Na długo przed pojawieniem się człowieka rośliny cicho, ale skutecznie podtrzymywały cykl węglowy Ziemi. Pochłaniały dwutlenek węgla, magazynowały go w swoich tkankach, a kiedy umierały, ten węgiel tam pozostał, zakonserwowany w skałach.
Przez długi czas naukowcy opierali się na danych z oceanów, aby odtworzyć stan atmosfery miliony lat temu. Skamieniałości morskie, fragmenty muszli, warstwy osadowe. To na pewno wiarygodne źródło. Ale on ma ograniczenia. Szczegóły danych pogarszają się po połowie eocenu, około 45 milionów lat temu. I do tego momentu? Nagranie praktycznie znika.
W tym miejscu nowe podejście badaczy z Uniwersytetu Michigan zmienia grę. Analizując skamieniałości roślin z Wyoming, Nathan Sheldon i Katharina King otworzyli drzwi do czasów starożytnych. Wykazali, że skamieniałości roślin mogą wiarygodnie odzwierciedlać stan dawnej atmosfery : to nie tylko teoria, ale wymierna i dokładna metoda.
wskazówka: Węgiel-13 jako wskazówka
Główny klucz leży nie w samych roślinach, ale w izotopach. Mianowicie w delta węgiel-13 (δ¹³C).
Węgiel-12 jest lżejszy, a węgiel-13 jest cięższy. Podczas fotosyntezy rośliny preferują lżejszy izotop. Dlatego stosunek tych dwóch rodzajów węgla w skamieniałym liściu opowiada własną historię. Zmiana tego stosunku odzwierciedla sposób, w jaki węgiel przemieszczał się w globalnym cyklu węglowym. Jest to rodzaj urządzenia do pomiaru przepływów węgla.
Tradycyjnie badacze wykorzystywali do tych celów markery pochodzenia morskiego. Osady oceaniczne, muszle otwornic. Zapisy te sięgają okresu kredowego, około 145 milionów lat temu. Ale sygnał staje się głośny. Dane charakteryzują się niską szczegółowością. Nie widzimy obrazu wyraźnie. Co więcej, nie możemy z całą pewnością odtworzyć bardziej starożytnych danych.
Ten problem jest krytyczny. Czas pomiędzy wyginięciem dinozaurów (K-Pg) a czasami współczesnymi niesie ze sobą lekcje na temat naszego obecnego kryzysu klimatycznego. W epoce paleocenu i eocenu nastąpiły gwałtowne wzrosty globalnego ocieplenia, które wyglądają niesamowicie znajomo. Jeśli chcemy przewidzieć, dokąd zmierzamy, musimy zrozumieć, jak funkcjonował obieg węgla, gdy planeta była gorąca.
Ale bez dobrych danych będziemy latać na ślepo.
Kapsuła czasu Wyoming
Sheldon, King i ich zespół przeprowadzili wykopaliska w Gobback Basin (Wyoming). Nie ograniczyli się do powierzchownej inspekcji. Zeszli na głębokość kilku metrów i pobrali próbki ze skał mających od 50 do 60 milionów lat. To plasuje je dokładnie w późnym paleocenie i wczesnym eocenie.
Wyodrębnili lądowy materiał organiczny i przeanalizowali go pod kątem zawartości δ¹³C.
Logika jest prosta, ale potężna. Rośliny wychwytują CO₂ z powietrza. Jeśli powietrze miało określoną „sygnaturę” izotopową, rośliny ją odzwierciedlały. Kiedy rośliny te ulegają skamieniałości, podpis ten pozostaje. Jest to bezpośrednie połączenie ze strumieniem węgla atmosferycznego w tym konkretnym momencie czasu geologicznego.
Ale czy to zgadzało się z danymi morskimi? A może był to po prostu lokalny hałas?
Naukowcy porównali swoje dane naziemne z globalnymi danymi naziemnymi, które można znaleźć w literaturze. Następnie porównali wszystkie dane ze skamieniałościami morskimi z epoki kenozoiku sprzed 66 milionów lat. Musieli zrozumieć, czy rośliny lądowe są ważnym markerem atmosferycznego δ¹³C w skali globalnej.
Rezultat był niesamowity.
Połączenie w czasie geologicznym
Wartości atmosferycznego δ¹³C zrekonstruowane dla roślin z Wyoming były bardzo zbliżone do tych uzyskanych dla starożytnych organizmów morskich.
To nie jest korelacja marginalna. To jest walidacja. Udowodniono, że skamieniałości roślin mogą wiarygodnie odtworzyć starożytne warunki atmosferyczne z dokładnością porównywalną z zapisami oceanicznymi. A ponieważ rośliny istniały na długo przed tym, zanim współczesne markery morskie zaczęły dostarczać jasnych danych, metoda ta znacznie poszerza nasz horyzont chronologiczny.
Zespół wgłębił się w szczegóły, aby zrozumieć, co działo się z klimatem podczas tych zmian. Porównali zrekonstruowane wartości z wartościami wyjściowymi.
Wulkany są głównym źródłem węgla, uwalniając go przy stabilnej temperaturze δ¹³C wynoszącej około -5,4‰.
Około 53 miliony lat temu ( eocen ) wartość atmosfery wynosiła -6,30 ‰. To jest poniżej. Oznacza to, że w powietrzu znajdował się nadmiar lekkiego węgla-12. Więcej lekkiego węgla generalnie koreluje z wyższymi temperaturami. Na planecie było gorąco.
Spójrzmy na późny paleocen, około 57 milionów lat temu. Wartość zmieniła się na -4,37‰. Wyższy. Cięższy. Sugeruje to, że lekki węgiel został gdzieś zgromadzony i zakopany – prawdopodobnie w oceanach lub skałach osadowych. Usunięcie lekkiego węgla pozostawiło w atmosferze ciężkie izotopy. Efekt netto? Klimat chłodzący.
Obydwa zapisy, lądowy i morski, wykazały tę samą zmianę. W pracy toczył się ogólny proces. Globalne strumienie węgla determinowały zmiany temperatury. Zarówno rośliny, jak i plankton opowiadały tę samą historię.
Trudności z opadami atmosferycznymi
Nie wszystko poszło gładko. Zespół zauważył dziwność, porównując dane z Wyoming z innymi stronami na całym świecie.
Wyniki różniły się w zależności od opadów.
Miejsca, które w przeszłości były bardziej wilgotne, wykazały dane o mniejszej zawartości węgla ciężkiego. Miejsca bardziej suche, w tym Basen Gobback, były zgodne z wartościami oczekiwanymi wynikającymi z danych morskich.
Dlaczego opady mają znaczenie? Dzieje się tak prawdopodobnie dlatego, że dostępność wody wpływa na sposób, w jaki rośliny absorbują węgiel i na rozkład materii organicznej przed zakopaniem. Jeśli znajdujesz się w wilgotnym miejscu, sygnał będzie osłabiony lub zniekształcony.
Naukowcy wyjaśniają to ograniczenie. Aby uzyskać dokładne pomiary tego, jak skamieniałe rośliny odzwierciedlają przepływ węgla, naukowcy muszą wziąć pod uwagę opady. Mokre obszary mogą wymagać regulacji lub wykluczenia z niektórych modeli.
Ale to nie niszczy metody. Wyjaśnia to.
Dlaczego jest to teraz ważne
„Proponujemy metodę zrozumienia źródeł i pochłaniaczy CO₂ przez całe życie roślin” – napisali Sheldon i King.
To ważne stwierdzenie.
Obecnie opieramy się na zapisach morskich, aby prześledzić obieg węgla w kenozoiku i mezozoiku. Jednak w niektórych oknach czasowych zapisy te są nieliczne. Mają ograniczenia. Są luki.
To nowe podejście wykorzystujące skamieniałości roślin może wypełnić te luki. Uzupełnia dane morskie. Działa w regionach o ograniczonym dostępie do danych. I co ważne, pozwala na rekonstrukcję okresów, w których znaczniki morskie są po prostu niedostępne.
Stoimy w obliczu bezprecedensowych zmian w stężeniu CO₂ w atmosferze. Zrozumienie mechanizmów przeszłości stało się czymś więcej niż tylko zainteresowaniem akademickim. To umiejętność przetrwania. Musimy wiedzieć, jak planeta zareagowała na gwałtowny wzrost poziomu węgla. Musimy wiedzieć, dokąd poszedł nadmiar ciepła. A teraz, dzięki skamieniałym liściom Wyoming, mamy wyraźniejszą mapę głębokiej przeszłości.
Rośliny pamiętają. Musimy je tylko poprawnie „odczytać”.
