Wetenschappers die bladeren van een 23 miljoen jaar oud bos bestuderen, hebben voor het eerst een verband gelegd tussen hoge niveaus van koolstofdioxide in de atmosfeer en een verhoogde plantengroei. en het warme klimaat van de tijd. De bevinding draagt ​​bij aan het begrip van hoe stijgende CO ₂ verwarmt de aarde, en hoe de dynamiek van het plantenleven binnen tientallen jaren zou kunnen veranderen, wanneer CO ₂ niveaus kunnen sterk overeenkomen met die van het verre verleden.

Wetenschappers hebben de bladeren teruggevonden van een unieke, eenmalige meerbedding in Nieuw-Zeeland die de overblijfselen van planten bevat, algen, spinnen, kever, vliegen, schimmels en andere levende wezens uit een warme periode die bekend staat als het vroege Mioceen. Wetenschappers hebben lang gepostuleerd dat CO ₂ was toen hoog, en sommige planten zouden het efficiënter kunnen oogsten voor fotosynthese. Dit is de eerste studie die aantoont dat die dingen echt tegelijk gebeurden. De bevindingen werden deze week gepubliceerd in het tijdschrift Klimaat van het verleden .

"Het verbazingwekkende is dat deze bladeren in feite gemummificeerd zijn, dus we hebben hun originele chemische samenstellingen, en al hun fijne eigenschappen onder een microscoop kunnen zien, " zei hoofdauteur Tammo Reichgelt, een adjunct-wetenschapper aan de Lamont-Doherty Earth Observatory van Columbia University en assistent-professor in de geowetenschappen aan de University of Connecticut. "Er is bewijs dat CO ₂ was toen hoog, maar er zijn paradoxen geweest."

Het zogenaamde "koolstofbemestingseffect" heeft enorme gevolgen. Lab- en veldexperimenten hebben aangetoond dat wanneer CO ₂ niveaus stijgen, veel planten verhogen hun snelheid van fotosynthese, omdat ze koolstof efficiënter uit de lucht kunnen halen, en bespaar daarbij water. Inderdaad, een onderzoek uit 2016 op basis van NASA-satellietgegevens toont een "global greening"-effect, voornamelijk als gevolg van stijgende niveaus van door de mens veroorzaakte CO ₂ de afgelopen decennia; een kwart tot de helft van de begroeide gronden van de planeet hebben sinds ongeveer 1980 een toename van het bladvolume op bomen en planten gezien. Het effect zal naar verwachting aanhouden als CO ₂ niveaus stijgen.

Dit lijkt misschien goed nieuws, maar de werkelijkheid is complexer. Verhoogde CO ₂ absorptie zal niet in de buurt komen van het compenseren van wat mensen in de lucht gieten. Niet alle planten kunnen profiteren, en onder degenen die dat wel doen, de resultaten kunnen variëren afhankelijk van temperatuur en beschikbaarheid van water of voedingsstoffen. En, er zijn aanwijzingen dat wanneer sommige belangrijke gewassen sneller fotosynthetiseren, ze nemen relatief minder calcium op, ijzer, zink en andere mineralen die essentieel zijn voor de menselijke voeding. Omdat een groot deel van het huidige plantenleven zich ontwikkelde in een gematigde, CO-arm ₂ wereld, sommige natuurlijke en agrarische ecosystemen kunnen op hun kop worden gezet door een hogere CO ₂ niveaus, samen met de stijgende temperaturen en verschuivingen in neerslag die ze met zich meebrengen. "Hoe het uitpakt, is een raadsel, "zei Reichgelt. "Het is een extra laag stress voor planten. Voor sommigen is het misschien geweldig, en verschrikkelijk voor anderen."

Het depot bevindt zich in een kleine, lang uitgestorven vulkanische krater nu gelegen op een boerderij in de buurt van de zuidelijke stad Dunedin in Nieuw-Zeeland. de krater, ongeveer een kilometer breed, had ooit een geïsoleerd meer waar opeenvolgende lagen sedimenten waren opgebouwd uit de omgeving. De functie werd pas in de afgelopen 15 jaar erkend; wetenschappers noemden het Foulden Maar. Erkennend dat het een wetenschappelijke goudmijn is, ze hebben het sindsdien bestudeerd. Sommigen hebben ook gevochten tegen een echt mijnbouwbedrijf dat de aanbetaling voor veevoer wil strippen.

In de nieuwe studie de onderzoekers namen monsters van een boorkern uit 2009 die 100 meter doordrong tot in de buurt van de bodem van de nu droge bodem van het meer. Gelardeerd tussen witachtige jaarlijkse lagen silicarijke algen die elk voorjaar 120 bloeiden, 000 jaar wisselen zwartachtige lagen organisch materiaal af die in andere seizoenen zijn ingevallen. Deze omvatten talloze bladeren uit een subtropisch groenblijvend bos. Ze zijn zo perfect bewaard gebleven dat wetenschappers microscopisch kleine aderen en huidmondjes kunnen zien, de poriën waardoor bladeren lucht opnemen en tegelijkertijd water afgeven tijdens fotosynthese. In tegenstelling tot de meeste fossielen, de bladeren behouden ook hun oorspronkelijke chemische samenstelling. Het is de enige bekende afzetting op het zuidelijk halfrond, en veel beter bewaard gebleven dan de weinige soortgelijke die uit het noorden bekend zijn.

Het Mioceen is lange tijd een bron van verwarring geweest voor paleoklimaatonderzoekers. Men denkt dat de gemiddelde temperatuur op aarde 3 tot 7 graden hoger was dan vandaag, en ijs grotendeels verdwenen aan de polen. Toch veel volmachten, voornamelijk afkomstig van mariene organismen, hebben voorgesteld CO ₂ niveaus waren slechts ongeveer 300 delen per miljoen - vergelijkbaar met die van de pre-industriële menselijke tijd, en niet genoeg om een ​​dergelijke opwarming te verklaren. Met bewijs van hoge CO ₂ onaantastbaar, wetenschappers hebben gespeculeerd dat eerdere proxy-metingen uitgeschakeld moeten zijn.

Op basis van de nieuwe studie en een verwante eerdere studie ook op Foulden Maar, de onderzoekers waren in staat om op dit raadsel te komen. Ze analyseerden de koolstofisotopen in bladeren van een half dozijn boomsoorten die op verschillende niveaus in de afzetting werden aangetroffen. Dit hielp hen op dat moment het koolstofgehalte van de atmosfeer in te schatten. Ze analyseerden ook de geometrie van de huidmondjes van de bladeren en andere anatomische kenmerken, en vergeleek deze met moderne bladeren. Door alle gegevens te combineren in een model, ze vonden dat atmosferische CO ₂ was geen 300ppm, maar ongeveer 450 - een goede match voor de temperatuurgegevens. Tweede, ze toonden aan dat de bomen superefficiënt waren in het opzuigen van koolstof via de huidmondjes, zonder veel water via dezelfde route te laten lekken - een factor waar alle planten rekening mee moeten houden. Hierdoor konden ze groeien in marginale gebieden die anders te droog zouden zijn voor bossen. De onderzoekers zeggen dat deze hogere efficiëntie zeer waarschijnlijk werd weerspiegeld in bossen op de noordelijke gematigde breedtegraden, met hun veel grotere landmassa's.

Menselijke uitstoot heeft nu CO . geduwd ₂ niveaus tot ongeveer 415 delen per miljoen, en ze zullen tegen 2040 vrijwel zeker 450 bereiken - identiek aan die van het Foulden Maar-bos. Schattingen van de resulterende temperatuurstijgingen over decennia en eeuwen variëren, maar de nieuwe studie suggereert dat de meeste zich in de marge bevinden.

"Het past allemaal bij elkaar, het is allemaal logisch, " zei studie co-auteur William D'Andrea, een paleoklimaatwetenschapper in Lamont-Doherty. Naast het laten zien hoe planten direct kunnen reageren op CO ₂ , "Dit zou ons meer vertrouwen moeten geven over hoe de temperatuur zal veranderen met CO ₂ niveaus, " hij zei.

Studie co-auteur Daphne Lee, een paleontoloog aan de Nieuw-Zeelandse Universiteit van Otago, leidde de opdracht om het rijke ecosysteem van Foulden Maar te bestuderen nadat het aan het licht kwam. Recenter, ze werd een onverwachte verdediger van het maar, toen een bedrijf met eigenaren in Maleisië en het Verenigd Koninkrijk plannen aankondigde om het depot te ontginnen voor gebruik als toevoegingsmiddel voor voer voor varkens, eenden en andere intensief gehouden dieren. Met nog veel meer ontdekkingen die waarschijnlijk zullen worden gedaan, wetenschappers waren geschokt, en sloten zich aan bij de lokale bevolking die bang was voor lawaai en stof. De gemeenteraad van Dunedin onderzoekt nu de aankoop van het land om het te beschermen.