Ископаемые листья показывают высокий уровень углерода в атмосфере, который спровоцировал «глобальное озеленение» древних

Ученые, изучающие листья леса возрастом 23 миллиона лет, впервые связали высокий уровень углекислого газа в атмосфере с ускоренным ростом растений и жарким климатом того времени. Открытие добавляет к пониманию того, как рост CO2 нагревает землю и как динамика жизни растений может измениться в течение десятилетий, когда уровни CO2 могут точно отражать уровни далекого прошлого.

Ученые извлекли листья из уникального бывшего дна новозеландского озера, где хранятся останки растений, рыб, пауков, жуков, мух, грибов и других живых существ теплого периода, известного как ранний миоцен. Ученые давно постулировали, что в то время уровень CO2 был высоким и что некоторые растения могли собирать его более эффективно для фотосинтеза. Это первое исследование, показывающее, что эти вещи на самом деле происходили в тандеме. Эти результаты были опубликованы на этой неделе в журнале климат прошлого.

«Удивительно то, что эти листья в основном мумифицированы, поэтому у нас есть их первоначальный химический состав, и мы можем увидеть все их прекрасные особенности под микроскопом», - сказал ведущий автор Таммо Райхгельт , научный сотрудник обсерватории Земли Ламонт-Доэрти Колумбийского университета и доцент кафедры наук о Земле Университета Коннектикута. «Появились свидетельства того, что тогда уровень CO2 был высоким, но были парадоксы».

Так называемый «эффект углеродного удобрения» имеет огромное значение. Лабораторные и полевые эксперименты показали, что при повышении уровня CO2 многие растения увеличивают скорость фотосинтеза, потому что они могут более эффективно удалять углерод из воздуха и при этом экономить воду. Действительно, исследование 2016 года, основанное на спутниковых данных НАСА, показывает эффект «глобального озеленения», в основном из-за повышения уровня антропогенного СО2 за последние десятилетия; Примерно с 1980 года от четверти до половины покрытых растительностью земель планеты увеличилось количество листьев на деревьях и растениях. Ожидается, что этот эффект будет продолжаться по мере повышения уровня CO2.

Это может показаться хорошей новостью, но на самом деле все гораздо сложнее. Повышенное поглощение CO2 не приблизится к компенсации того, что люди выбрасывают в воздух. Не все растения могут воспользоваться этим преимуществом, и у тех, кто это делает, результаты могут варьироваться в зависимости от температуры и наличия воды или питательных веществ. И есть свидетельства того, что, когда некоторые основные сельскохозяйственные культуры фотосинтезируют более быстро, они поглощают относительно меньше кальция, железа, цинка и других минералов, жизненно важных для питания человека. Поскольку большая часть современной растительной жизни развивалась в мире с умеренным климатом и низким уровнем выбросов CO2, некоторые естественные и сельскохозяйственные экосистемы могут быть нарушены более высокими уровнями CO2, а также повышением температуры и изменением количества осадков, которые они приносят. «Остается только догадываться, как все закончится», - сказал Райхгельт. «Это еще один уровень стресса для растений. Для кого-то это может быть здорово,

Месторождение находится в небольшом давно потухшем вулканическом кратере, который сейчас находится на ферме недалеко от города Данидин на юге Новой Зеландии. Кратер диаметром около километра когда-то содержал изолированное озеро, которое постепенно заполнялось слоями материала из окружающей среды. Геологический объект был признан только в течение последних 15 лет; ученые окрестили его Фулден-Мааром. Признавая его как научную золотую жилу, они с тех пор изучают его. Некоторые также борются с фактической горнодобывающей компанией, которая хочет лишить месторождения кормов для скота .

В новом исследовании исследователи взяли образцы из керна 2009 года, который пробил 100 метров почти до дна ныне высохшего дна озера. Между беловатыми годичными слоями богатых кремнеземом водорослей, цветущих каждую весну в течение 120 000 лет, расположены чередующиеся черноватые слои органического вещества, которые выпадали в другие сезоны. К ним относятся бесчисленные листья субтропического вечнозеленого леса. Они настолько хорошо сохранены, что ученые могут видеть микроскопические прожилки и устьица - поры, через которые листья впитывают воздух и одновременно выделяют воду во время фотосинтеза. В отличие от большинства окаменелостей, листья также сохраняют свой первоначальный химический состав. Это единственное известное месторождение в Южном полушарии, которое сохранилось намного лучше, чем несколько подобных месторождений, известных на севере.

Миоцен долгое время вводил в заблуждение исследователей палеоклимата. Считается, что средние глобальные температуры были на 3–7 градусов Цельсия выше, чем сегодня, и лед в значительной степени исчез на полюсах. Тем не менее, многие косвенные данные, в основном полученные из морских организмов, предполагают, что уровни CO2 составляли всего около 300 частей на миллион - аналогично уровням доиндустриальных времен, но недостаточно для объяснения такого потепления. Имея доказательства неуловимого высокого уровня CO2, ученые предположили, что предыдущие косвенные измерения должны быть отключены.

На основе нового исследования и предыдущего, связанного с ним.также в Фоулден-Мааре исследователи смогли решить эту загадку. Они проанализировали изотопы углерода в листьях полдюжины видов деревьев, обнаруженных на разных уровнях месторождения. Это помогло им сосредоточиться на содержании углерода в атмосфере в то время. Они также проанализировали геометрию устьиц листьев и другие анатомические особенности и сравнили их с современными листьями. Объединив все данные в модель, они обнаружили, что содержание CO2 в атмосфере составляло не 300 частей на миллион, а около 450 - хорошее совпадение с данными о температуре. Во-вторых, они показали, что деревья очень эффективно всасывают углерод через устьица без утечки большого количества воды по одному и тому же маршруту - фактор, который должны учитывать все растения. Это позволило им расти на маргинальных территориях, которые в противном случае были бы слишком засушливыми для лесов.

Выбросы человека в настоящее время увеличили уровень CO2 примерно до 415 частей на миллион, а к 2040 году они почти наверняка достигнут 450 - идентично тем, которые испытали лес Фоулден-Маар. Оценки результирующего повышения температуры в течение десятилетий и столетий различаются, но новое исследование предполагает, что большинство из них приблизительное.

«Все это совпадает, все имеет смысл», - сказал соавтор исследования Уильям Д'Андреа , ученый-палеоклимат из Ламонт-Доэрти. Помимо демонстрации того, как растения могут напрямую реагировать на CO2, «это должно дать нам больше уверенности в том, как температура будет изменяться в зависимости от уровня CO2», - сказал он.

Соавтор исследования Дафна Ли , палеонтолог из новозеландского университета Отаго, возглавила исследование богатой экосистемы Фоулден-Маара после того, как она стала известна. Совсем недавно она стала неожиданным защитником маара, когда компания с владельцами в Малайзии и Соединенном Королевстве объявила о планах разминирования месторождения для использования в качестве кормовой добавки для свиней, уток и других интенсивно выращиваемых животных. Вероятно, еще предстоит сделать еще много открытий, и ученые пришли в ужас и объединились с местными жителями, которые боялись шума и пыли. Городской совет Данидина сейчас рассматривает возможность покупки земли, чтобы защитить ее.