Ongeveer 56 miljoen jaar geleden onderging het klimaat op aarde een grote klimaattransitie. Een enorme uitstoot van koolstof in de oceaan en de atmosfeer verhoogde atmosferische koolstofdioxide (CO₂ ) concentraties - wat betekende dat de temperatuur met 5 tot 8 ° C steeg en de zeespiegel steeg.

Klinkt bekend?

Deze gebeurtenis, het Paleoceen-Eoceen Thermal Maximum (PETM) genoemd, vond plaats in de loop van enkele tienduizenden jaren, maar over de oorzaken en gevolgen van deze overgang wordt nog steeds veel gedebatteerd.

Enkele van de veronderstelde oorzaken van de enorme hoeveelheid koolstof die vrijkomt, zijn onder meer enorme vulkanische activiteit in de Noord-Atlantische Oceaan, het plotseling vrijkomen van methaan uit de oceaanbodem of het smelten van permafrost of turf op Antarctica.

Bewijs voor PETM is voornamelijk afkomstig van oude mariene sedimenten, maar als we uit deze periode willen leren wat er kan gebeuren als gevolg van onze huidige klimaatveranderingscrisis, moeten we ook begrijpen wat er op het land is gebeurd.

Tot op heden is er weinig informatie beschikbaar over hoe het PETM-klimaat het leven op het land veranderde, dus ons onderzoeksteam gebruikte wereldwijd verspreid fossiel stuifmeel dat bewaard is gebleven in oude rotsen om te reconstrueren hoe de terrestrische vegetatie en het klimaat in deze periode veranderden.

Ons nieuwe onderzoek, geleid door mijzelf en Dr. Scott Wing van de afdeling Paleobiologie van het Smithsonian's National Museum of Natural History en gepubliceerd in het tijdschrift Paleoceanography and Paleoclimatology, toont aan dat een toename van de concentratie van atmosferisch CO₂ speelde een belangrijke rol bij het veranderen van het klimaat en het plantenleven op aarde.

Een vergelijkbare toename zouden we in de komende eeuwen kunnen zien als gevolg van antropogene (dat wordt veroorzaakt door de mens) toename van CO₂ .

Om te begrijpen hoe terrestrische vegetatie in deze periode veranderde en bewoog, gebruikten we een recent ontwikkelde benadering op basis van fossiel stuifmeel dat bewaard is gebleven in oude rotsafzettingen. Het maakt gebruik van het duidelijke, soortspecifieke uiterlijk van stuifmeelkorrels die met een microscoop zijn waargenomen.

Het duidelijke uiterlijk van stuifmeel is geëvolueerd om te helpen bij bestuivingsstrategieën die door planten worden gebruikt. Omdat elke soort uniek stuifmeel heeft, betekent dit dat we fossiel stuifmeel kunnen vergelijken met modern stuifmeel om een ​​match te vinden, zolang de plantenfamilie niet is uitgestorven.

Als gevolg hiervan kan fossiel stuifmeel met vertrouwen worden toegewezen aan tal van moderne plantenfamilies. Elk van deze moderne planten heeft specifieke klimatologische eisen en we gaan ervan uit dat hun oude verwanten een soortgelijk klimaat nodig hadden.

Om meer vertrouwen te geven aan deze veronderstelling, hebben we gegevens vermeden van plantengroepen waarvan we wisten dat ze waren geëvolueerd na het PETM, omdat deze soorten zich misschien niet in dezelfde klimaatvoorkeur hebben gevestigd als ze nu hebben.

Stuifmeel dat tientallen miljoenen jaren in rotsen is bewaard, stelt ons in staat om zowel oude bloemengemeenschappen als vroegere klimaten te reconstrueren.

Voor het eerst hebben we deze aanpak wereldwijd toegepast op fossiele monsters van 38 PETM-locaties van elk continent behalve Antarctica. Deze nieuwe pollenanalyse laat zien dat de PETM-plantengemeenschappen verschillen van pre-PETM-plantengemeenschappen op dezelfde locaties.

Deze verschuivingen in bloemensamenstelling, als gevolg van massale plantenmigraties, geven aan dat veranderingen in vegetatie als gevolg van klimaatverandering wereldwijd waren, hoewel de betrokken soorten planten per regio verschilden.

Als we plantenmigratie zeggen, bedoelen we plantenbewegingen, omdat de zaden die verspreid worden op de ene plaats en in het klimaat beter groeien dan in een andere - in dit geval op hogere, koelere breedtegraden dan lagere, warmere.

Planten kunnen elk jaar meer dan 500 meter migreren, dus over duizenden jaren kunnen ze enorme afstanden afleggen.

Op het noordelijk halfrond werden bijvoorbeeld de moerascipresmoerassen van Wyoming in de VS plotseling vervangen door door palmen gedomineerde, seizoensgebonden droge subtropische bossen. Evenzo werden op het zuidelijk halfrond nat-gematigde podocarp-bossen vervangen door bossen met subtropische palmen.

We hebben elke soort een categorie toegewezen op basis van het klimaat, een Köppen-klimaattype genoemd. Voorbeelden hiervan zijn tropisch regenwoud, dorre woestijn, gematigd hete zomers en pooltoendra.

Dit vertelt ons dat het PETM warmere en nattere klimaten naar de polen op beide halfronden bracht, maar warmere en meer seizoensgebonden droge klimaten naar de middelste breedtegraden.

Om de geografische omvang van deze verschuivingen te onderzoeken, hebben we samengewerkt met Dr. Christine Shields van het US National Center for Atmospheric Research en Dr. Jeffrey Kiehl van de University of California om simulaties van klimaatmodellen uit te voeren.

De gegevens die zijn gebruikt om deze simulaties te maken, zijn afgeleid van het Community Earth System Model (versie CESM1.2).

Deze simulaties kwamen nauw overeen met de klimaatgegevens die we in pollen vonden, inclusief de uitbreiding van gematigde klimaten ten koste van koude klimaattypes naar de polen, evenals de uitbreiding van gematigde en tropische klimaten op de middelste breedtegraden.

Dus, als onze huidige CO₂ niveaus blijven stijgen, de permafrost opwarmt en smelt, waardoor meer opgeslagen koolstof aan de atmosfeer zou kunnen vrijkomen, zoals 56 miljoen jaar geleden, zullen we deze massale verschuivingen in vegetatie opnieuw zien als reactie op dramatische veranderingen in lokale klimaatomstandigheden.

Hoe goed de vegetatie kan migreren, hangt af van vele factoren, waaronder de snelheid van klimaatverandering en de beschikbaarheid van geschikte migratiegebieden voor deze planten.

Waar de planten naartoe gaan, zullen ook de dieren die erop vertrouwen (als ze dat kunnen) - misschien in sommige gevallen ook mensen.

Understanding this massive shift on our planet that came as a result of a warming climate gives us an insight into our potential future. Are we prepared to physically move from our homes, like these ancient forests did, to adapt to climate change or can we work together now to avoid the adverse consequences of a warming world?