Mokslininkai išsiaiškino: štai kodėl miškai gali nustoti mus saugoti nuo pražūtingo karščio

Maždaug prieš 56 mln. metų, per epizodą, vadinamą paleoceno–eoceno terminio maksimumo laikotarpiu (PETM), Žemės temperatūra per vos apie 5 tūkst. metų pakilo 5–6 laipsniais Celsijaus. Analizė, publikuota leidinyje „Nature Communications“, rodo, kad daugelyje regionų tuometiniai miškai nustojo veikti kaip efektyvus anglies dioksido sugėriklis, o tai galėjo pratęsti pasaulinę krizę daugiau nei 100 tūkst. metų.

PETM sukėlė staigus didžiulio kiekio anglies dioksido patekimas į atmosferą. Dėl to pakilo vidutinė Žemės temperatūra ir ji išliko aukšta maždaug 200 tūkst. metų. Augalai, kurie įprastai stabilizuoja klimatą, kaupdami anglį lapuose, medienoje, šaknyse ir dirvožemyje, daugelyje vietovių nebespėjo prisitaikyti prie tokio spartaus atšilimo.

Tyrėjų grupė, vadovaujama Juliano Roggerio iš „ETH Zurich“ ir Veros Korasidis iš „University of Melbourne“, sujungė pažangų augalų evoliucijos modelį su paleontologiniuose sluoksniuose randamų žiedadulkių duomenimis bei lapų fosilijų požymiais. Mokslininkai atkūrė, kaip keitėsi augalų aukštis, lapų masė ir lapus metančių medžių dalis trijose vietovėse: Bighorno baseine dabartinėse JAV, Šiaurės jūros regione ir Arkties zonoje.

Modelio rezultatai ir žiedadulkių įrašai leidžia manyti, kad nors atšilimas truko tūkstančius metų, miškai nespėjo prisitaikyti nei evoliuciškai, nei migruodami į tinkamesnio klimato teritorijas. Dėl to ekosistemos prarado gebėjimą efektyviai kaupti anglį biomasoje ir dirvožemyje.

Vidutinėse platumose, tokiose kaip Bighorno baseinas Uoliniuose kalnuose, žiedadulkių duomenys rodo ryškų poslinkį į žemesnius augalus, tarp jų ir paparčius, kurie geriau pakelia sausrą bei karštį. Tuo pat metu mažėjo aukštų lapuočių medžių, o iš suakmenėjusių dirvožemių tyrimų matyti, kad krito organinės anglies kiekis, sukauptas grunte.

Per krizę išlikusių augalų lapai tapo storesni ir sunkesni. Tokia strategija padėjo ištverti intensyvią saulę ir vandens trūkumą, nes dalis vandens kaupiama lapuose, tačiau kartu mažėjo gebėjimas sugerti anglies dioksidą iš atmosferos.

Dėl to kraštovaizdis, kuriame dominavo žemesni, sausrai atsparesni augalai, sukaupė mažiau anglies tiek antžeminėje biomasoje, tiek dirvožemyje. Autoriai vertina, kad dėl šio augalijos reguliacinių funkcijų praradimo „sausumos anglies sugėriklis“ galėjo būti reikšmingai susilpnėjęs dešimtis tūkstančių metų.

„Pasaulinis atšilimas, viršijęs 4 laipsnius Celsijaus, PETM laikotarpiu peržengė vidutinės klimato juostos augalijos prisitaikymo galimybes“, – teigė Julianas Roggeris.

Tolimojoje šiaurėje ekosistemos reagavo kitaip. Arkties vietovėje tyrėjai fiksuoja augalų aukščio ir biomasės didėjimą, o žiedadulkių įrašai rodo, kad spygliuočių miškus keitė lapuočių miškai ir pelkės. Arkties regione tuomet pasirodė net augalai, paprastai siejami su subtropikais, pavyzdžiui, palmės.

Modelis leidžia manyti, kad šiltesnėje Arkties aplinkoje augalija galėjo tapti produktyvesnė ir geriau kaupti anglį. Vis dėlto šis regioninis produktyvumo augimas neatsvėrė nuostolių vidutinėse platumose, kur augalai klimato reguliavimo funkcijas prarado greičiau, nei spėjo prisitaikyti.

Remiantis analize, PETM buvo susijęs su reikšmingos sausumos anglies atsargų dalies praradimu ir lėtu, maždaug 70–100 tūkst. metų trukusiu, augalų biomasėje ir dirvožemiuose sukauptos anglies atsargų atstatymu. Būtent ši vėluojanti regeneracija galėjo prailginti pasaulinį atšilimo epizodą.

„Mūsų tyrimai rodo, kad klimatą reguliuoti galinti augalija atsikūrė labai lėtai, todėl atšilimas truko ilgiau“, – pabrėžė Julianas Roggeris ir Vera Korasidis.

Mokslininkai primena, kad šiandien Žemė šyla maždaug dešimt kartų greičiau nei PETM laikotarpiu. Tai reiškia, kad šiuolaikinės ekosistemos turi gerokai mažiau laiko migracijai, evoliuciniam prisitaikymui ar rūšinės sudėties pokyčiams nei tuometiniai miškai.

Jei pasaulinis atšilimas viršys 4 laipsnius Celsijaus, palyginti su ikipramoniniu laikotarpiu, daugelis biomų gali atsidurti panašioje padėtyje kaip vidutinės juostos miškai per PETM. Vietoj plačių, aukštų medžių, sukaupiančių daug anglies, kraštovaizdyje gali įsivyrauti žemesni, atsparesni, tačiau mažiau efektyvūs augalų taksonai.

Mokslinėje literatūroje taip pat pabrėžiama, kad didesnė CO2 koncentracija atmosferoje ne visada reiškia spartesnį augalų augimą, nes jį gali riboti azoto ir fosforo trūkumas. Tai dar labiau mažina sausumos ekosistemų potencialą veikti kaip anglies sugėrikliams sparčiai šylančiame pasaulyje.

Tokiu atveju svarbus grįžtamasis ryšys, kai augalija sugeria dalį antropogeninių emisijų, gali reikšmingai susilpnėti. PETM istorija rodo, kad augalijos klimatinės funkcijos atsikuria ne per dešimtmečius, o per tūkstantmečius.

„Tai, kas įvyko Žemėje prieš 56 mln. metų, parodo, kaip svarbu suprasti, ar biologinės sistemos gali suspėti su sparčiu klimato kaitos tempu ir išlaikyti efektyvią anglies sekvestraciją“, – rašė Roggeris ir Korasidis.

Nors PETM tyrimai daugiausia koncentruojasi į augaliją, autoriai pabrėžia, kad sausumos biosferos pokyčiai buvo susiję ir su vandenynų reakcija, įskaitant vandens rūgštėjimą bei giluminės cirkuliacijos pokyčius. Tai papildomai silpnino pasaulinį anglies ciklą, o sausumos ekosistemos, vietoje stabilizatoriaus vaidmens, laikinai tapo papildomų sutrikimų šaltiniu. Šių kelių sistemų sąveikos supratimas svarbus ir todėl, kad panašūs procesai šiandien stebimi vandenynams reaguojant į šiuolaikines emisijas.

Tyrėjai taip pat pažymi, kad PETM yra vienas vertingiausių „natūralių eksperimentų“ Žemės istorijoje. Anglies emisijų tempas ir mastas buvo tokie dideli, kad išbalansavo anksčiau stabilias sąsajas tarp augalijos, dirvožemių ir atmosferos. Šiuolaikiniai klimato modeliai PETM naudoja slenksčiams tikrinti – nuo kada sausumos ekosistemos ima prarasti reguliacines funkcijas. Išvados aiškios: kai atšilimas vyksta pernelyg greitai, net turtingos ir įvairios ekosistemos gali pereiti į ilgalaikę nusilpimo fazę, o grįžimas iš jos užtrunka tūkstantmečius.