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6億年以來(lái)地球大氣二氧化碳濃度變化曲線，兩次最大幅度的大氣二氧化碳濃度降低都與陸生植物的蓬勃發(fā)展密切相關(guān)。徐洪河繪

■徐洪河

在地球漫長(zhǎng)的歷史中，曾經(jīng)發(fā)生過(guò)數(shù)十次全球規(guī)模的冰期與間冰期轉(zhuǎn)換。冰期時(shí)，全球溫度顯著降低，海平面很低，地球表面大部分區(qū)域都被冰雪覆蓋，地球宛如“冰室”；間冰期時(shí)，地球表面往往只有兩極或一極覆蓋有冰，全球氣候溫暖，生物多樣性較高，地質(zhì)學(xué)家又稱(chēng)之為“溫室”期。

很顯然，在地球整體氣候的變化背景下，我們今天所生活的時(shí)代正處于地球的溫室期，而且正在趨近下一個(gè)“冰室”期。這種說(shuō)法似乎與“全球變暖”的觀點(diǎn)不一致，其實(shí)，地質(zhì)學(xué)家對(duì)“全球變暖”爭(zhēng)論不休的原因之一就來(lái)自于對(duì)地球整體氣候循環(huán)的認(rèn)識(shí)。

驅(qū)動(dòng)全球氣候冷暖變化的直接因素就是大氣二氧化碳的含量，二氧化碳就像是地球的“棉被”，太多了，地球就越來(lái)越暖；太少了，地球就越來(lái)越冷，甚至進(jìn)入到冰室期。今天，為了應(yīng)對(duì)全球氣候變化，世界各國(guó)都在降低二氧化碳上下功夫，一方面在減少化石燃料的消耗，另一方面是碳中和，即通過(guò)植樹(shù)或其他方法把大氣中的二氧化碳吸收掉。植樹(shù)可以達(dá)到中和碳的效果，大氣中的碳通過(guò)植物的光合作用變成了樹(shù)木中的有機(jī)碳。樹(shù)木持續(xù)保持活力，或死亡后被埋藏，或是變成家具，只要樹(shù)木不被氧化（燃燒或腐爛），數(shù)量可觀的二氧化碳就從大氣中被固定下來(lái)了，起到了抑制氣候變暖的功用。

降低大氣二氧化碳的另一個(gè)顯著過(guò)程其實(shí)在自然界一直發(fā)生著，構(gòu)成地表巖石的大部分硅酸鹽與大氣中的二氧化碳一直在發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成碳酸鹽并被埋藏下來(lái)，這就是硅酸鹽的風(fēng)化作用，這種化學(xué)反應(yīng)發(fā)生得很緩慢，似乎效果也很小。全球大氣二氧化碳的總體含量約為800吉噸（1吉噸=10億噸），而每年通過(guò)硅酸鹽風(fēng)化作用消耗掉的二氧化碳是0.138~0.169吉噸。相對(duì)而言，后者的數(shù)字似乎微不足道，然而硅酸鹽風(fēng)化作用固定二氧化碳之后，會(huì)將它們作為碳酸鹽礦物長(zhǎng)久封存起來(lái)。這些碳被埋藏的時(shí)間往往超過(guò)一百萬(wàn)年，這個(gè)過(guò)程對(duì)氣候變化所造成的影響是以地質(zhì)時(shí)間為尺度的。因此，地質(zhì)時(shí)代中的硅酸鹽風(fēng)化是調(diào)節(jié)全球碳循環(huán)的一個(gè)重要機(jī)制，也是研究遠(yuǎn)古時(shí)期氣候變化的重要指標(biāo)。

化石與地層記錄不會(huì)直接保存大氣信息，但是大氣二氧化碳含量的相對(duì)變化還是可以通過(guò)地層中有機(jī)碳同位素的變化情況識(shí)別出來(lái)。硅酸鹽風(fēng)化作用也具有相應(yīng)的地球化學(xué)元素指標(biāo)。在最近中國(guó)科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所的一項(xiàng)研究中，科學(xué)家通過(guò)碳、鍶、氧等元素同位素的地球化學(xué)綜合研究，識(shí)別出了早石炭世（距今3.5億年）時(shí)期若干彼此耦合的地質(zhì)現(xiàn)象：有機(jī)碳被大量埋藏，硅酸鹽風(fēng)化作用顯著增加，全球海水溫度降低。這些現(xiàn)象反映出當(dāng)時(shí)的地球氣候在明顯變冷，地球正在從溫室期逐漸過(guò)渡到冰室期。那么，彼時(shí)地球顯著變冷的原因是什么呢？

科學(xué)家推斷的原因是陸地上種子植物的繁盛。這些種子植物往往具有強(qiáng)大的根系，更能夠廣泛適應(yīng)陸地環(huán)境，生存區(qū)域顯著擴(kuò)大。這些特征加速了巖石地表硅酸鹽的風(fēng)化作用，促使更多數(shù)量的碳被固定和埋藏下來(lái)，降低了大氣中二氧化碳的含量。在距今3.5億年前的全球氣候事件中，種子植物被推定成為了地球變冷的罪魁禍?zhǔn)住?/p>

讓我們把地質(zhì)歷史的時(shí)鐘繼續(xù)向前調(diào)整一億多年，到距今4.8~4.4億年的奧陶紀(jì)。當(dāng)時(shí)，最早的植物剛剛登上陸地。陸地生命的開(kāi)拓者非常類(lèi)似于今天常見(jiàn)的苔蘚類(lèi)植物，它們形態(tài)簡(jiǎn)單、身形纖細(xì)、身材矮小（總體高度僅1厘米左右），也許其貌不揚(yáng)，卻是改造陸地環(huán)境的功勛。這些苔蘚植物的秘密武器就是它們?cè)谏L(zhǎng)過(guò)程中會(huì)分泌一系列濃度不同的有機(jī)酸，這種有機(jī)酸能把周?chē)膸r石逐漸溶解。

奧陶紀(jì)時(shí)期，這些苔蘚類(lèi)植物的多樣性迅速提升，它們緩慢而持續(xù)地分解巖石，改變陸地上巖石的化學(xué)組分，重塑地表，顯著加速了硅酸鹽巖石的風(fēng)化作用。地質(zhì)歷史時(shí)期最大幅度的二氧化碳含量降低就發(fā)生在奧陶紀(jì)時(shí)期。如果把今天的大氣二氧化碳濃度定為基數(shù)，奧陶紀(jì)時(shí)期，大氣二氧化碳濃度由22倍基數(shù)降低到了8倍基數(shù)的水平，隨即引發(fā)了全球大冰期甚至奧陶紀(jì)末生物大滅絕。

無(wú)論是種子植物還是身材矮小的苔蘚類(lèi)植物，陸生植物真的威力強(qiáng)大甚至掌控著地球“冰箱”開(kāi)關(guān)嗎？也許只有坐上時(shí)光機(jī)器才能找到答案。地球氣候與環(huán)境變化的各種現(xiàn)象都記錄在地層與化石之中，而這些現(xiàn)象背后的原因永遠(yuǎn)撲朔迷離、令人遐想。