Fossile blade viser en høj atmosfærisk kulstof ansporet gammel global begrønning

Forskere, der studerer blade fra en 23 millioner år gammel skov, har for første gang forbundet høje niveauer af atmosfærisk kuldioxid med øget plantevækst, og det varme klima uden for tiden. Fundet bidrager til forståelsen af, hvordan stigende CO ₂ opvarmer jorden, og hvordan dynamikken i plantelivet kunne ændre sig inden for årtier, når CO ₂ niveauer kan nøje afspejle dem fra den fjerne fortid.

Forskere hentede bladene fra en enestående newzealandsk søseng, der rummer rester af planter, alger, edderkopper, bille, fluer, svampe og andre levende væsener fra en varm periode kendt som tidlig miocæn. Forskere har længe postuleret, at CO ₂ var høj dengang, og nogle planter kunne høste det mere effektivt til fotosyntese. Dette er den første undersøgelse, der viser, at disse ting faktisk skete i takt. Resultaterne blev offentliggjort i denne uge i tidsskriftet Fortidens klima .

"Det fantastiske er, at disse blade dybest set er mumificerede, så vi har deres oprindelige kemiske sammensætninger, og kan se alle deres fine træk under et mikroskop, " sagde hovedforfatter Tammo Reichgelt, en adjungeret videnskabsmand ved Columbia Universitys Lamont-Doherty Earth Observatory og assisterende professor i geovidenskab ved University of Connecticut. "Beviser har bygget den CO ₂ var høj dengang, men der har været paradokser."

Den såkaldte "kulstofbefrugtningseffekt" har enorme konsekvenser. Laboratorie- og feltforsøg har vist, at når CO ₂ niveauer stiger, mange planter øger deres fotosyntesehastighed, fordi de mere effektivt kan fjerne kulstof fra luften, og spar på vandet, mens du gør det. Ja, en undersøgelse fra 2016 baseret på NASA-satellitdata viser en "global greening"-effekt hovedsageligt på grund af stigende niveauer af menneskeskabt CO ₂ gennem de seneste årtier; en kvart til halvdelen af ​​planetens vegeterede arealer har set stigninger i bladvolumen på træer og planter siden omkring 1980. Effekten forventes at fortsætte som CO ₂ niveauer stiger.

Det kan virke som en god nyhed, men virkeligheden er mere kompleks. Øget CO ₂ absorption vil ikke komme tæt på at kompensere for, hvad mennesker hælder ud i luften. Ikke alle planter kan drage fordel, og blandt dem, der gør, resultaterne kan variere afhængigt af temperatur og tilgængelighed af vand eller næringsstoffer. Og, der er tegn på, at når nogle større afgrøder fotosynteserer hurtigere, de absorberer relativt mindre calcium, jern, zink og andre mineraler, der er afgørende for menneskers ernæring. Fordi meget af nutidens planteliv udviklede sig i et tempereret, lavt CO ₂ verden, nogle naturlige økosystemer og landbrugsøkosystemer kan blive forstærket af højere CO ₂ niveauer, sammen med de stigende temperaturer og skift i nedbør, de medfører. "Hvordan det forløber er nogens gæt, " sagde Reichgelt. "Det er endnu et lag af stress for planter. Det kan være godt for nogle, og forfærdeligt for andre."

Depositum er placeret i en lille, for længst uddøde vulkankrater, der nu ligger på en gård nær den sydlige New Zealandske by Dunedin. Krateret, omkring en kilometer på tværs, engang holdt en isoleret sø, hvor på hinanden følgende lag af sedimenter opbygget fra det omgivende miljø. Funktionen blev kun genkendt inden for omkring de sidste 15 år; videnskabsmænd døbte det Foulden Maar. Anerkender det som en videnskabelig guldmine, de har studeret det lige siden. Nogle har også kæmpet mod et egentligt mineselskab, der ønsker at fjerne panten til husdyrfoder.

I den nye undersøgelse, forskerne tog prøver fra en borekerne fra 2009, der penetrerede 100 meter til nær bunden af ​​den nu tørre søbund. Fyldt mellem hvidlige årlige lag af silica-rige alger, der blomstrede hvert forår i 120, 000 år er vekslende sortlige lag af organisk stof, der faldt ind under andre årstider. Disse omfatter utallige blade fra en subtropisk stedsegrøn skov. De er bevaret så perfekt, at forskerne kan se mikroskopiske vener og stomata, porerne, hvorved blade optager luft og samtidig frigiver vand under fotosyntesen. I modsætning til de fleste fossiler, bladene bevarer også deres oprindelige kemiske sammensætning. Det er den eneste kendte aflejring på den sydlige halvkugle, og langt bedre bevaret end de få lignende, der kendes fra nord.

Miocæn har længe været en kilde til forvirring for palæoklimaforskere. De gennemsnitlige globale temperaturer menes at have været 3 til 7 grader C varmere end i dag, og is forsvandt stort set ved polerne. Alligevel mange fuldmagter, hovedsageligt afledt af marine organismer, har foreslået CO ₂ niveauerne var kun omkring 300 dele pr. million - svarende til dem i den førindustrielle menneskelige tid, og ikke nok til at tage højde for en sådan opvarmning. Med bevis for høj CO ₂ undvigende, videnskabsmænd har spekuleret i, at tidligere proxy-målinger skal være slået fra.

Baseret på den nye undersøgelse og en relateret tidligere undersøgelse også hos Foulden Maar, forskerne var i stand til at komme frem til denne gåde. De analyserede kulstofisotoperne i blade fra et halvt dusin træarter fundet på forskellige niveauer i aflejringen. Dette hjalp dem med at nulstille atmosfærens kulstofindhold på det tidspunkt. De analyserede også geometrien af ​​bladenes stomata og andre anatomiske træk, og sammenlignede disse med moderne blade. Ved at kombinere alle data i en model, de fandt, at atmosfærisk CO ₂ var ikke 300 ppm, men omkring 450 - et godt match for temperaturdataene. Sekund, de viste, at træerne var supereffektive til at suge kulstof gennem stomata, uden at lække meget vand gennem den samme rute - en faktor, som alle planter skal tage højde for. Dette gjorde det muligt for dem at vokse i marginale områder, der ellers ville have været for tørre til skove. Forskerne siger, at denne højere effektivitet med stor sandsynlighed blev afspejlet i skove på tværs af de nordlige tempererede breddegrader, med deres langt større landmasser.

Menneskelige emissioner har nu skubbet CO ₂ niveauer til omkring 415 dele per million, og de vil næsten helt sikkert nå 450 omkring 2040 - identisk med dem, der opleves i Foulden Maar-skoven. Estimater af de resulterende temperaturstigninger over årtier og århundreder varierer, men den nye undersøgelse tyder på, at de fleste er i boldgaden.

"Det hele hænger sammen, det hele giver mening, " sagde studiemedforfatter William D'Andrea, en palæoklimaforsker ved Lamont-Doherty. Ud over at vise, hvordan planter kan reagere direkte på CO ₂ , "Dette burde give os mere tillid til, hvordan temperaturerne vil ændre sig med CO ₂ niveauer, " han sagde.

Studiemedforfatter Daphne Lee, en palæontolog ved New Zealands University of Otago, førte anklagen om at studere Foulden Maars rige økosystem, efter at det kom frem i lyset. For nylig, hun blev en uventet forsvarer af maar, da et selskab med ejere i Malaysia og Det Forenede Kongerige annoncerede planer om at udvinde forekomsten til brug som fodertilsætningsstof til svin, ænder og andre intensivt opdrættede dyr. Med mange flere opdagelser, der sandsynligvis skal gøres, videnskabsmænd var forfærdede, og allierede sig med lokale, der frygtede larm og støv. Dunedin byråd undersøger nu at købe jorden for at beskytte den.