Vor 56 Millionen Jahren überschritten die Wälder der Erde einen Kipppunkt. Während einer der intensivsten Episoden der Treibhauserwärmung in der Geschichte des Planeten begannen die dichten, üppigen Kronendächer, die sich zuvor entfaltet hatten, auszudünnen. Als die globalen Temperaturen um bis zu 11 Grad Fahrenheit (6 Grad Celsius) stiegen, setzten Hitze und Dürre die Wälder unter Stress und ließen große Mengen an Bäumen absterben. Die entstehenden Lücken ließen mehr Sonnenlicht bis zum Boden vordringen und veränderten die Wasserbewegung in der Landschaft.

Im südlichen Wyoming übernahmen Farne für kurze Zeit Böden, auf denen zuvor Verwandte von Ulmen, Walnussbäumen, Urweltmammutbäumen und Avocadobäumen gediehen hatten. Anschließend breiteten sich Palmen und andere wärmeliebende Pflanzen nordwärts aus.

In einer neuen Studie, veröffentlicht in der Fachzeitschrift Science, zeigen Forscher, dass diese Wälder in Wyoming während dieser Periode – bekannt als Paläozän-Eozän-Temperaturmaximum oder PETM – 60 % ihres Kronendachs verloren und weit über 100.000 Jahre zur Erholung benötigten. Das PETM war durch eine massive Freisetzung von Kohlenstoff in das Ozean-Atmosphäre-System gekennzeichnet; Erwärmung und Erholung zusammen umfassten rund 200.000 Jahre. Es war das nächste natürliche Analogon der Erde zu der Erwärmung, die die Welt heute erlebt, auch wenn der Mensch heute Kohlendioxid etwa zehnmal schneller freisetzt, als es die natürlichen Prozesse des Planeten damals taten. Zu verstehen, was mit diesen Wäldern geschah, könnte der Menschheit helfen, ähnliche Schwellenwerte zu erkennen, bevor der Planet sie erneut überschreitet.

Den Wald anhand fossiler Blätter lesen

Paläobotaniker nutzen Pflanzenfossilien üblicherweise, um zu bestimmen, welche Arten einst an einem Ort lebten. Die Autoren der Studie stellten sich eine schwierigere Frage: Wie sah der Wald selbst aus, und wie veränderte er sich? Die Struktur eines Waldes – vor allem sein Kronendach – steuert, wie viel Licht den Waldboden erreicht, sowie die Temperatur, den wasserbezogenen Lebensraum und die Menge an Kohlenstoff, die der Wald speichern kann, und ist damit einer der deutlichsten Indikatoren für die Funktion eines Ökosystems.

Doch wie misst man die Dichte eines Waldes, der vor 56 Millionen Jahren verschwand? Ökologen messen die Kronendachdichte anhand des sogenannten Blattflächenindex. Dichte Wälder mit mehreren, Sonnenlicht abfangenden Blattschichten erzielen hohe Werte, während offene Wälder, die mehr Licht zum Waldboden durchlassen, niedrigere Werte aufweisen. Da das Kronendach Schatten, Temperatur, Wasserverlust und Photosynthese beeinflusst, liefert der Index ein aussagekräftiges Maß für die Waldfunktion. Satelliten messen ihn heute routinemäßig, um den Zustand von Wäldern weltweit zu verfolgen, doch für Wälder, die vor Dutzenden Millionen Jahren wuchsen, existiert keine entsprechende Aufzeichnung.

Die Hinweise auf die Kronendachdichte vor Millionen Jahren stammten von mikroskopisch kleinen Pflanzenkutikeln – der dünnen, wachsartigen Außenhaut von Blättern, die in organikreichen Sedimenten Millionen von Jahren überdauern kann. In diesen fossilen Blattfragmenten sind noch die Formen der Epidermiszellen erkennbar, und das ist entscheidend: Die Zellform spiegelt wider, wie viel Sonnenlicht ein Blatt während seines Wachstums erhielt. Blätter, die im Schatten heranwachsen, bilden längere, stärker gestreckte Zellen aus, während sie sich zum Sonnenlicht strecken; Blätter, die mehr Sonne ausgesetzt sind, entwickeln kürzere, rundere Zellen.

Die Forscher wandelten diese Beziehung in ein Werkzeug zur Rekonstruktion alter Wälder. Zur Kalibrierung sammelten sie Bodenproben aus Wäldern in Mittel- und Südamerika mit einem weiten Spektrum an Kronendachdichten. Jede Handvoll Erde enthält Kutikeln, die von vielen verschiedenen Pflanzen im Kronenbereich abgeworfen wurden, und spiegelt so die Struktur des Waldes als Ganzes wider – und die Fossilüberlieferung bewahrt ebendiese zerstückelte Laubstreu.

Der Vergleich der Formen von Tausenden von Epidermiszellen mit dem gemessenen Blattflächenindex offenbarte eine bemerkenswert starke Beziehung: Je gestreckter die Zellen, desto dichter das Kronendach darüber. Diese Korrelation ermöglichte es dem Team, die Struktur der Wälder in Wyoming vor Millionen Jahren zu rekonstruieren und nachzuzeichnen, wie sie sich im Zeitverlauf veränderte.

Wenn Wälder an ihre Grenzen stoßen

Eine der überraschendsten Erkenntnisse war, dass die Wälder nicht bereits im Niedergang in das Paläozän-Eozän-Temperaturmaximum eintraten. Kurz bevor die rasche Erwärmung begann, erreichten die Kronendächer ihre größte Dichte seit Hunderttausenden von Jahren – vermutlich ein Spiegel günstiger Wachstumsbedingungen, als der atmosphärische Kohlendioxidgehalt zu steigen begann. Eine führende Theorie zur Quelle dieses Kohlendioxids führt Vulkanausbrüche an.

Diese Blütezeit währte jedoch nicht lange. Mit steigenden Temperaturen überlagerten Hitze und Dürre die Vorteile höherer Kohlendioxidwerte. Das Kronendach lichtete sich rasch, als Bäume abstarben, und blieb über 100.000 Jahre lang deutlich dünner.

In diesem geschwächten Zustand funktionierten die Wälder sehr anders, und die Umgebung spürte die Auswirkungen. Alte Böden wichen gröberen Flussablagerungen, was darauf hindeutet, dass der Verlust des Kronendachs veränderte, wie Wasser und Sedimente durch das Becken wanderten. Das sich wandelnde Klima veränderte den Wald, und der Wald veränderte die Landschaft.

Lehren für heute

Diese Abfolge birgt eine wichtige Lehre für die Gegenwart. Höhere Kohlendioxidwerte wie die, die die Welt derzeit erlebt – die Konzentration ist von rund 280 Teilen pro Million vor dem Industriezeitalter auf heute mehr als 420 Teile pro Million gestiegen – können das Pflanzenwachstum anregen, aber nur solange Temperaturen und Wasser innerhalb der Grenzen bleiben, die Bäume tolerieren können. Jenseits dieser Grenzen können Hitze, Dürre, Insekten, Krankheitserreger und Waldbrände jeden Düngeeffekt zunichtemachen, der das Wachstum steigern würde.

Weltweit zeigen viele Wälder bereits Anzeichen einer Schwächung, wenn die Temperaturen steigen – Forscher haben in den vergangenen Jahrzehnten Episoden hitze- und dürrbedingter Baummortalität auf jedem bewaldeten Kontinent dokumentiert –, hinzu kommt die Abholzung für Holz, Feldfrüchte und Weideland, die ihre Widerstandsfähigkeit weiter verringert.

Die Wälder erholten sich – doch es dauerte über 100.000 Jahre

Die Geschichte der uralten Wälder von vor 56 Millionen Jahren endet nicht mit dem Kollaps. Mit der Zeit entzog der verstärkte Zerfall von Gestein im wärmeren Klima – ein als Verwitterung bekannter Prozess – allmählich der Luft Kohlenstoff und speicherte ihn in marinen Sedimenten. Das ermöglichte es dem Klima, sich abzukühlen, und Wasser wurde wieder besser verfügbar. Die Kronendächer erholten sich und wurden schließlich sogar dichter als vor Beginn der Erwärmung.

Mit der Ausbreitung der Wälder stellten sie wahrscheinlich ihre Fähigkeit wieder her, Böden zu stabilisieren, den Wasserkreislauf zu regulieren und der Atmosphäre Kohlenstoff zu entziehen – was dazu beitrug, den Treibhauseffekt zu verringern und die langfristige Erholung des Planeten zu unterstützen.

Die Studie zeigt, dass Kohlendioxidemissionen Wälder bereits früher über ihre physiologischen Grenzen hinaus belastet und Veränderungen ausgelöst haben, die sich von der Vegetation über die Flüsse bis hin zu ganzen Landschaften ausbreiteten. Sie zeigt auch, dass Wälder bemerkenswert widerstandsfähig sind, wenn ihnen Zeit zur Erholung bleibt – die erforderliche Zeit ist jedoch weitaus länger als ein Menschenleben und umfasst Tausende von Generationen.

Heute vollziehen sich die vom Menschen verursachten Kohlenstoffemissionen und die Erwärmung ungleich schneller als während des PETM. Die Fossilüberlieferung erinnert uns daran, dass sich Wälder erholen können – aber nur, wenn die Menschheit vermeidet, sie über Schwellenwerte hinaus zu belasten, von denen aus die Erholung Zehntausende von Jahren dauert.

Regan E. Dunn ist Associate Curator am La Brea Tar Pits and Museum und Adjunct Professor für Erdwissenschaften am USC Dornsife College of Letters, Arts and Sciences.

Dieser Artikel wird unter einer Creative-Commons-Lizenz von The Conversation erneut veröffentlicht und war ursprünglich auf Fortune.com zu lesen.