Oude bosbranden speelden een cruciale rol bij de vorming en verspreiding van graslanden zoals die nu grote delen van de aarde bedekken, volgens wetenschappers van Penn State en het Smithsonian National Museum of Natural History.

Een nieuwe studie koppelt een grote toename van bosbranden bijna 10 miljoen jaar geleden, in het late Mioceen, met een grote verschuiving in de vegetatie op het land, zoals aangegeven door koolstofisotopen van plantenbiomarkers gevonden in het fossielenbestand. Veel voorkomend, seizoensbranden hielpen beboste gebieden om te vormen tot open landschappen, en zorgde voor de uitbreiding van graslanden, aldus de onderzoekers.

Het team ontwikkelde een innovatieve aanpak om de rol van vuur in de opkomst van vroege graslanden te testen. Ze analyseerden sporen van oude bladeren en van verbrand organisch materiaal achtergelaten in paleosolen, of fossiele bodems, in het noorden van Pakistan.

"De hulpmiddelen die we gebruiken zijn moleculen en biomarkers die door organismen in de geschiedenis van de aarde zijn geproduceerd en in gesteenten zijn bewaard. " zei Allison Karp, een afgestudeerde student geowetenschappen aan Penn State en hoofdauteur van het papier. "We kunnen deze gebruiken als aanwijzingen om erachter te komen wat er in het verleden gebeurde met klimaat en ecologie."

De nieuwe techniek heeft brede implicaties als hulpmiddel voor wetenschappers die vragen willen beantwoorden over vroegere vegetatie en klimaatverandering, zei de onderzoeker.

Dit toont aan dat de tool de locatie van een brand kan lokaliseren waar deze is ontstaan, volgens Karp. "In een paleosol-opname leg je echt een geïntegreerd beeld vast van wat er gebeurde toen de grond zich aan het vormen was, " ze zei.

De onderzoekers rapporteerden onlangs hun bevindingen in de Proceedings van de National Academy of Sciences . Katherine Freeman, Evan Pugh University Professor of Geosciences bij Penn State en Karp's adviseur, is co-auteur van de krant.

"Dit is een van de grootste ecologische veranderingen in de afgelopen 66 miljoen jaar, " zei Karp. "Geen van de open graslandsystemen die we vandaag hebben bestond vóór deze overgang. Het was een heel andere wereld, vooral in subtropische plaatsen zoals Pakistan."

Wetenschappers hebben lang de opkomst van C4-graslanden bestudeerd, genoemd naar planten die een nieuwe manier hebben ontwikkeld om met fotosynthese om te gaan, waardoor ze kunnen gedijen in droge, tropische omstandigheden en met lagere hoeveelheden koolstofdioxide. Deze planten omvatten moderne gewassen zoals maïs en suikerriet.

Ooit werd aangenomen dat een daling van het wereldwijde koolstofdioxidegehalte de oorzaak was van de opkomst van C4-graslanden. Meer recent onderzoek heeft aangetoond dat de grassen zich met verschillende snelheden op verschillende continenten verspreiden, wat aangeeft dat regionale factoren, zoals regenpatronen - en mogelijk vuur - speelden een belangrijke rol. Maar er was weinig direct bewijs dat een toename van bosbranden aan deze overgang koppelde.

"We waren geïnteresseerd in het reconstrueren van vuur en de uitbreiding van graslanden in hetzelfde geologische record om te zien of we proxy-bewijs konden vinden van de rol die vuur speelde, "Zei Karp. "We hebben nu een mooie reeks observatiegegevens om te vergelijken met wat de modellen hebben gezegd."

Karp en haar medewerkers gebruikten polycyclische aromatische koolwaterstoffen (PAK's), gevonden in paleosolen, als brandweermannen. PAK's zijn chemicaliën die worden aangemaakt door de verbranding van organisch materiaal zoals hout en planten. Ze komen ook van nature voor in steenkool en ruwe olie.

PAK's vervijfvoudigden in het hele studiegebied, terwijl het bewijs van naaldbomen afnam en uiteindelijk verdween. Het dichtbeboste landschap ontvouwde zich in twee fasen. Ongeveer 10 miljoen jaar geleden, bossen werden vervangen door meer brandgevoelige, open bossen of graslanden, en tussen zes en acht miljoen jaar geleden, C4-graslanden werden dominant op het moment dat de hoeveelheid brandsignaturen sterk toenam.

Moderne brandecologie kan het proces verklaren. Grassen groeien sneller dan bomen na een brand en ze helpen ook om omstandigheden te creëren die rijp zijn voor volgende branden, het bevorderen van open landschappen. In het late Mioceen, natte seizoenen veroorzaakt door moessonomstandigheden stimuleerden de plantengroei, die op zijn beurt meer brandstof creëerde voor branden tijdens hete, droge seizoenen in Pakistan.

"De rol die vuur speelde in de uitbreiding en evolutie van graslandsystemen in de verre tijd is belangrijk omdat inzicht in hoe vuur systemen in het verleden in stand heeft gehouden, ons kan helpen voorspellen wat er in de toekomst met deze belangrijke systemen kan gebeuren als het klimaat blijft veranderen, ' zei Karp.

De nieuwe brandmarkeringsbenadering zou kunnen worden gebruikt om interacties op landschapsschaal tussen vuur en vegetatie voor andere geografische regio's en klimatologische overgangen te onderzoeken, zoals glaciaal-interglaciale overgangen of catastrofale klimaatveranderingen, aldus onderzoekers.