Paleontologové rekonstruují 56 milionů let staré lesy – a nacházejí mrazivé varování

Studie zjistila, že během PETM (Paleocene Eocene Thermal Maximum) se zemská krajina zbarvila do značné míry do hněda v důsledku zvýšeného atmosférického CO2, globálního oteplování a snížených srážek způsobených uvolňováním uhlíku poháněným sopečnou činností, přičemž stromy hrály v těchto dramatických změnách ústřední roli.

Před padesáti šesti miliony let vstoupil do atmosféry během paleocénního a eocénního tepelného maxima (PETM) masivní vliv uhlíku, což poskytlo jedno z nejlepších starověkých srovnání pro pochopení toho, jak lesy reagují na rychlé oteplování.

Paleocenně-eocenní teplotní maximum (PETM) byla prudká klimatická událost před cca 56 miliony lety. Průměrná teplota Země tehdy vzrostla o 5 až 8 °C během několika tisíc let. Tato změna trvala asi 200 000 let a způsobilo ji masivní uvolnění uhlíku do atmosféry.

Ve výzkumu publikovaném v časopise Science vědci poprvé rekonstruovali lesní porost z tohoto období s využitím zkamenělých listových buněk a poskytli tak podrobný záznam o tom, jak se vegetace měnila během poslední epizody srovnatelného globálního oteplování na Zemi.

„Do atmosféry uvolňujeme CO2 rychleji než jakýkoliv známý přírodní proces,“ říká hlavní autorka a paleobotanička Regan Dunnová, zástupkyně ředitele a kurátorka Globálního centra Samuela Oschina pro výzkum doby ledové v La Brea Tar Pits a v Přírodovědném muzeu Los Angeles. „Země nikdy nezažila uvolňování uhlíku takovým tempem, jaké vytváříme dnes. PETM nám poskytuje nejlepší pohled na to, jak klima a ekosystémy Země reagují na masivní injekci uhlíku, než lidé začali planetu přetvářet.“

Starověké oteplování zbarvilo krajinu do hněda
Rekonstrukce naznačuje, že během období PETM se velké plochy Země zbarvily do hněda. Emise uhlíku způsobené sopečnou činností zvýšily atmosférický CO2, zvýšily globální teploty a snížily srážky.

Se změnou podmínek se rostlinné druhy přesunuly na sever, lesní porosty se zmenšily, eroze zesílila a koloběh vody byl narušen. Dnes lidská činnost přidává CO2 do atmosféry zhruba o řád rychleji než během PETM a změny na stromech se zdají být klíčové pro mnoho z těchto efektů.

„Právě teď na Zemi dochází k významnému úhynu stromů,“ říká Dunnová. „Lesy ubývají kvůli oteplování, stresu ze sucha, napadení patogeny a hmyzem a lesním požárům – když začnete ztrácet stromy, máte problém. Platí to téměř univerzálně pro všech pět hlavních událostí vymírání na Zemi.“

Fosilní buňky odhalují zmizelé lesní porosty
Rekonstrukce lesů, které zmizely před více než 50 miliony let, vyžadovala, aby vědci zkoumali mikroskopické kousky zkamenělých listů známé jako fragmenty listové kutikuly.

Výzkumníci vyvinuli nový způsob, jak tyto fragmenty využít k výpočtu indexu listové plochy (LAI), což je měření toho, jak velká část oblohy je pokryta listy, a tedy jak hustý je lesní porost. Dunnová a její kolegové nejprve změřili LAI v několika současných lesích v Jižní a Střední Americe. Namířili kameru vybavenou objektivem rybího oka nahoru ze stativu a zároveň sbírali kutikuly listů z půdy přímo pod porostem.

„Na LAI mě nadchlo to, že nám umožňuje překonat poněkud subjektivní popisy vegetace, jako je „otevřený les“ nebo „les“. Místo toho samotné listy poskytují kvantitativní odhad struktury porostu, což nám umožňuje porovnávat ekosystémy pomocí objektivní a reprodukovatelné metriky,“ říká Dunnová. Přiřazení numerického měření umožňuje přesněji porovnávat změny ve struktuře porostu v čase.

Dunnová dříve odhadla LAI pomocí fytolitů, mikroskopických rostlinných buněk naplněných oxidem křemičitým. Protože se však fragmenty kutikuly listů zachovávají odlišně, vědci potřebovali samostatný výpočet, který by tyto rozdíly zohlednil. Aby Dunnová rekonstruovala, jak lesy reagovaly na enormní nárůst CO2 během PETM, zkoumala fragmenty kutikuly zachované v sedimentárních horninách bohatých na organické látky z Wyomingu.

Tvar epidermálních buněk listu zaznamenává, kolik slunečního záření list během růstu přijal. Listy rostoucí níže na stromě, ve stínu, se vyvíjejí odlišně od listů v horní části koruny stromu, které přijímají přímé sluneční záření. Dunnová zjistila, že tyto tvary buněk úzce souvisí s hustotou vegetace (LAI). „Listy, které rostou v hustších lesích – ve stinnějších stanovištích – mají buňky s vyšším poměrem stran, neboli delší a tenčí buňky než listy, které přijímají více slunečního záření,“ říká Dunnová.

„Toto je reakce rostlin na stín; prodlužují list prodloužením každé buňky,“ říká Dunnová. Představte si, jak se každá buňka natahuje, aby se dostala na sluneční světlo, ve srovnání s tlustou a šťastnou buňkou zalitou plným slunečním světlem. „Jakmile listy opadají ze stromu a začnou se rozpadat v půdě, tvary buněk zachované ve fragmentech nám mohou napovědět, jak hustý byl korunní strom tam, kde list původně rostl.“

Výzkumníci vypočítali LAI z fotografií moderních lesů, poté změřili tisíce epidermálních buněk zachovaných ve fragmentech listů odebraných z půdy a porovnali tato měření s odpovídajícími hodnotami LAI. „Jedná se o proces stanovení zástupné hodnoty pro rekonstrukci environmentální proměnné z fosilních ložisek. Jdete do současného prostředí, zjistíte vztah a vytvoříte model, ze kterého můžete tuto proměnnou, v tomto případě LAI, rekonstruovat z hornin starých 56 milionů let,“ říká Dunnová.

„Ráda říkám svým studentům na bakalářském studiu, že Wyoming má nejlepší fosilní záznam na světě,“ říká spoluautorka Ellen D. Curranová, paleoekoložka, paleobotanička a profesorka na Univerzitě ve Wyomingu. „Tato práce je toho dalším důkazem.“

„Na pánvi Hanna je jedinečné to, že se jedná o pánev, kde se tvoří uhlí. Takže máte všechny tyto horniny bohaté na organické látky, jako jsou lignity a uhlí, které chybí na jiných místech, kde je interval PETM dobře známý, jako je pánev Bighorn v severozápadním Wyomingu,“ dodává Dunnová. „V těchto horninách bohatých na organické látky jsou obsaženy úlomky listů, které potřebujeme k rekonstrukci starověkého lesního porostu.“

Fosilie ve Wyomingu zaznamenávají řídnoucí lesy
Starověký Wyoming podporoval lesy dramaticky odlišné od krajiny pelyňku, kterou tam dnes nacházíme. Nad platany, olšemi, palmami a dalšími subtropickými a tropickými rostlinami se tyčily obrovské sekvoje ranní (Metasequoia). Během více než deseti let Curranová, Dunnová a jejich kolegové shromáždili stovky vzorků z pánve Hanna a systematicky hledali fosilní důkazy o lesích, které existovaly před a po PETM. Tyto vzorky umožnily vědcům rekonstruovat, jak se lesy měnily s klimatickými změnami.

„Pochopení toho, jak se struktura lesů během PETM změnila, je opravdu důležité, protože nám říká, jak je růst rostlin, biomasa a produktivita ovlivněna přidáním velkého množství oxidu uhličitého do atmosféry. Ukazuje se, že příliš mnoho oxidu uhličitého je pro lesy špatné, protože doprovodné oteplování a vysychání stromy stresuje a mnoho z nich zabíjí,“ říká Curranová. „Naše práce ukazuje, že během PETM se lesní porosty staly otevřenějšími, s menším počtem velkých stromů, a tato změna ovlivnila klima, koloběh živin, zvětrávání a samozřejmě i zvířata, která lesy obývala. Začínáme pozorovat podobné změny v lesích dnes, zejména v Amazonii, a fosilní záznam rostlin ve Wyomingu nám dává vhled do toho, kam by Země mohla směřovat.“

Současné lesy vykazují podobné varování
Satelitní měření moderního globálního LAI, dostupná od 80. let 20. století, ukazují vzorec, který vědci porovnávají se svou rekonstrukcí PETM.

„Země se kvůli antropogenním emisím oxidu uhličitého, které pohnojily rostliny, vydala na trajektorii ekologizace,“ říká Dunnová. „Ale jak se Země kvůli těmto emisím otepluje, tento trend ekologizace se obrací a mnoho částí Země nyní hnědne. To naznačuje, že jsme překročili kritickou hranici, kdy zvýšené teploty nyní nepříznivě ovlivňují lesy.“

Zjištění naznačují, že pokračující oteplování by mohlo posunout moderní lesy směrem k rozsáhlému hnědnutí zaznamenanému během PETM. Dnešní lesy však čelí několika lidským tlakům současně. Spolu s rychle rostoucím atmosférickým CO2 a rostoucími teplotami oslabuje odolnost lesů odlesňování, stále častější a silnější požáry, fragmentace stanovišť, invazní druhy a změny ve využívání půdy.

Tyto tlaky by společně mohly zintenzivnit uvolňování uhlíku a degradaci ekosystémů nad rámec toho, co se stalo během PETM. Ochrana a obnova lesů je proto důležitá jak pro zachování biodiverzity, tak pro udržení jedné z hlavních přirozených obranných sil Země proti zrychlující se změně klimatu.

„Stromy jsou úžasné. Všechny ty lesy nám každý den přijímají stovky milionů tun uhlíku,“ dodává Dunnová. „Ale když začnete ztrácet lesy, ztrácíte i tyto kritické propady uhlíku. PETM nám připomíná, že když lesy ubývají, důsledky se vlní v celém klimatickém systému. Bylo by moudré je chránit a obnovovat, dokud ještě mohou pomoci tlumit bezprecedentní tempo klimatických změn způsobených člověkem.“

Zdroj: https://scitechdaily.com/paleontologists-reconstruct-56-million-year-old-forests-and-find-a-chilling-warning-for-today/

autor: František Martinek