Ziemia nagrzała się o 6 stopni i lasy zamarły. 100 tys. lat katastrofy

PETM zostało wywołane przez gwałtowne wprowadzenie do atmosfery dużej ilości dwutlenku węgla. To podniosło średnią temperaturę Ziemi i utrzymywało ją na wysokim poziomie przez około 200 tys. lat. Rośliny, które zwykle stabilizują klimat dzięki sekwestracji węgla w liściach, drewnie, korzeniach i glebie, w wielu miejscach przestały nadążać za tak szybkim ociepleniem.

Zespół kierowany przez Juliana Roggera z ETH Zurich i Very Korasidis z University of Melbourne połączył zaawansowany model ewolucji roślin z danymi dotyczącymi znajdowanego w stanowiskach paleontologicznych pyłku i cech odkrywanych tam liści. Badacze odtworzyli, jak zmieniały się wysokość roślin, masa liści oraz udział drzew zrzucających liście na trzech stanowiskach: w basenie Bighorn w dzisiejszym USA, w rejonie Morza Północnego oraz w Arktyce.

Model i zapis pyłkowy sugerują, że choć epizod ocieplenia trwał wiele tysięcy lat, lasy nie nadążyły z adaptacją zarówno poprzez ewolucyjne dostosowywanie się do nowych warunków jak i przez migrację na obszary których klimat bardziej odpowiadał roślinom. To z kolei sprawiło, że ekosystemy straciły zdolność do skutecznego magazynowania węgla w biomasie oraz glebie.

Na umiarkowanych szerokościach geograficznych, takich jak basen Bighorn w Górach Skalistych, dane pyłkowe pokazują wyraźne przesunięcie ku mniejszym roślinom, w tym paprociom, które lepiej znoszą suszę i upał. Jednocześnie ubywało wysokich drzew liściastych, a z badań kopalnych gleb wynika spadek zawartości węgla organicznego magazynowanego w podłożu.

Liście tych roślin, które przetrwały kryzys, stawały się grubsze i cięższe. To strategia pozwalająca przetrwać ostre słońce i niedobór wody, która magazynowana jest w liściach, ale ograniczająca zdolność pochłaniania dwutlenku węgla z atmosfery.

W efekcie krajobraz zdominowany przez niższe, odporne na suszę rośliny gromadził mniej węgla zarówno w biomasie nadziemnej, jak i w glebie. Autorzy szacują, że ta utrata klimatycznych funkcji regulacyjnych pełnionych zazwyczaj przez roślinność mogła znacząco osłabić "lądowy pochłaniacz węgla" na dziesiątki tysięcy lat.

"Globalne ocieplenie przekraczające 4 stopnie Celsjusza wykraczało poza możliwości adaptacyjne roślinności strefy umiarkowanej podczas PETM" - mówi Julian Rogger.

Ekosystemy na dalekiej północy zareagowały na PETM inaczej. Na stanowisku arktycznym badacze widzą wzrost wysokości i biomasy roślin, a zapis pyłkowy wskazuje na zastąpienie iglastych lasów przez lasy liściaste i bagna. W Arktyce pojawiają się wtedy nawet rośliny kojarzone zwykle ze strefą subtropikalną. Na przykład palmy.

Model sugeruje, że w cieplejszym klimacie Arktyki roślinność mogła stać się bardziej produktywna i skuteczniej magazynować węgiel. Ten regionalny wzrost produktywności nie zrównoważył jednak strat w strefach umiarkowanych, gdzie rośliny traciły zdolność regulowania klimatu szybciej, niż były w stanie się przystosować.

Według analizy PETM był związany z utratą znaczącej części lądowych zasobów węgla i powolnym, trwającym około 70 do 100 tys. lat, odbudowywaniem zapasów zgromadzonych przez rośliny w biomasie oraz glebach. To właśnie ta opóźniona regeneracja mogła wydłużyć globalny epizod ocieplenia.

"Nasze badania sugerują, że roślinność zdolna do regulowania klimatu odrastała bardzo długo, co wydłużyło czas trwania ocieplenia" - podkreślają Julian Rogger i Vera Korasidis.

Badacze przypominają, że obecnie Ziemia ociepla się około dziesięć razy szybciej niż podczas PETM. Współczesne ekosystemy mają więc znacznie mniej czasu na migrację, adaptację ewolucyjną czy zmianę składu gatunkowego niż ówczesne lasy.

Jeśli globalne ocieplenie przekroczy 4 stopnie Celsjusza względem epoki przedprzemysłowej, wiele biomów może znaleźć się w podobnej sytuacji jak lasy strefy umiarkowanej podczas PETM. Zamiast rozległych, wysokich drzew magazynujących duże ilości węgla krajobraz mogą zdominować niższe, bardziej odporne, ale mniej wydajne taksony.

W literaturze naukowej podkreśla się też, że zwiększone stężenie CO2 w atmosferze nie zawsze oznacza szybszy wzrost roślin, bo ograniczać go mogą niedobory azotu i fosforu. To dodatkowo zmniejsza potencjał lądowych ekosystemów jako pochłaniaczy węgla w szybko ocieplającym się świecie.

W takiej sytuacji kluczowe sprzężenie zwrotne polegające na pochłanianiu części antropogenicznych emisji przez roślinność może znacząco osłabnąć. A historia PETM pokazuje, że odbudowa funkcji klimatycznych roślinności trwa nie dekady, lecz tysiące lat.

"To, co wydarzyło się na Ziemi 56 mln lat temu, pokazuje, jak ważne jest zrozumienie, czy systemy biologiczne są w stanie nadążyć za szybkim tempem zmian klimatu i utrzymać skuteczną sekwestrację węgla" - piszą Rogger i Korasidis.

Choć badania nad PETM koncentrują się głównie na roślinności, autorzy podkreślają, że zmiany w biosferze lądowej były sprzężone z reakcją oceanów, w tym z zakwaszeniem wód i zmianą krążenia głębinowego wody. To dodatkowo osłabiało globalny cykl węglowy, a lądowe ekosystemy, zamiast działać jak stabilizator, chwilowo stały się źródłem dodatkowych zaburzeń. Zrozumienie tego wielosystemowego sprzężenia jest kluczowe, bo analogiczne procesy obserwujemy dziś w odpowiedzi oceanów na współczesne emisje.

Badacze zaznaczają również, że PETM jest jednym z najcenniejszych "eksperymentów naturalnych" w historii Ziemi. Tempo i skala emisji węgla były tam na tyle duże, że zaburzyły stabilne wcześniej sprzężenia między roślinnością, glebami i atmosferą. Współczesne modele klimatyczne wykorzystują PETM do testowania progów, po których przekroczeniu ekosystemy lądowe zaczynają tracić swoje funkcje regulacyjne. Wnioski są jednoznaczne: gdy ocieplenie postępuje zbyt szybko, nawet bogate i zróżnicowane ekosystemy mogą wejść w długotrwałą fazę osłabienia, z której powrót zajmuje tysiąclecia.