Пятьдесят шесть миллионов лет назад леса Земли достигли переломной точки. К началу одного из самых интенсивных эпизодов парникового потепления в истории планеты они образовали густые пышные кроны. Но затем полог начал редеть. Когда глобальная температура выросла на целых 6 градусов Цельсия, жара и засуха ударили по лесам, убивая деревья в огромных количествах. Кроны раскрылись, открыв землю солнечному свету и изменив движение воды через ландшафт.
В южном Вайоминге ненадолго расцвели папоротники там, где прежде процветали родственники вязов, грецких орехов, метасеквой и авокадо, а затем на север распространились пальмы и другие теплолюбивые растения. В новом исследовании, опубликованном в журнале Science, мы с коллегами показываем, что леса Вайоминга потеряли 60 процентов полога в этот период, известный как палеоцен-эоценовый термальный максимум, или PETM, и что на восстановление им потребовалось значительно больше 100 000 лет.
PETM был ближайшим природным аналогом потепления, которое мир испытывает сегодня, хотя сейчас люди выбрасывают углекислый газ примерно в десять раз быстрее, чем это делали природные процессы тогда. Понимание того, что случилось с лесами, может помочь человечеству заметить подобные пороги до того, как планета пересечёт их снова.
Как прочитать лес по ископаемым листьям
Как палеоботаники, мы с коллегами используем ископаемые растения, чтобы определить, какие виды когда-то росли в том или ином месте. Но мы хотели ответить на более сложный вопрос: как выглядел сам лес и как он менялся? Структура леса — и особенно его полог — управляет количеством света, достигающего лесной подстилки, температурой, водной средой и объёмом углерода, который лес может хранить, что делает её одним из самых ясных индикаторов функции экосистемы. Но как измерить плотность леса, исчезнувшего 56 миллионов лет назад?
Экологи измеряют плотность полога с помощью индекса листовой поверхности. Густые леса с несколькими слоями листьев, перехватывающими свет, имеют высокий балл, а открытые, пропускающие больше света к земле, — низкий. Ключом к плотности древних крон стали микроскопические кутикулы растений — тонкая восковая кожица листьев, способная сохраняться миллионы лет в богатых органикой отложениях. В этих ископаемых фрагментах видны формы клеток эпидермиса, а они отражают, сколько света получал лист при жизни: в тени клетки вытягиваются, ища солнце, а на свету становятся короче и круглее. Мы превратили эту зависимость в инструмент реконструкции древних лесов. Для калибровки собрали почвы из лесов Центральной и Южной Америки с разной плотностью крон: каждая горсть почвы содержит кутикулы множества растений, отражая структуру леса в целом. Сравнив формы тысяч клеток с индексом листовой поверхности, мы нашли очень сильную связь: чем вытянутее клетки, тем плотнее был полог над ними.
Когда леса достигают предела
Одно из самых удивительных открытий: в PETM леса вступили не в упадке. Непосредственно перед началом быстрого потепления кроны достигли наибольшей плотности за сотни тысяч лет, вероятно, из-за благоприятных условий по мере роста углекислого газа в атмосфере. Ведущая теория источника этого CO₂ связана с вулканическими извержениями. Но процветание не продлилось: по мере роста температуры жара и засуха перевесили выгоды от повышенного CO₂, полог быстро поредел из-за гибели деревьев и оставался значительно более разреженным более 100 000 лет. Леса в этом ослабленном состоянии функционировали совсем иначе, и это сказалось на окружающей среде: древние почвы сменились более грубыми речными отложениями, что указывает на изменение движения воды и осадков через бассейн. Меняющийся климат изменил лес, а лес изменил ландшафт.
Уроки для сегодняшнего дня
Эта последовательность несёт важный урок. Повышенный уровень CO₂, как сейчас, может стимулировать рост растений, но только пока температура и вода остаются в пределах переносимости деревьев. За этими пределами жара, засуха, насекомые, патогены и пожары перевешивают удобряющий эффект. По всему миру многие леса уже демонстрируют признаки ослабления по мере роста температур, а вырубка ради древесины, полей и пастбищ дополнительно снижает их устойчивость.
История древних лесов не заканчивается коллапсом. Со временем усиленное выветривание горных пород в тёплом климате постепенно вытягивало углерод из воздуха и запасало его в морских отложениях, позволяя климату остыть, а воде стать доступнее. Полог восстановился и в итоге стал даже плотнее, чем до потепления. Расширяясь, леса, вероятно, вернули себе способность стабилизировать почвы, регулировать круговорот воды и изымать углерод из атмосферы, помогая долгосрочному восстановлению планеты. Наше исследование показывает: выбросы CO₂ уже когда-то выталкивали леса за физиологические пределы, запуская изменения от растительности до рек и целых ландшафтов. Оно также показывает, что леса поразительно устойчивы, если у них есть время на восстановление, — но это время намного длиннее человеческой жизни и требует тысяч поколений. Сегодня антропогенные выбросы и потепление идут значительно быстрее, чем во время PETM. Ископаемая летопись напоминает: леса могут восстановиться, но только если человечество не вытолкнет их за порог, после которого восстановление займёт десятки тысяч лет.
Источники:
Материал подготовлен на основе исследования Р. Данн и коллег, опубликованного в журнале Science, данных о палеоцен-эоценовом термальном максимуме, а также полевых работ в бассейне Ханна, Вайоминг, проведённых при участии Геологической службы США.
Ваш комментарий