如何得知的呢？科研團隊給出下面兩個原因：

第一，種子植物的繁盛會加速巖石風(fēng)化，使得硅酸鹽和二氧化碳發(fā)生反應(yīng)，形成碳酸鹽沉積在海底;

第二，植物的光合作用也會固定二氧化碳，形成有機質(zhì)埋藏下來。這兩種過程都會大量消耗空氣中的二氧化碳，最終導(dǎo)致氣候變冷。

關(guān)于晚古生代大冰期的形成原因，科學(xué)界提出的可能影響因素，包括板塊運動、火山活動等。“種子植物可能是幕后推手”這一研究結(jié)論，不僅有助于人們了解晚古生代大冰期的來龍去脈，還能為當(dāng)下應(yīng)對氣候變化提供參考。科研人員正在研究如何利用植物的固碳功能為地球“降溫”，讓人們在固碳路上能奮勇前進。

?早石炭亞紀(jì)杜內(nèi)期碳、氧、鍶同位素變化與種子植物演化之間的關(guān)系

海水的鍶同位素比值可指示大陸風(fēng)化體系變化

碳酸鹽碳同位素比值可指示全球碳循環(huán)狀況

牙形刺（一類重要的微體古生物化石）氧同位素比值可以指示海水溫度變化

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