Dávno předtím, než se objevili lidé, rostliny tiše, ale účinně udržovaly koloběh uhlíku na Zemi v chodu. Absorbovali oxid uhličitý, ukládali ho ve svých tkáních, a když zemřeli, tento uhlík tam zůstal zachován v horninách.
Při rekonstrukci stavu atmosféry před miliony let se vědci po dlouhou dobu spoléhali na data z oceánů. Mořské fosilie, fragmenty skořápek, sedimentární vrstvy. Toto je určitě spolehlivý zdroj. Ale má limity. Detailnost dat se zhoršuje po středním eocénu, přibližně před 45 miliony let. A do této chvíle? Záznam prakticky zmizí.
To je místo, kde nový přístup od výzkumníků z University of Michigan mění hru. Analýzou fosilií rostlin z Wyomingu otevřeli Nathan Sheldon a Katharina King dveře do starověku. Ukázali, že fosílie rostlin mohou spolehlivě odrážet stav minulé atmosféry : nejde jen o teorii, ale o měřitelnou a přesnou metodu.
vodítko: Uhlík-13 jako vodítko
Hlavní klíč zde nespočívá v rostlinách samotných, ale v izotopech. Konkrétně v delta uhlíku-13 (δ¹³C).
Carbon-12 je lehčí a Carbon-13 je těžší. Během fotosyntézy rostliny preferují lehčí izotop. Proto poměr těchto dvou typů uhlíku ve fosilním listu vypráví svůj vlastní příběh. Posun v tomto poměru odráží, jak se uhlík pohyboval v globálním uhlíkovém cyklu. Jedná se o druh zařízení pro měření toků uhlíku.
Pro tyto účely výzkumníci tradičně používali markery mořského původu. Oceánské sedimenty, schránky foraminifer. Tyto záznamy sahají do období křídy, asi před 145 miliony let. Signál se ale stává hlučným. Data trpí nízkou podrobností. Obrázek nevidíme jasně. Navíc nemůžeme s jistotou znovu vytvořit starověká data.
Tento problém je kritický. Doba mezi vyhynutím dinosaurů (K-Pg) a moderní dobou přináší ponaučení pro naši současnou klimatickou krizi. Paleocén a eocén zaznamenaly skoky v globálním oteplování, které vypadají děsivě povědomě. Pokud chceme předpovědět, kam jdeme, musíme pochopit, jak fungoval uhlíkový cyklus, když byla planeta horká.
Ale bez dobrých dat letíme naslepo.
Wyoming Time Capsule
Sheldon, King a jejich tým prováděli vykopávky v Gobback Basin (Wyoming). Neomezili se na povrchní kontrolu. Šli metry hluboko a získávali vzorky z hornin starých 50 až 60 milionů let. To je řadí přímo do pozdního paleocénu a raného eocénu.
Extrahovali suchozemský organický materiál a analyzovali jej na obsah δ¹³C.
Logika je jednoduchá, ale silná. Rostliny zachycují CO₂ ze vzduchu. Pokud měl vzduch určitý izotopový „podpis“, rostliny to odrážejí. Když jsou tyto rostliny fosilizovány, tento podpis zůstane. Toto je přímé spojení s tokem atmosférického uhlíku v tomto konkrétním bodě geologického času.
Ale odpovídalo to údajům o moři? Nebo to byl jen místní hluk?
Vědci porovnali své pozemské záznamy s globálními pozemskými záznamy nalezenými v literatuře. Poté zkontrolovali všechna data s mořskými fosiliemi z kenozoické éry, které sahají 66 milionů let zpět. Potřebovali pochopit, zda jsou pozemské rostliny platným markerem atmosférického δ¹³C v globálním měřítku.
Výsledek byl úžasný.
Spojení v geologickém čase
Hodnoty atmosférického δ¹³C rekonstruované z rostlin ve Wyomingu se těsně shodovaly s hodnotami získanými ze starých mořských organismů.
Nejedná se o okrajovou korelaci. Toto je validace. Bylo prokázáno, že fosílie rostlin dokážou spolehlivě rekonstruovat dávné atmosférické podmínky s přesností srovnatelnou s oceánskými záznamy. A protože rostliny existovaly dávno předtím, než moderní mořské markery začaly poskytovat jasná data, tato metoda výrazně rozšiřuje náš chronologický obzor.
Tým se zabýval podrobnostmi, aby pochopil, co se stalo s klimatem během těchto směn. Porovnali rekonstruované hodnoty se základní linií.
Hlavním zdrojem uhlíku jsou sopky, které jej uvolňují při stabilním δ¹³C přibližně -5,4‰.
Asi před 53 miliony let (eocén) měla atmosféra hodnotu -6,30‰. Je to dole. To znamená, že ve vzduchu byl přebytek lehkého uhlíku-12. Více lehkého uhlíku obecně koreluje s vyššími teplotami. Planeta byla horká.
Podívejme se do pozdního paleocénu, asi před 57 miliony let. Hodnota se změnila na -4,37‰. Vyšší. Těžší. To naznačuje, že lehký uhlík byl někde nahromaděn a pohřben – pravděpodobně v oceánech nebo sedimentárních horninách. Odstranění lehkého uhlíku zanechalo těžké izotopy v atmosféře. Čistý efekt? Chladící klima.
Oba záznamy, pevnina i moře, vykazovaly stejný posun. V práci probíhal obecný proces. Globální toky uhlíku určovaly teplotní změny. Obě rostliny a plankton vyprávěly stejný příběh.
Potíže se srážkami
Ne všechno šlo hladce. Tým si všiml zvláštnosti při srovnávání dat z Wyomingu s jinými weby po celém světě.
Výsledky se lišily v závislosti na srážkách.
Místa, která byla v minulosti vlhčí, vykazovala data s méně těžkým uhlíkem. Sušší lokality, včetně Gobback Basin, byly v souladu s očekávanými hodnotami odvozenými z údajů o mořích.
Proč na srážkách záleží? Je to pravděpodobně proto, že dostupnost vody ovlivňuje, jak rostliny absorbují uhlík a jak se organická hmota rozkládá před pohřbem. Pokud se nacházíte ve vlhkém prostředí, signál bude zředěný nebo zkreslený.
Vědci toto omezení objasňují. Aby vědci získali přesná měřítka toho, jak zkamenělé rostliny odrážejí tok uhlíku, musí vzít v úvahu srážky. Mokré oblasti mohou vyžadovat úpravy nebo vyloučení z určitých modelů.
Ale to neničí metodu. Vyjasňuje to.
Proč je to teď důležité
„Navrhujeme metodu, jak porozumět zdrojům a propadům CO₂ během života rostlin,“ napsali Sheldon a King.
To je velké prohlášení.
V současné době se při sledování uhlíkového cyklu v kenozoiku a druhohorách spoléháme na mořské záznamy. Tyto záznamy jsou ale v některých časových oknech řídké. Mají omezení. Jsou tam mezery.
Tento nový přístup využívající fosilie rostlin může tyto mezery vyplnit. Doplňuje údaje o mořích. Funguje v oblastech s nedostatkem dat. A co je důležité, umožňuje provádět rekonstrukce pro období, kdy námořní značky prostě nejsou k dispozici.
Čelíme bezprecedentním změnám koncentrací CO₂ v atmosféře. Pochopení mechanismů minulosti se stalo více než jen akademickým zájmem. Toto je dovednost přežití. Potřebujeme vědět, jak planeta reagovala, když hladina uhlíku vzrostla. Potřebujeme vědět, kam se přebytečné teplo podělo. A nyní, díky zkamenělým listům Wyomingu, máme jasnější mapu hluboké minulosti.
Rostliny si pamatují. Jen je musíme správně „číst“.
