近年來氣候問題頗受人們關注，其中全球變暖已成為最受人們關注的氣候問題之一。但我們生活的這個時代還不是地球最熱的時候，你會不會覺得很意外?自工業革命之后，大氣中二氧化碳濃度迅速上升，全球正發生著顯著的變暖現象。可是，對于有著46億年"球齡"的這顆我們居住的藍色星球來說，冷暖交替是再正常不過的事了!
事實上，近十億年來，地球都是以溫室氣候為主，冰期只占據不到四分之一的時間。而晚古生代大冰期發生了顯生宙以來持續時間最長、規模最大的成冰事件，這次冰期使得全球古海洋、古氣候、古生態發生顯著變化，是地球氣候環境演化歷史上的關鍵轉折期。
此次冰期的序幕可以追溯到石炭紀最早期(距今3.55億年左右)，當時全球氣候急劇變冷并伴隨顯著的碳循環波動，即所謂的 “杜內中期碳同位素正漂移事件”，該事件是晚古生代全球氣候由“溫室”到“冰室”轉換的重要標志性事件。
一直以來，維管植物特別是種子植物的登陸和大規模繁盛被認為是觸發晚古生代冰期的重要原因之一，但一直缺乏直接的證據揭示它們之間的因果聯系。針對這個問題，中國科學院南京地質古生物研究所青年科學家陳波、陳吉濤、郄文昆、黃璞等人與國內外同行合作開展了系統的研究，通過對華南和越南等地5條早石炭亞紀剖面開展詳細的碳、鍶、氧同位素分析(分別指示碳循環、大陸風化和古溫度變化)，并系統梳理晚泥盆世-早石炭亞紀早期全球種子植物屬一級多樣性和地理分布變化。
研究發現海水的鍶同位素比值在杜內期中期(距今3.55億年左右)開始下降，并伴隨著碳酸鹽碳同位素值和牙形刺氧同位素值的增加(圖1)，碳、氧、鍶這三個同位素體系的耦合變化正巧與種子植物早期演化階段中一次重要的輻射事件相對應。
圖1 早石炭亞紀杜內期碳、氧、鍶同位素變化與種子植物演化之間的關系
在這次輻射事件中，種子植物的多樣性快速增加、分布范圍顯著擴張，很可能迅速占領了先前植被稀疏或完全沒有植被覆蓋的干旱和高緯度地區(圖2)。這一時間上的巧合在一定程度上說明了種子植物在杜內期的輻射和擴張很可能導致大陸硅酸鹽尤其是玄武質硅酸鹽風化強度的增加(87Sr/86Sr值下降)，從而為海洋帶來磷等大量的陸源營養物質，后者促進全球海洋原始生產力的提升和有機碳埋藏量增加(δ13Ccarb值升高);而硅酸鹽風化和有機碳的埋藏會大量消耗大氣中的二氧化碳，最終導致氣候的變冷(δ18Oapatite值升高)和全球氣候由“溫室”向“冰室”期轉換。
圖2 晚泥盆世-早石炭亞紀種子植物屬級多樣性和分布范圍變化
這項研究為植物輻射和擴張觸發晚古生代冰期的假說提供了直接證據，對我們理解陸地生態系統的興起及其在塑造全球氣候中所扮演的角色有重要意義。
相關研究成果在線發表于期刊《地球與行星科學通訊》(Earth and Planetary Science Letters)。該項研究受中國科學院先導戰略專項B類項目和國家自然科學基金委項目共同資助。
