Brande gav næring til spredning af græsarealer på oldtidens Jord

Gamle skovbrande spillede en afgørende rolle i dannelsen og spredningen af ​​græsarealer som dem, der nu dækker store dele af Jorden, ifølge videnskabsmænd ved Penn State og Smithsonian National Museum of Natural History.

En ny undersøgelse forbinder en stor stigning i naturbrande for næsten 10 millioner år siden, i slutningen af ​​miocæn, med et stort skift i vegetationen på land, som angivet af kulstofisotoper af plantebiomarkører fundet i fossilregistret. Hyppig, sæsonbestemte brande hjalp med at forvandle skovområder til åbne landskaber, og drev udvidelsen af ​​græsarealer, sagde forskerne.

Holdet udviklede en innovativ tilgang til at teste ildens rolle i stigningen af ​​tidlige græsarealer. De analyserede spor af gamle blade og af brændt organisk materiale efterladt i palæosoler, eller fossil jord, i det nordlige Pakistan.

"De værktøjer, vi bruger, er molekyler og biomarkører produceret af organismer i Jordens historie og bevaret i klipper, " sagde Allison Karp, en kandidatstuderende i geovidenskab ved Penn State og hovedforfatter på papiret. "Vi kan bruge disse som ledetråde til at finde ud af, hvad der skete med klima og økologi i fortiden."

Den nye teknik har brede implikationer som et værktøj for forskere, der søger at besvare spørgsmål om tidligere vegetation og klimaændringer, sagde forskeren.

Dette viser, at værktøjet kan lokalisere placeringen af ​​en brand, hvor den opstod, ifølge Karp. "I en palæosol-optegnelse fanger du virkelig et integreret billede af, hvad der skete, da jorden blev dannet, " hun sagde.

Forskerne rapporterede for nylig deres resultater i Proceedings of the National Academy of Sciences . Katherine Freeman, Evan Pugh University professor i geovidenskab ved Penn State og Karps rådgiver, er medforfatter på papiret.

"Dette er en af ​​de største økologiske ændringer i de sidste 66 millioner år, " sagde Karp. "Ingen af ​​de åbne græsarealer, vi har i dag, eksisterede før denne overgang. Det var en meget anderledes verden, især i subtropiske steder som Pakistan."

Forskere har længe undersøgt stigningen af ​​C4 græsarealer, opkaldt efter planter, der udviklede en ny måde at håndtere fotosyntese på, der gør det muligt for dem at trives i tørre omgivelser, tropiske forhold og med lavere mængder kuldioxid. Disse planter omfatter moderne afgrøder som majs og sukkerrør.

Et fald i globale kuldioxidniveauer blev engang antaget at være bag stigningen af ​​C4-græsarealer. Nyere forskning har vist, at græsset spredes med forskellig hastighed på forskellige kontinenter, hvilket indikerer, at regionale faktorer, som regnmønstre - og potentielt ild - spillede vigtige roller. Men der havde været få direkte beviser, der knyttede en stigning i skovbrande til denne overgang.

"Vi var interesserede i at rekonstruere brand og udvidelsen af ​​græsarealer i samme geologiske rekord for at se, om vi kunne finde proxy-beviser for den rolle, brand spillede, " sagde Karp. "Vi har nu en god række observationsbeviser at sammenligne med, hvad modellerne har sagt."

Karp og hendes samarbejdspartnere brugte polycykliske aromatiske kulbrinter (PAH'er), findes i palæosoler, som brandfuldmagter. PAH'er er kemikalier, der dannes ved afbrænding af organisk materiale som træ og planter. De findes også naturligt i kul og råolie.

PAH'er steg fem gange på tværs af undersøgelsesområdet, mens tegn på nåletræer faldt og i sidste ende forsvandt. Det stærkt skovklædte landskab åbnede sig i to etaper. For omkring 10 millioner år siden, skove blev erstattet af mere brandudsatte, åbne skove eller græsarealer, og mellem seks og otte millioner år siden, C4 græsarealer blev dominerende, ligesom mængden af ​​brandsignaturer steg kraftigt.

Moderne brandøkologi kan forklare processen. Græsser vokser hurtigere end træer efter en brand, og de hjælper også med at skabe forhold, der er modne til efterfølgende brande, fremme åbne landskaber. I slutningen af ​​miocæn, våde årstider forårsaget af monsunforhold fremmede plantevækst, hvilket igen skabte mere brændstof til brande under varme, tørre sæsoner i Pakistan.

"Den rolle ild spillede i udvidelsen og udviklingen af ​​græsarealer i dyb tid er vigtig, fordi forståelsen af, hvordan ild har opretholdt systemer i fortiden, kan hjælpe os med at forudsige, hvad der kan ske med disse vigtige systemer i fremtiden, når klimaet fortsætter med at ændre sig, sagde Karp.

Den nye brandmarkørtilgang kunne bruges til at undersøge landskabsskala interaktioner mellem brand og vegetation for andre geografiske regioner og klimatiske overgange, som glaciale-interglaciale overgange eller katastrofale klimaforandringer, sagde forskere.