Изучение лесов, существовавших 56 млн лет назад, показало, как экосистемы Земли могут реагировать на стремительный рост содержания углекислого газа в атмосфере. Исследователи реконструировали структуру древних лесов во время палеоцен-эоценового термического максимума — периода резкого глобального потепления, наиболее близкого по характеру к нынешнему климатическому изменению.

Работа опубликована в журнале Science.

Ученые установили, что в тот период значительная часть растительности стала более разреженной. На фоне роста концентрации CO₂, повышения температуры и сокращения количества осадков лесные массивы теряли плотность, а многие виды растений перемещались на север. Это усиливало эрозию почв и нарушало естественный круговорот воды.

Чтобы восстановить структуру древних лесов, исследователи впервые использовали фрагменты окаменевшей кутикулы листьев — защитного слоя, сохраняющего клетки эпидермиса растений. По форме этих клеток ученые смогли определить, насколько густой была растительность.

Для этого они сначала изучили современные леса Центральной и Южной Америки. Исследователи сопоставили форму клеток листьев с индексом листовой поверхности (LAI) — показателем, который характеризует плотность лесного полога. Затем полученную модель применили к ископаемым фрагментам листьев возрастом 56 млн лет.

Основным источником материала стали богатые органикой отложения бассейна Ханна в американском штате Вайоминг. В древности здесь росли гигантские метасеквойи, платаны, ольхи, пальмы и другие субтропические и тропические растения. Сегодня на их месте находится преимущественно сухой ландшафт с кустарниковой растительностью.

Реконструкция показала, что во время палеоцен-эоценового термического максимума лесной полог стал более открытым: крупных деревьев стало меньше, а плотность растительности снизилась.

Исследователи считают, что происходившее 56 млн лет назад может служить предупреждением для современности. По словам ученых, сегодня содержание CO₂ в атмосфере растет примерно на порядок быстрее, чем во время этого древнего климатического события.

Поначалу увеличение CO₂ способствовало росту растительности и приводило к глобальному «озеленению» Земли. Однако по мере усиления потепления эта тенденция начала меняться. Засухи, лесные пожары, нашествия насекомых и распространение патогенов повышают смертность деревьев, и некоторые регионы уже демонстрируют обратный процесс — «побурение» растительного покрова.

Особенно тревожной исследователи считают ситуацию с лесами Амазонии, где уже наблюдаются изменения, напоминающие некоторые процессы, выявленные в ископаемых лесах Вайоминга.

При этом современные леса испытывают гораздо большее количество одновременных нагрузок, чем экосистемы во время древнего потепления: помимо роста температуры и концентрации CO₂, на них воздействуют вырубка лесов, пожары, фрагментация местообитаний, инвазивные виды и изменение землепользования.

Ученые предупреждают, что сокращение лесов может запустить цепную реакцию: гибель деревьев уменьшает способность экосистем поглощать углерод, что, в свою очередь, способно дополнительно ускорять климатические изменения.