Undersøgelse finder skovdækning og afstrømning påvirket af kuldegrader i den sene paleozoiske istid

Ny forskning ledet af Baylor University biologi doktorand William J. Matthaeus og professor i biologi Joseph White, Ph.d., overvejer, hvordan plantefrysintolerance påvirkede skovdækning og hydrologi i Pennsylvanian-perioden, for omkring 340 millioner til 285 millioner år siden under den paleozoiske æra, foreslå forbedringer af klimaprognoser for fortid og fremtid med anlægsfunktionsdata.

Dette yderst tværfaglige og samarbejdsprojekt omfattede Baylor geologipostdoktorforsker Jon Richey, såvel som klimaforskere, geologer og paleobotanister fra flere andre amerikanske og europæiske institutioner.

Studiet, udgivet i Procedurer fra National Academy of Sciences , antyder, at frysning af planter ville have begrænset den geografiske fordeling af skovdækket over superkontinentet Pangea. I løbet af denne tid, der var is-interglaciale cyklusser og vedvarende perioder med lave temperaturer. Afhængigt af begrænsningerne ved frysetolerant plantefysiologi, frysning af minimumstemperaturer begrænsede sandsynligvis træplantens evne til at overleve.

"Planter kan fortælle os ting om den tid og det sted, de voksede, fordi planter har grundlæggende behov, ligesom mennesker. Men fordi planter ikke kan bevæge sig rundt for at få det, de har brug for, de skal bygge deres 'kroppe' for at fungere godt til det sted, hvor de vokser, "Sagde Matthaeus." På grund af dette, plantefossiler indeholder oplysninger om, hvordan disse planter fungerede, men også de betingelser, de stod over for, endda for 300 millioner år siden. "

Lavt skovdække øgede overfladeafstrømning af ferskvand og sediment i nogle regioner. Den fryseinducerede afstrømning ændrede sig betydeligt mellem is- og interglaciale perioder på tværs af Pangea, og kan have drevet stedsspecifikke forskelle i mineral, bundfald, organisk stof og næringsindhold i ferskvandsafstrømningen til floden, hav- og kystmiljøer.

Forskerne kombinerede klimamodellering og økosystemprocesmodellering for at simulere træplantning i den sene paleozoiske istid. Fordi eksisterende globale klimamodelleringsfremskrivninger ikke tegner sig for forskelle i plantefunktionelle træk mellem nutidige og paleozoiske planter, forskerne brugte fossilafledte planteegenskabsdata til at simulere globale økosystemprocesser.

"Selv med den begrænsede prøve af den fossile rekord, der blev brugt her, antydninger til indfrysningens indvirkning på 300 millioner år gamle plantesamfund er tydelige. Vi kombinerer fossilbaseret slutning om plantefunktion med global klimamodellering for at bringe gammel jord til live. Dette er en kritisk parring af discipliner til sammensætning af naturhistoriens puslespil, "Sagde Matthaeus.

Den globale klimamodellering viste, at frysetemperaturer næsten var globale i forekomsten og sandsynligvis en begrænsende faktor i fordelingen af ​​skovdække, selv i emnerne. Mindre end 25% af uglacieret jord, der kunne understøtte vegetation, forblev over frysepunktet året rundt. Forskerne antyder, at udbredt og gentagen eksponering af planter for kuldegrader under Pennsylvanian påvirket udviklingen af ​​bemærkelsesværdige aspekter af senere paleozoisk plantefysiologi.

"Klimamodeller bruges typisk til at studere gennemsnitlige temperaturstendenser over månedlige eller længere tidsskalaer i Jordens fortid. Imidlertid, denne tilgang ignorerer ekstreme temperaturer, der vides at være kritiske for plantefunktion og overlevelse i dag. Et nyt aspekt af denne undersøgelse er, at vi fokuserer på daglige temperaturændringer simuleret af den model, som planter sandsynligvis udholdt under Pennsylvanian, "sagde Sophia I. Macarewich, medforfatter og paleoklimatologi og videnskabelig computerdoktorand ved University of Michigan.

Indarbejdelse af fossilafledte paleobotaniske data i dybtids klimamodellering kan forbedre fremskrivninger og forståelse af tidligere jordsystemer samt hjælpe fremtidige klimaforandringsmodeller, ifølge forfatterne.

"Videreudvikling af disse metoder kan tjene som en bro til forståelse af fundamentet for globale økosystemer på tværs af Jordens gamle fortid. Ved at forstå, hvordan tingene fungerede gennem naturhistorien, vi har en bedre chance for at forstå vores egen fremtid, "Sagde Matthaeus.

White ser undersøgelsen som en styrkelse af Baylor som en leder på området, især med hensyn til doktorgradsstudier og akademisk succes.

"Hr. Matthaeus 'succes kan tilskrives hans iboende nysgerrige sind og enestående beregningsevner, der, med sine akademiske grader i evolutionær biologi og matematik, gav ham det forberedte sind til at lykkes med at løse et så svært spørgsmål, "sagde han." Han er også ekstremt læst og har haft fordelen af ​​direkte interaktion med disciplineksperterne, hvoraf mange er hans medforfattere, ud over mentorskab fra yderligere Baylor -fakultet såsom paleobotanist Dr. Dan Peppe, lektor i geovidenskab, og Dr. Bernd Zechmann, direktør og lektor i Center for Mikroskopi og Imaging. "