Sự trỗi dậy của thực vật trên cạn cách đây 470 triệu năm và bước ngoặt oxy hóa khí quyển

Khoảng 470 triệu năm trước, trong kỷ Ordovic, một sự kiện mang tính bước ngoặt đã diễn ra: sự di cư của các dạng thực vật đầu tiên từ đại dương lên đất liền. Những sinh vật tiên phong này, vốn tiến hóa từ tảo, đã phải đối mặt với môi trường khắc nghiệt và biến đổi không ngừng giữa ranh giới nước và không khí. Theo các mô phỏng máy tính từ Đại học Exeter, những loài thực vật sơ khai này có đặc điểm tương tự như rêu hiện đại, sở hữu năng suất sinh học cực cao, từ đó thúc đẩy sự gia tăng mạnh mẽ nồng độ oxy trong bầu khí quyển Trái Đất.

Để chuyển đổi từ đời sống dưới nước sang thống trị đất liền, các sinh vật này đã phát triển những cơ chế thích nghi mang tính sống còn. Một trong những cải tiến quan trọng nhất là sự hình thành lớp biểu bì sáp (cuticle), giúp giữ ẩm và bảo vệ cơ thể khỏi tình trạng mất nước nghiêm trọng. Bên cạnh đó, chúng phát triển các rễ giả (rhizoids) — những sợi mỏng giúp bám chặt vào bề mặt đất đá và hấp thụ dưỡng chất. Khác với hệ thống rễ phức tạp sau này, rễ giả thời kỳ đó chủ yếu đóng vai trò neo giữ vì thực vật vẫn chưa có các mô cơ giới để hỗ trợ cấu trúc thẳng đứng.

Tác động của những "kẻ xâm chiếm" đầu tiên này đối với các quá trình địa hóa của hành tinh là vô cùng to lớn. Khi bám trụ trên những khối đá trơ trọi, cấu trúc của thực vật nguyên thủy đã thúc đẩy quá trình phong hóa khoáng sản, đặt nền móng cho việc hình thành những lớp đất màu mỡ đầu tiên. Hơn thế nữa, hoạt động quang hợp mạnh mẽ của chúng bắt đầu làm giàu oxy cho bầu khí quyển, tạo ra tiền đề thiết yếu cho sự tiến hóa của các dạng sống động vật phức tạp hơn trong tương lai.

Các bằng chứng từ trầm tích biển do các nhà khoa học tại Viện Địa chất và Địa vật lý thuộc Học viện Khoa học Trung Quốc nghiên cứu đã xác nhận quá trình này. Sự gia tăng đột ngột của tỷ lệ carbon trên phốt pho bắt đầu từ khoảng 455 triệu năm trước là minh chứng cho sự lan rộng của thảm thực vật trên cạn. Đến khoảng 420 triệu năm trước, vào cuối kỷ Silur, sự xuất hiện của các mô mạch đã cho phép thực vật tăng đáng kể về kích thước, từ đó hình thành nên những cánh rừng rộng lớn đầu tiên trên thế giới.

Việc chôn vùi xác của những sinh vật thân gỗ cổ đại này trong điều kiện yếm khí của các hệ sinh thái đầm lầy đã trở thành nền tảng địa chất cho sự hình thành các mỏ than đá ngày nay. Quá trình tạo than diễn ra mạnh mẽ nhất vào kỷ Than đá, bắt đầu từ khoảng 350 triệu năm trước. Như vậy, cuộc di cư của tảo lên đất liền đã khởi đầu cho một chuỗi biến đổi quy mô hành tinh, bao gồm việc tái cấu trúc chu trình carbon và đưa nồng độ oxy khí quyển đạt mức tương đương hiện nay vào khoảng 400–420 triệu năm trước.