Hvad oldtidens pollen fortæller os om fremtidige klimaændringer

For omkring 56 millioner år siden gennemgik Jordens klima en stor klimatisk overgang. En enorm udledning af kulstof til havet og atmosfæren hævede atmosfærisk kuldioxid (CO₂ ) koncentrationer - hvilket betød, at temperaturer steg med 5 til 8 °C og stigende havniveauer.

Lyder det bekendt?

Denne begivenhed, kaldet Paleocæn-Eocæn Thermal Maximum (PETM), fandt sted i løbet af nogle få titusinder af år, men årsagerne til og konsekvenserne af denne overgang diskuteres stadig bredt.

Nogle af de hypoteserede årsager til den enorme kulstoffrigivelse omfatter massiv vulkansk aktivitet i Nordatlanten, pludselig frigivelse af metan fra havbunden eller smeltning af permafrost eller tørv i Antarktis.

Beviser for PETM kommer for det meste fra ældgamle marine sedimenter, men hvis vi skal lære af denne periode, hvad der kan ske som følge af vores nuværende klimaforandringskrise, er vi også nødt til at forstå, hvad der skete på landjorden.

Hidtil har der kun været få oplysninger om, hvordan PETM-klimaet ændrede livet på landjorden, så vores forskerhold brugte globalt distribueret fossilt pollen, der var bevaret i gamle klipper, til at rekonstruere, hvordan terrestrisk vegetation og klima ændrede sig i denne periode.

Vores nye forskning, ledet af mig selv og Dr. Scott Wing ved Institut for Paleobiologi på Smithsonian's National Museum of Natural History og offentliggjort i tidsskriftet Paleoceanography and Paleoklimatology, viser, at en stigning i koncentrationen af ​​atmosfærisk CO₂ spillet en stor rolle i at ændre Jordens klima og planteliv.

Vi kunne se en lignende stigning i de kommende århundreder som følge af menneskeskabte (som er forårsaget af mennesker) stigninger i CO₂ .

For at forstå, hvordan terrestrisk vegetation ændrede sig og flyttede sig i denne periode, brugte vi en nyligt udviklet tilgang baseret på fossilt pollen, der er bevaret i gamle stenaflejringer. Den bruger det distinkte, artsspecifikke udseende af pollenkorn observeret ved hjælp af et mikroskop.

Det tydelige udseende af pollen udviklede sig til at hjælpe med bestøvningsstrategier anvendt af planter. Fordi hver art har unikke pollen, betyder det, at vi kan sammenligne fossil pollen med moderne pollen for at finde en match – så længe plantefamilien ikke er uddød.

Som et resultat kan fossil pollen med sikkerhed tildeles adskillige moderne plantefamilier. Hver af disse moderne planter har specifikke klimatiske krav, og vi antager, at deres gamle slægtninge havde brug for et lignende klima.

For at give mere tillid til denne antagelse undgik vi data fra plantegrupper, som vi vidste havde udviklet sig efter PETM, da disse arter måske ikke har slået sig ned i den samme klimapræference, som de har i dag.

Pollen bevaret i klipper i titusinder af år giver os mulighed for at rekonstruere både gamle blomstersamfund og tidligere klimaer.

For første gang har vi anvendt denne tilgang over hele verden på fossile prøver fra 38 PETM-steder fra alle kontinenter undtagen Antarktis. Denne nye pollenanalyse viser, at PETM-plantesamfundene er forskellige fra før-PETM-plantesamfund på de samme steder.

Disse skift i blomstersammensætningen på grund af massive plantevandringer indikerer, at ændringer i vegetationen som følge af klimaændringer var globale, selvom de involverede plantetyper varierede fra region til region.

Når vi siger plantevandring mener vi plantebevægelser, da frøene, der spredes, vokser bedre ét sted og klima end et andet – i dette tilfælde på højere, køligere breddegrader over lavere, varmere.

Planter kan migrere over 500 meter hvert år, så over tusinder af år kan de flytte sig store afstande.

For eksempel på den nordlige halvkugle blev de skaldede cypres-sumpe i Wyoming i USA pludselig erstattet med palmedominerede sæsonmæssigt tørre subtropiske skove. Ligeledes på den sydlige halvkugle blev våd-tempererede podocarpskove erstattet af skove med subtropiske palmer.

Vi tildelte hver art en kategori baseret på klima, kaldet en Köppen-klimatype. Eksempler på dette omfatter tropisk regnskov, tør ørken, tempereret varm sommer og polar tundra.

Dette fortæller os, at PETM bragte varmere og vådere klimaer mod polerne på begge halvkugler, men varmere og mere sæsonbestemt tørre klimaer til de midterste breddegrader.

For at udforske den geografiske udstrækning af disse skift arbejdede vi sammen med Dr. Christine Shields fra US National Center for Atmospheric Research og Dr. Jeffrey Kiehl ved University of California for at køre klimamodelsimuleringer.

De data, der blev brugt til at skabe disse simuleringer, stammede fra Community Earth System Model (version CESM1.2).

Disse simuleringer matchede nøje de klimadata, vi fandt i pollen, herunder udvidelsen af ​​tempererede klimaer på bekostning af kolde klimatyper mod polerne samt udvidelsen af ​​tempererede og tropiske klimaer på mellembreddegrader.

Så hvis vores nuværende CO₂ niveauer fortsætter med at stige, opvarmning og smeltende permafrost, som kunne frigive mere lagret kulstof til atmosfæren, som det måske gjorde for 56 millioner år siden, vil vi igen se disse masseskift i vegetationen som reaktion på dramatiske ændringer i lokale klimaforhold.

Hvor godt vegetationen er i stand til at migrere vil afhænge af mange faktorer, herunder hastigheden af ​​klimaændringer og tilgængeligheden af ​​egnede migrationsområder for disse planter.

Where the plants go, so too will the animals that rely on them (if they can)—perhaps in some cases humans included.

Understanding this massive shift on our planet that came as a result of a warming climate gives us an insight into our potential future. Are we prepared to physically move from our homes, like these ancient forests did, to adapt to climate change or can we work together now to avoid the adverse consequences of a warming world?