Was uns alte Pollen über den zukünftigen Klimawandel verraten

Vor etwa 56 Millionen Jahren durchlief das Klima der Erde einen großen klimatischen Wandel. Eine enorme Freisetzung von Kohlenstoff in den Ozean und die Atmosphäre erhöhte die atmosphärische Kohlendioxidkonzentration (CO2) – was einen Anstieg der Temperaturen um 5 bis 8 °C und einen Anstieg des Meeresspiegels bedeutete.

Klingt bekannt?

Dieses Ereignis, das als Paläozän-Eozän-Thermalmaximum (PETM) bezeichnet wird, ereignete sich im Laufe von einigen Zehntausend Jahren, aber die Ursachen und Folgen dieses Übergangs werden immer noch umfassend diskutiert.

Einige der vermuteten Ursachen für die enorme Kohlenstofffreisetzung sind massive vulkanische Aktivitäten im Nordatlantik, die plötzliche Freisetzung von Methan aus dem Meeresboden oder das Schmelzen von Permafrost oder Torf in der Antarktis.

Beweise für das PETM stammen hauptsächlich aus alten Meeressedimenten, aber wenn wir aus dieser Zeit lernen wollen, was als Folge unserer aktuellen Klimakrise passieren könnte, müssen wir auch verstehen, was an Land passiert ist.

Bisher sind nur wenige Informationen darüber verfügbar, wie das PETM-Klima das Leben an Land verändert hat, daher hat unser Forschungsteam global verteilte fossile Pollen verwendet, die in alten Felsen konserviert sind, um zu rekonstruieren, wie sich die Landvegetation und das Klima in diesem Zeitraum verändert haben.

Unsere neue Forschung, die von mir und Dr. Scott Wing in der Abteilung für Paläobiologie des Smithsonian National Museum of Natural History geleitet und in der Zeitschrift veröffentlicht wurde Paläozeanographie und Paläoklimatologie, zeigt, dass ein Anstieg der Konzentration von atmosphärischem CO2 eine wichtige Rolle bei der Veränderung des Erdklimas und der Pflanzenwelt gespielt hat.

Einen ähnlichen Anstieg könnten wir in den kommenden Jahrhunderten durch anthropogene (also vom Menschen verursachte) CO2-Anstiege erleben.

Um zu verstehen, wie sich die terrestrische Vegetation in dieser Zeit verändert und bewegt hat, haben wir einen kürzlich entwickelten Ansatz verwendet, der auf fossilen Pollen basiert, die in alten Gesteinsablagerungen konserviert sind. Es nutzt das unterschiedliche, artspezifische Aussehen von Pollenkörnern, die mit einem Mikroskop beobachtet werden.

Das ausgeprägte Erscheinungsbild von Pollen hat sich entwickelt, um die von Pflanzen angewandten Bestäubungsstrategien zu unterstützen. Da jede Art einzigartige Pollen hat, können wir fossile Pollen mit modernen Pollen vergleichen, um eine Übereinstimmung zu finden – solange die Pflanzenfamilie nicht ausgestorben ist.

Dadurch lassen sich fossile Pollen sicher zahlreichen modernen Pflanzenfamilien zuordnen. Jede dieser modernen Pflanzen hat spezifische klimatische Anforderungen, und wir gehen davon aus, dass ihre alten Verwandten ein ähnliches Klima benötigten.

Um dieser Annahme mehr Vertrauen zu verleihen, haben wir Daten von Pflanzengruppen vermieden, von denen wir wussten, dass sie sich nach dem PETM entwickelt haben, da sich diese Arten möglicherweise nicht in denselben Klimapräferenzen niedergelassen haben, die sie heute haben.

Pollen, der seit Millionen von Jahren in Felsen konserviert ist, ermöglicht es uns, sowohl alte Blumengemeinschaften als auch vergangene Klimazonen zu rekonstruieren.

Zum ersten Mal haben wir diesen Ansatz weltweit auf fossile Proben von 38 PETM-Standorten von allen Kontinenten außer der Antarktis angewendet. Diese neue Pollenanalyse zeigt, dass sich die PETM-Pflanzengemeinschaften von den Prä-PETM-Pflanzengemeinschaften an denselben Standorten unterscheiden.

Diese Verschiebungen in der Blütenzusammensetzung aufgrund massiver Pflanzenwanderungen weisen darauf hin, dass die Veränderungen der Vegetation als Folge des Klimawandels global waren, obwohl die beteiligten Pflanzenarten von Region zu Region unterschiedlich waren.

Wenn wir von Pflanzenmigration sprechen, meinen wir Pflanzenbewegung, da die ausgestreuten Samen an einem Ort und Klima besser wachsen als an einem anderen – in diesem Fall in höheren, kühleren Breiten gegenüber niedrigeren, wärmeren.

Pflanzen können jedes Jahr über 500 Meter wandern, also können sie über Tausende von Jahren riesige Entfernungen zurücklegen.

Beispielsweise wurden auf der Nordhalbkugel die kahlen Zypressensümpfe von Wyoming in den USA plötzlich durch von Palmen dominierte, saisonal trockene subtropische Wälder ersetzt. Ebenso wurden in der südlichen Hemisphäre feucht-gemäßigte Podocarp-Wälder durch Wälder mit subtropischen Palmen ersetzt.

Wir haben jeder Art eine klimatische Kategorie zugeordnet, die als Köppen-Klimatyp bezeichnet wird. Beispiele hierfür sind tropischer Regenwald, trockene Wüste, gemäßigter heißer Sommer und polare Tundra.

Dies sagt uns, dass das PETM wärmeres und feuchteres Klima in Richtung der Pole in beiden Hemisphären brachte, aber wärmeres und saisonal trockeneres Klima in den mittleren Breiten.

Um das geografische Ausmaß dieser Verschiebungen zu untersuchen, arbeiteten wir mit Dr. Christine Shields vom US National Center for Atmospheric Research und Dr. Jeffrey Kiehl von der University of California zusammen, um Klimamodellsimulationen durchzuführen.

Die zur Erstellung dieser Simulationen verwendeten Daten wurden vom Community Earth System Model (Version CESM1.2) abgeleitet.

Diese Simulationen stimmten eng mit den Klimadaten überein, die wir in Pollen gefunden haben, einschließlich der Ausdehnung des gemäßigten Klimas auf Kosten der kalten Klimatypen in Richtung der Pole sowie der Ausdehnung des gemäßigten und tropischen Klimas in den mittleren Breiten.

Wenn also unser derzeitiger CO2-Gehalt weiter ansteigt, sich der Permafrost erwärmt und schmilzt, wodurch mehr gespeicherter Kohlenstoff in die Atmosphäre freigesetzt werden könnte, als dies möglicherweise vor 56 Millionen Jahren der Fall war, werden wir erneut diese Massenverschiebungen in der Vegetation als Reaktion auf dramatische Veränderungen erleben lokale Klimabedingungen.

Wie gut die Vegetation wandern kann, hängt von vielen Faktoren ab, darunter die Geschwindigkeit des Klimawandels und die Verfügbarkeit geeigneter Wandergebiete für diese Pflanzen.

Wo die Pflanzen hingehen, werden auch die Tiere, die sich auf sie verlassen (wenn sie können) – vielleicht in einigen Fällen auch Menschen.

Das Verständnis dieser massiven Verschiebung auf unserem Planeten, die als Folge eines sich erwärmenden Klimas kam, gibt uns einen Einblick in unsere potenzielle Zukunft. Sind wir bereit, unsere Heimat physisch zu verlassen, wie es diese alten Wälder taten, um uns an den Klimawandel anzupassen, oder können wir jetzt zusammenarbeiten, um die nachteiligen Folgen einer sich erwärmenden Welt zu vermeiden?