3.5亿年前冻灾的始作俑者

陈波

 3.5亿年前远古植物景观复原图（供图/中国科学院南京地质古生物研究所）

显生宙 （指“看得见生物的年代”）持续时间最长、规模最大的成冰事件是发生在距今约3.5亿～2.6亿年的晚古生代大冰期，这次冰期以冰碛岩（由冰川作用形成的碎屑岩）在冈瓦那大陆（曾存在于南半球的古大陆）广泛分布，以及旋回性沉积（由冰川消长控制的海平面频繁变化导致一系列重复旋回性的沉积）在低纬度地区广泛分布为主要特征。

 晚古生代大冰期时期形成的冰碛岩（产自林多）

晚古生代大冰期的序幕可以追溯到石炭纪最早期（距今3.5亿年）。晚古生代大冰期的出现导致全球古海洋、古气候、古生态发生显著变化，标志着地球气候环境由早古生代“温室期”向晚古生代“冰室期”的重大转折，而它的终结则是有植被覆盖的绿色地球经历的唯一一次由“冰室期”向“温室期”转换过程，与我们如今正在经历的全球气候变暖颇为类似。

长期以来，维管植物特别是种子植物（种子植物的繁殖摆脱了对水的依赖，能适应不同生存环境）的登陆和大规模扩张被认为是触发全球变冷和晚古生代大冰期的重要原因之一，但一直缺乏证据揭示它们之间的直接因果联系。

最近，中国科学院南京地质古生物研究所的专家团队通过地球化学分析，结合全球种子植物多样性统计和地理分布范围调查证实，种子植物的登陆和大规模扩张可能是导致全球变冷和晚古生代大冰期开始的重要原因之一。

种子植物扩张导致气候变冷过程示意图

研究发现，海水的锶同位素比值在石炭纪早期开始下降，并伴随着碳酸盐碳同位素比值和牙形刺氧同位素比值的增加。而令人惊讶的是，这3个同位素体系随时间的变化正对应种子植物早期演化阶段中最重要的一次辐射事件。

研究显示，种子植物的大量生长和扩张影响了当时大气中的二氧化碳含量。这是如何得知的呢？科研团队给出下面两个原因：

第一，种子植物的繁盛会加速岩石风化，使得硅酸盐和二氧化碳发生反应，形成碳酸盐沉积在海底;

第二，植物的光合作用也会固定二氧化碳，形成有机质埋藏下來。这两种过程都会大量消耗空气中的二氧化碳，最终导致气候变冷。

关于晚古生代大冰期的形成原因，科学界提出的可能影响因素，包括板块运动、火山活动等。“种子植物可能是幕后推手”这一研究结论，不仅有助于人们了解晚古生代大冰期的来龙去脉，还能为当下应对气候变化提供参考。科研人员正在研究如何利用植物的固碳功能为地球“降温”，让人们在固碳路上能奋勇前进。

 早石炭亚纪杜内期碳、氧、锶同位素变化与种子植物演化之间的关系

海水的锶同位素比值可指示大陆风化体系变化

碳酸盐碳同位素比值可指示全球碳循环状况

牙形刺（一类重要的微体古生物化石）氧同位素比值可以指示海水温度变化

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