۵۶ میلیون سال پیش، زمین ناگهان گرم شد – و بسیاری از گیاهان بهدرستی کار نمیکردند
حدود ۵۶ میلیون سال پیش، زمین ناگهان بسیار گرم شد. در حدود ۵۰۰۰ سال، مقدار کربن موجود در جو بهطور چشمگیری افزایش یافت و دمای جهانی حدود ۶ درجه سانتیگراد بالا رفت.
همانطور که در پژوهش جدیدی که در Nature Communications منتشر شده نشان میدهیم، یکی از پیامدها این بود که بسیاری از گیاهان جهان دیگر نتوانستند بهخوبی رشد کنند. در نتیجه، جذب کربن کمتری از جو کردند که ممکن است به یکی دیگر از ویژگیهای جالب این موج گرمایی پیشتاریخی سیارهای افزوده باشد: این موج بیش از ۱۰۰٬۰۰۰ سال به طول انجامید.
امروزه زمین تقریباً دهبرابر سریعتر از زمانی که ۵۶ میلیون سال پیش گرم شد، در حال گرم شدن است که ممکن است سازگاری گیاهان امروزی را حتی دشوارتر کند.
بازگشت به ۵۶ میلیون سال پیش
گیاهان میتوانند از طریق فرآیندی به نام جداسازی کربن به تنظیم آب و هوا کمک کنند. این فرآیند شامل جذب دیاکسید کربن از جو به وسیلهٔ فتوسنتز و ذخیرهسازی آن در برگها، چوب و ریشههایشان است.
با این حال، گرم شدن ناگهانی جهانی میتواند بهطور موقت بر این عملکرد تنظیمکننده تأثیر بگذارد.
بررسی واکنش پوشش گیاهی زمین به رویداد سریع گرم شدن جهانی حدود ۵۶ میلیون سال پیش – که بهصورت رسمی به عنوان حداکثر حرارتی پلئوزن‑اووسن (Paleocene‑Eocene Thermal Maximum) یا PETM شناخته میشود – کار آسانی نیست.
برای این منظور، یک مدل کامپیوتری طراحی کردیم که تکامل گیاهان، پراکندگی آنها و چرخهٔ کربن را شبیهسازی میکند. خروجیهای این مدل را با دادههای گردههای فسیلی و ویژگیهای گیاهی از سه سایت مقایسه کردیم تا تغییرات پوشش گیاهی مانند ارتفاع، جرم برگ و دورهپذیری را در طول رویداد گرم شدن بازسازی کنیم.
سه سایت شامل: حوضهٔ بیگورن در ایالات متحده، دریای شمال و دایرهٔ قطبی هستند.
تحقیقات خود را بر روی گردههای فسیلی متمرکز کردیم، زیرا این ماده ویژگیهای منحصر بهفردی دارد.
نخست، گردهها بهصورت فراوان تولید میشوند. دوم، آنها بهوسیلهٔ جریانهای هوایی و آبی بهسختی جابهجا میشوند. سوم، ساختار مقاوم آنها باعث میشود تا در برابر تجزیه مقاومت نشان دهند و در سازندهای ژئولوژیکی باستانی بهخوبی حفظ شوند.
تغییری در پوشش گیاهی
در سایتهای میانهٔ عرض جغرافیایی، از جمله حوضهٔ بیگورن – درهای عمیق و گسترده در میان رشتهکوههای راکی شمالی – شواهد نشان میدهد که پوشش گیاهی توانایی کمتری در تنظیم آب و هوا داشته است.
دادههای گرده نشان میدهند که به سمت گیاهان کوچکتر مانند نخلها و سرخسها تغییر یافتهاند. جرم برگ به ازای هر سطح (معیاری برای چگالی و ضخامت برگ) نیز افزایش یافته است در حالی که درختان برگریز کاهش یافتند. خاکهای فسیلی نشانگر کاهش سطح کربن آلی خاک هستند.
دادهها نشان میدهند که گیاهان کوچکتر و مقاوم به خشکی، از جمله نخلها، در این بستر رشد کردند چون توانستند با گرمایش همراه شوند. با این حال، این گیاهان ظرفیت کمتری برای ذخیرهٔ کربن در زیستتوده و خاک داشتند.
در مقابل، سایت قطبی آرکتیک پس از گرم شدن، ارتفاع و زیستتوده پوشش گیاهی را افزایش داد. دادههای گرده نشان میدهند که جنگلهای صنوبرآسا توسط گونههای مرداب با برگهای پهن جایگزین شدهاند و برخی گیاهان نیمهگرمسیری مانند نخلها همچنان حضور دارند.
مدل و دادهها نشان میدهند که مناطق با عرض جغرافیایی بالا میتوانند سازگار شوند و حتی بهرهوری خود را افزایش دهند (یعنی جذب و ذخیرهسازی دیاکسید کربن) در شرایط آب و هوای گرمتر.
نگاهی به آینده
اختلال در پوشش گیاهی در طول PETM ممکن است بهدلیل کاهش توانایی گیاهان و خاکها در جذب و ذخیرهٔ کربن، جداسازی کربن زمینی را به مدت ۷۰٬۰۰۰ تا ۱۰۰٬۰۰۰ سال کاهش داده باشد.
پژوهش ما نشان میدهد که پوشش گیاهی که توانایی بیشتری برای تنظیم آب و هوا دارد، بازگشت طولانیتری میطلبد و این موضوع به طولانی شدن دورهٔ گرم شدن کمک کرده است.
گرمایش جهانی بیش از ۴ درجه سانتیگراد، توانایی سازگاری پوشش گیاهی میانهٔ عرض جغرافیایی را در دورهٔ PETM پشت سر گذاشت. گرم شدن ناشی از فعالیتهای انسانی اکنون دهبرابر سریعتر رخ میدهد که زمان سازگاری را بیشتر محدود میکند.
آنچه ۵۶ میلیون سال پیش روی زمین رخ داد، نیاز به درک ظرفیت سیستمهای زیستی برای همگام شدن با تغییرات سریع آب و هوا و حفظ جداسازی کارآمد کربن را برجسته میکند.