研究：4亿年前陆地植物的到来改变了地球的气候

根据伦敦大学学院 (UCL) 和耶鲁大学的研究人员领导的一项新研究，大约 4 亿年前植物在陆地上的到来可能改变了地球自然调节自身气候的方式。 碳循环是碳在岩石、海洋、生物和大气之间移动的过程。它充当地球的天然“恒温器”，并在很长一段时间内调节其温度。

在发表在《自然》杂志上的一项新研究中，研究人员查看了过去 30 亿年的岩石样本，发现证据表明大约 4 亿年前，当植物开始出现在陆地上时，这个循环的运作经历了巨大的变化。具体而言，研究人员注意到岩石中记录的海水化学成分的变化，这表明全球粘土（“粘土矿物工厂”）的形成从海洋到陆地发生了重大转变。

由于海洋中粘土的形成（逆风化），二氧化碳被释放到大气中，而陆地上的粘土是化学风化的副产品，可以去除空气中的二氧化碳，从而减少大气中的碳含量。这导致了一个更冷的星球和一个“跷跷板”气候，冰川期和暖期交替。

研究人员认为，这种转化是由于陆地植物的传播将土壤和粘土留在陆地上，阻止了碳被冲入海洋，以及以硅为骨架和细胞壁的海洋生物的生长，例如海绵、单细胞藻类和放射虫（一组原生动物）减少了海水中粘土形成所需的硅含量。

资深作者 Philip Pogge von Strandmann 博士（伦敦大学学院地球科学学院）说。 “我们的研究表明，在地球历史的大部分时间里，碳循环的运作方式与今天有着根本的不同。

“这种转变是在 4 亿到 5 亿年前逐渐发生的，它似乎与当时两大生物创新有关：植物在陆地上的传播和海洋生物的生长，它们是由提取物制成的。来自水中的硅。它们的骨架和细胞壁。”

“在这种变化之前，大气中的二氧化碳含量仍然很高，从而形成了稳定的温室气候。此后，我们的气候在冰河时代和暖期之间来回反弹。这种变化促进了进化。”在此期间，复杂生命的进化加速，陆生动物首次形成。含碳量较少的大气对变化也更加敏感，让人类更容易通过燃烧化石燃料来影响气候。”

该研究的第一作者、耶鲁大学博士生 Boriana Kalderon-Asael 说：“通过测量跨越地球大部分历史的岩石中的锂同位素，我们的目标是研究碳循环对长时间的影响规模。操作上有什么变化吗？我们发现它已经发生了变化，而这种变化似乎与陆地上的植物生命和海洋中使用硅的动物生命的生长有关。”

在这项研究中，研究人员测量了来自世界各地许多不同地点的 600 个岩石样本中的锂同位素。锂有两种天然存在的稳定同位素——一种具有三个质子和三个中子，另一种具有三个质子和四个中子。

当粘土在陆地上缓慢形成时，它强烈倾向于锂 6，使周围的水富含另一种更重的同位素锂 7。研究人员使用质谱仪分析了他们的样本，发现在 4 亿至 5 亿年前，岩石中记录的海水中锂同位素 7 的水平上升，这表明地球的粘土产量与植物发生了重大转变。着陆。硅的扩散与使用硅的海洋生物的出现是一致的。

粘土作为化学风化的残留物在陆地上形成，这是从大气中去除二氧化碳的主要长期过程。当大气中的碳与水结合形成弱酸即碳酸时，就会发生这种情况，它以雨的形式落在地面上，溶解岩石，释放出包括钙离子在内的离子，流入海洋。最终，碳被锁定在海底的岩石中。相反，植物光合作用产生的碳减少。一旦植物腐烂，它就会被否定，并且在几百年的时间里很少影响二氧化碳水平。

当粘土在海洋中形成时，碳会保留在水中，并最终作为空气与水相遇时发生的碳连续交换的一部分释放到空气中。

文章来源：《植物研究》 网址: http://www.zwyjzz.cn/zonghexinwen/2021/0720/1646.html