Під час палеоцен-еоценового теплового максимуму (ПЕТМ) близько 56 мільйонів років тому Земля пережила один із найрізкіших сплесків вуглецю в атмосфері. Нове дослідження, про яке розповідає SciTechDaily, показує: тоді великі площі суходолу стали «бурішими» – лісові крони рідшали, дерева гинули, а водний цикл на континентах порушувався. Автори вважають, що це тривожний сценарій для наших сучасних лісів.
Як давнє потепління змінило ландшафти
Під час ПЕТМ унаслідок вулканічних викидів до атмосфери потрапила величезна кількість вуглецю. Це підвищило концентрацію CO2, спричинило глобальне потепління та зменшення кількості опадів. Нове дослідження в журналі Science вперше детально відтворює структуру лісового пологу того часу за мікроскопічними рештками листків.
Результати свідчать, що в багатьох регіонах Землі лісові крони ставали менш щільними, а ландшафти – бурішими. Рослинні види зміщувалися на північ, посилювалася ерозія ґрунтів, порушувався наземний водний цикл. Центральну роль у цих змінах відігравали саме дерева.
Сьогодні людство додає CO2 до атмосфери приблизно на порядок швидше, ніж це відбувалося під час ПЕТМ. За словами провідної авторки, палеоботаніки Ріґан Данн (Regan Dunn), це робить давній епізод потепління найкращим природним «експериментом», щоб зрозуміти, як клімат і екосистеми реагують на масове вуглецеве навантаження.
Данн наголошує, що нині по всьому світу фіксують значні втрати дерев: ліси страждають від підвищення температур, посух, шкідників, хвороб і пожеж. Коли гинуть дерева – «канарки у вугільній шахті» – це сигнал серйозних проблем, і подібне вже траплялося під час великих вимирань у геологічній історії.
Мікроскопічні клітини як ключ до давніх лісів
Щоб відновити ліси, які зникли понад 50 мільйонів років тому, команда проаналізувала мікроскопічні фрагменти викопних листків – кутикулу, тонкий зовнішній шар листкової пластинки. На основі цих фрагментів дослідники розробили новий спосіб оцінювати листковий індекс площі (Leaf Area Index, LAI) – показник того, яку частку неба закривають листки й наскільки щільний полог лісу.
Спершу Данн і колеги виміряли LAI в сучасних лісах Південної та Центральної Америки. Вони фотографували крони знизу за допомогою камери з «риб’ячим оком», встановленої на штативі, і паралельно збирали фрагменти кутикули з ґрунту під цими деревами.
Потім учені виміряли тисячі епідермальних клітин у цих фрагментах і порівняли їх із відомими значеннями LAI. Виявилося, що форма клітин добре відображає густоту рослинності: листки, які росли в тіні щільного лісу, мають більш видовжені, «худорляві» клітини з вищим співвідношенням довжини до ширини, тоді як листки з відкритих, сонячних ділянок – «товстіші» клітини.
Це так званий «тіньовий відгук» рослин: щоб краще вловлювати світло, листок подовжується, а разом із ним видовжуються й окремі клітини. Коли листя опадає й розкладається в ґрунті, форма цих клітин зберігається у фрагментах кутикули, дозволяючи відтворити щільність пологу, під яким воно росло.
На відміну від попередніх робіт, де Данн використовувала фітоліти – мікроскопічні кремнеземні структури в рослинах, – для кутикули довелося створити окрему модель. Встановивши зв’язок між формою клітин і LAI в сучасних лісах, дослідники змогли застосувати цей «проксі» до порід віком 56 мільйонів років.
Викопні ліси Вайомінгу та їхня трансформація
Особливо цінним для роботи став Ганна-бейсин (Hanna Basin) у штаті Вайомінг. Співавторка, палеоекологиня та палеоботанікиня Еллен Каррано (Ellen D. Currano) зазначає, що цей регіон має один із найкращих у світі рослинних викопних записів. Басейн є вугленосним, тому там збереглося багато органічно багатих порід – лігнітів і вугілля, у яких містяться потрібні фрагменти листків.
У давнину на місці сучасних чагарників і полів Вайомінгу росли зовсім інші ліси: гігантські метасеквої (Metasequoia), платани, вільхи, пальми та інші субтропічні й тропічні види. Протягом понад десяти років Каррано, Данн і їхні колеги систематично збирали сотні зразків із шарів, що передують ПЕТМ, відповідають йому та лежать вище.
Порівняння цих зразків показало, що під час ПЕТМ лісові крони ставали більш відкритими, зменшувалася кількість великих дерев. Це впливало не лише на самі ліси, а й на клімат, кругообіг поживних речовин, вивітрювання порід і тварин, які жили в цих екосистемах.
Каррано підкреслює, що надлишок CO2 виявився шкідливим для лісів саме через супутнє потепління та висихання, які послаблювали дерева й призводили до їхньої загибелі. На думку авторів, подібні процеси вже спостерігаються сьогодні, зокрема в Амазонії.
Супутникові дані підтверджують тривожний тренд
Супутникові вимірювання глобального LAI, що ведуться з 1980-х років, показують схожу картину. Спочатку Земля «зеленіла» завдяки додатковому CO2, який стимулював ріст рослин. Однак зі зростанням температур цей тренд почав змінюватися: у багатьох регіонах планети фіксують «буріння» – зменшення щільності рослинного покриву.
На думку Данн, це свідчить, що людство вже перетнуло критичний поріг, за яким нагрівання починає шкодити лісам більше, ніж додатковий CO2 допомагає їм рости. Якщо потепління триватиме, сучасні ліси можуть піти шляхом, подібним до того, що відбувся під час ПЕТМ.
Ситуацію ускладнює те, що нинішні екосистеми зазнають одночасно кількох потужних антропогенних впливів: швидкого зростання концентрації CO2, підвищення температур, вирубування лісів, частіших і сильніших пожеж, фрагментації середовищ існування, поширення інвазійних видів і змін землекористування. Усе це послаблює стійкість лісів і зменшує їхню здатність відновлюватися.
Автори попереджають, що поєднання цих факторів може посилити викиди вуглецю та деградацію екосистем навіть сильніше, ніж це було під час ПЕТМ. Тому збереження й відновлення лісів важливе не лише для біорізноманіття, а й для підтримання одного з головних природних бар’єрів проти прискорення кліматичних змін.
Данн нагадує, що дерева щодня поглинають сотні мільйонів тонн вуглецю. Коли ліси зникають, планета втрачає ці критично важливі вуглецеві «раковини», а наслідки швидко поширюються на всю кліматичну систему. Досвід ПЕТМ показує, що занепад лісів має довготривалі й масштабні наслідки, тож нині ще є сенс захищати й відновлювати їх, поки вони здатні пом’якшувати безпрецедентне за швидкістю антропогенне потепління.