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。這次冰期導致全球古海洋、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。這次冰期的序幕可追溯到石炭紀最早期（距今3.55億年左右），全球氣候急劇變冷并伴隨顯著的碳循環波動（杜內中期碳同位素正漂移事件，TICE），是晚古生代全球氣候由“溫室”到“冰室”轉換的冰期正式開始的重要標志性事件。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全球變冷和晚古生代冰期成冰事件的重要原因之一，但缺乏證據揭示它們之間的直接因果聯系。
中國科學院南京地質古生物研究所（陳波、陳吉濤、郄文昆、黃璞等科研人員）與南京大學、廈門大學，以及英國、德國、美國等國內外同行合作，對石炭紀杜內期這一關鍵時期的古海洋環境變化及其與種子植物的演化關系開展了詳細研究。研究系統地揭示了陸地生態系統演變是如何通過影響地表生物地球化學循環而最終導致全球氣候變化的全過程。5月1日，相關研究成果在線發表《地球與行星科學通訊》（Earth and Planetary Science Letters）上。
研究人員通過對華南和越南等地5條早石炭亞紀剖面展開詳細的碳、鍶、氧同位素分析（分別指示碳循環、大陸風化和古溫度變化），并系統地梳理了晚泥盆世-早石炭亞紀早期全球種子植物屬一級多樣性及其地理分布變化，發現海水的鍶同位素比值在杜內期中期開始下降，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）。這三個同位素體系的耦合變化正對應于種子植物早期演化階段中最重要的一次輻射事件（圖2）。此次事件中，種子植物以多樣性的快速增加和分布范圍的顯著擴張為特征。
研究表明，早石炭亞紀杜內期種子植物的輻射和擴張導致硅酸鹽尤其是玄武質硅酸鹽風化的增加（87Sr/86Sr值下降），使得磷等陸源營養物質大規模輸入到海洋中，從而促進全球海洋生產力的提升和有機碳埋藏量的增加（δ13Ccarb值升高）；而硅酸鹽風化和有機碳的埋葬會大量地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”期的轉換。研究結果對進一步理解陸地生態系統的興起及其在塑造全球氣候中的作用具有重要意義。
研究中碳酸鹽碳同位素、牙形刺氧同位素分析工作在南京古生物所實驗技術中心穩定同位素實驗室完成，高級工程師劉靜在碳同位素分析上給予幫助和工程師譚超在圖畫繪制上提供支持。研究工作得到中科院戰略性先導戰略專項（B類）和國家自然科學基金委員會的資助。
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
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