地球上森林的出现（~3.85亿年前，马）与大气CO2水平下降和全球气候变冷有关，通过改变大陆风化过程，但在森林增加之前对大气CO2的观测限制具有很大的，通常是无限的不确定性。在这里，我们校准了现代石松植物中气体交换的机理模型，并限制了来自相关化石植物的大气CO2水平410-380 马，其不确定度约为±100 ppm（1 sd）。我们发现，在大陆植树造林之前，大气中含有~525-715 ppm CO2，并且根据古气候模型，地球部分被冰川化。过程驱动的生物地球化学模型（COPSE）表明，根系较深的树木的出现并没有显著提高大气中的CO2去除率。相反，浅根维管生态系统可能在森林兴起之前很久就同时引起突然的大气氧合和气候变冷，尽管早期的二氧化碳水平仍然未知。