Примерно 56 миллионов лет назад
Примерно 56 миллионов лет назад Земля пережила один из своих самых интенсивных периодов глобального потепления, известный как палеоцен–эоценовый термический максимум (PETM). По мере того как концентрация углекислого газа в атмосфере резко возросла, леса пережили масштабное сокращение покрытия крон, и на их восстановление ушло более 100 тысяч лет, сообщают исследователи в статье, опубликованной в журнале Science. Эти выводы дают тревожный прогноз того, как может развиваться будущее нашей планеты в условиях текущих антропогенных изменений климата.
Почему PETM важен для понимания современного климата
«Земля никогда ранее не испытывала выброс углерода в том темпе, в котором мы его создаем сегодня», — говорит Реган Данн, соавтор исследования и палеоботаник из Музея естественной истории округа Лос-Анджелес. «PETM дает нам наилучшее окно в понимание того, как климат и экосистемы Земли реагируют на массивный ввод углерода до того, как люди начали перестраивать планету». Сегодня люди выбрасывают углекислый газ в атмосферу с беспрецедентной скоростью. Прогнозирование воздействия этого парникового газа на растительность оказывается сложной задачей. Поскольку растения используют CO2 в процессе фотосинтеза, повышенные уровни углекислого газа теоретически должны способствовать росту растений. Но чрезмерный нагрев и его последствия — экстремальные погодные явления, рост числа патогенов и другие стрессоры — также могут негативно действовать на растения и приводить к их гибели. Именно поэтому Данн и её коллеги обратились к данным из прошлого, чтобы понять, что может произойти с современными лесами.
Методы исследования и находки
Учёные собрали окаменелые фрагменты листьев, скрытые в породах бассейна Ханна в южно-центральной части штата Вайоминг. Образцы сохранили форму наружных клеток листа, по которым можно определить, сколько солнечного света получал лист в период своего роста. «Существует различие между листьями, растущими на солнце, и листьями в тени, даже на одном и том же растении», — объясняет Данн. Листья, развивающиеся в тени, имеют более вытянутые клетки, которые «тянутся» в поисках света, тогда как у листьев на солнце клетки короче и более округлые. Эта информация позволила команде рассчитать плотность лесной кроны, которую они отслеживали на протяжении всего PETM.
Динамика лесов в период PETM
Сначала лесы «процветали» благодаря повышенному уровню углекислого газа — наблюдался определённый всплеск роста. Однако этот период был непродолжительным. После него крона быстро потеряла примерно 60 процентов лиственной массы и оставалась в среднем примерно на 35 процентов менее плотной по сравнению с исходным состоянием до конца PETM. «Это должно вызывать беспокойство, поскольку скорость выбросов углерода никогда не была выше, чем сейчас», — отмечает Данн.
Изменения состава растительности и последствия
Изменения в составе растительности также были существенными. Папоротники замещали широколистных родственников вязов, ореховых и авокадо. Растения и почвы стали аккумулировать меньше углерода, а реки несли больше осадков. «Меняющийся климат изменил лес, и лес изменил ландшафт», — пишет Данн в статье для The Conversation. Команда оценила, что плотность лиственного покрова не вернулась к первоначально очень плотному состоянию по крайней мере до момента, который датируется спустя значительный отрезок времени после начала PETM. Эти изменения в прошлом отчасти отражают то, что мы наблюдаем в лесах сегодня.
Сравнение с современными изменениями лесов
Начиная с 1980-х спутниковые изображения фиксировали «озеленение», обусловленное антропогенными выбросами CO2. Но около перехода к новому тысячелетию исследователи обнаружили, что этот тренд изменил направление более чем в 90 процентах покрытой растительностью поверхности Земли. То, что произошло во время PETM, несомненно «предупредительно», отмечает Габриэль Боуэн, палеоклиматолог из Университета Юты, не участвовавший в исследовании. Впечатляет и тревожит то, что нагрузка, которую мы сейчас оказываем на леса, совсем не похожа на относительно медленный и относительно «чистый» выброс углерода, предположительно связанный с вулканической активностью, происходивший на протяжении тысяч лет во время PETM. Современные растения сталкиваются с одновременным воздействием повышающихся температур, загрязнения, вырубки, фрагментации ландшафтов, лесных пожаров и других стрессоров.
Мнения экспертов и выводы
«Если леса истончались даже в условиях более медленного и менее загрязнённого эксперимента прошлого, это не вдохновляет на оптимизм», — говорит Тревор Кинан, эколог из Калифорнийского университета в Беркли, не принимавший участия в работе. Другие недавние исследования свидетельствуют о том, что некоторые леса могут быть более устойчивыми, чем считалось ранее. Например, в одном исследовании обнаружено, что средний размер деревьев в Амазонии увеличивался на несколько процентов в каждое десятилетие в течение последних десятилетий наблюдений, что также оказывало влияние на окружающую среду. Однако суммарное воздействие изменения состава лесов, сокращения углеродного накопления растениями и почвами, а также увеличения переноса осадков реками подчёркивает взаимосвязь климата и экосистем.
Значение PETM для будущем планеты
Авторы исследования и другие специалисты считают, что PETM предоставляет важный и тревожный кейс: прошлые резкие изменения климата сопровождались длительными и глубокими перестройками лесных экосистем. В условиях современного ускоренного и многоаспектного воздействия на природу последствия для лесов и связанных с ними функций — от хранения углерода до формирования ландшафтов — могут оказаться ещё более серьёзными.