Cinquantasei milioni di anni fa, le foreste della Terra superarono un punto di non ritorno. Durante uno degli episodi di riscaldamento da effetto serra più intensi del pianeta, le fitte e rigogliose chiome che si erano sviluppate cominciarono a diradarsi. Con l'aumento delle temperature globali fino a 11 gradi Fahrenheit (6 gradi Celsius), calore e siccità misero sotto pressione le foreste e uccisero un gran numero di alberi. Le aperture così create permisero a una maggiore quantità di luce solare di raggiungere il terreno e alterarono il movimento dell'acqua attraverso il paesaggio.

Nel Wyoming meridionale, le felci occuparono brevemente terreni dove avevano prosperato specie imparentate con olmi, noci, metasequoie e alberi di avocado. Palme e altre piante amanti del calore si diffusero poi verso nord.

In un nuovo studio pubblicato sulla rivista Science, i ricercatori mostrano che quelle foreste del Wyoming persero il 60% della propria copertura durante questo periodo — noto come Massimo Termico del Paleocene-Eocene, o PETM — e che necessitarono di ben oltre 100.000 anni per riprendersi. Il PETM fu contraddistinto da un massiccio rilascio di carbonio nel sistema oceano-atmosfera, e il suo riscaldamento e il successivo recupero coprirono complessivamente circa 200.000 anni. Si tratta dell'analogo naturale più prossimo, sulla Terra, del riscaldamento che il mondo sta vivendo oggi, anche se gli esseri umani stanno attualmente rilasciando anidride carbonica circa 10 volte più velocemente di quanto fecero allora i processi naturali del pianeta. Comprendere ciò che accadde a quelle foreste può aiutare l'umanità a riconoscere soglie simili prima che il pianeta le superi di nuovo.

Leggere la foresta dalle foglie fossili

I paleobotanici utilizzano convenzionalmente i fossili vegetali per identificare quali specie vivessero un tempo in un determinato luogo. Gli autori dello studio si sono posti una domanda più difficile: che aspetto aveva la foresta stessa, e come cambiò nel tempo? La struttura di una foresta — e in particolare la sua copertura — controlla la quantità di luce che raggiunge il suolo forestale, oltre alla temperatura, all'habitat acquatico e alla quantità di carbonio che la foresta può immagazzinare, il che la rende uno degli indicatori più chiari del funzionamento dell'ecosistema.

Ma come si misura la densità di una foresta scomparsa 56 milioni di anni fa? Gli ecologi misurano la densità della copertura utilizzando ciò che è noto come indice di area fogliare. Le foreste dense, con più strati di foglie che intercettano la luce solare, ottengono punteggi elevati, mentre le foreste aperte, che lasciano arrivare più luce al suolo, ottengono punteggi più bassi. Poiché la copertura influenza ombra, temperatura, perdita di acqua e fotosintesi, l'indice fornisce una misura potente del funzionamento forestale. Oggi i satelliti lo misurano regolarmente per monitorare le condizioni delle foreste in tutto il globo, ma non esiste un registro simile per le foreste cresciute decine di milioni di anni fa.

Gli indizi sulla densità delle coperture di milioni di anni fa provenivano da cuticole vegetali microscopiche — la sottile pellicola esterna cerosa delle foglie, in grado di sopravvivere per milioni di anni nei sedimenti ricchi di materia organica. Le forme delle cellule epidermiche sono ancora visibili in questi frammenti di foglie fossili, e ciò è importante: la forma delle cellule riflette la quantità di luce solare ricevuta dalla foglia durante la crescita. Le foglie che si sviluppano all'ombra producono cellule più lunghe e allungate mentre si protendono verso la luce; quelle esposte a una maggiore insolazione sviluppano cellule più corte e tondeggianti.

I ricercatori hanno trasformato quella relazione in uno strumento per ricostruire le foreste antiche. Per calibrarlo, hanno raccolto suoli da foreste dell'America centrale e meridionale caratterizzate da un'ampia gamma di densità di copertura. Ogni manciata di suolo contiene cuticole rilasciate da molte piante diverse della copertura, riflettendo la struttura della foresta nel suo insieme — e il registro fossile conserva questa stessa lettiera fogliare frammentaria.

Il confronto tra le forme di migliaia di cellule epidermiche e l'indice di area fogliare misurato ha rivelato una relazione notevolmente forte: più le cellule erano allungate, più densa era la copertura sovrastante. Quella correlazione ha permesso al team di ricostruire la struttura delle foreste del Wyoming di milioni di anni fa e di seguirne l'evoluzione nel tempo.

Quando le foreste raggiungono i propri limiti

Una delle scoperte più sorprendenti è stata che le foreste non entrarono nel Massimo Termico del Paleocene-Eocene in condizione di declino. Poco prima che avesse inizio il rapido riscaldamento, le chiome raggiunsero la massima densità registrata in centinaia di migliaia di anni, riflettendo probabilmente condizioni di crescita favorevoli contestualmente all'aumento dell'anidride carbonica atmosferica. Una delle teorie principali sulla fonte di tale anidride carbonica coinvolge eruzioni vulcaniche.

Quel periodo di rigoglio non durò comunque a lungo. Con il progredire dell'aumento delle temperature, calore e siccità superarono i benefici dei più elevati livelli di anidride carbonica. La copertura si diradò rapidamente con la morte degli alberi e rimase molto più sottile per oltre 100.000 anni.

In questo stato ridotto, le foreste funzionavano in modo molto diverso, e l'ambiente circostante ne risentì gli effetti. Gli antichi suoli lasciarono il posto a depositi fluviali più grossolani, a suggerire che la perdita di copertura abbia alterato il modo in cui acqua e sedimenti si muovevano nel bacino. Il mutamento del clima cambiò la foresta, e la foresta cambiò il paesaggio.

Lezioni per oggi

Questa sequenza contiene un'importante lezione per il presente. Livelli di anidride carbonica più elevati come quelli che il mondo sta vivendo oggi — le concentrazioni sono salite da circa 280 parti per milione prima dell'era industriale a più di 420 parti per milione di oggi — possono stimolare la crescita delle piante, ma solo finché temperature e acqua rimangono entro i limiti tollerabili per gli alberi. Oltre quei limiti, calore, siccità, insetti, agenti patogeni e incendi boschivi possono sopraffare qualsiasi effetto fertilizzante capace di stimolare la crescita.

In tutto il mondo, molte foreste mostrano già segni di indebolimento con l'aumento delle temperature — i ricercatori hanno documentato negli ultimi decenni episodi di mortalità degli alberi indotti da calore e siccità in ogni continente boschivo — cui si aggiunge la deforestazione per legname, coltivazioni e pascoli che ne riduce ulteriormente la resilienza.

Le foreste si ripresero, ma occorsero oltre 100.000 anni

La storia delle foreste antiche di 56 milioni di anni fa non termina con un collasso. Nel tempo, l'accresciuta disgregazione delle rocce nel clima più caldo — un processo noto come alterazione chimica (weathering) — sottrasse gradualmente carbonio dall'aria, immagazzinandolo nei sedimenti marini. Ciò consentì al clima di raffreddarsi e all'acqua di divenire più disponibile. Le coperture forestali si ripresero, arrivando infine a essere persino più dense di prima dell'inizio del riscaldamento.

Con l'espansione delle foreste, esse recuperarono probabilmente la capacità di stabilizzare i suoli, regolare il ciclo dell'acqua e assorbire carbonio dall'atmosfera, contribuendo a ridurre l'effetto serra e a sostenere il recupero a lungo termine del pianeta.

Lo studio mostra che le emissioni di anidride carbonica hanno già in passato spinto le foreste oltre i loro limiti fisiologici, innescando cambiamenti che si propagano dalla vegetazione ai fiumi e a interi paesaggi. Mostra inoltre che le foreste sono notevolmente resilienti quando viene dato loro il tempo di riprendersi — ma che il tempo necessario supera di gran lunga la durata di una vita umana, estendendosi per migliaia di generazioni.

Oggi, le emissioni di carbonio di origine umana e il riscaldamento si stanno sviluppando enormemente più velocemente rispetto al PETM. Il registro fossile ricorda che le foreste possono riprendersi, ma solo se l'umanità evita di spingerle oltre soglie da cui il recupero richiede decine di migliaia di anni.

Regan E. Dunn è curatrice associata presso il La Brea Tar Pits and Museum e professoressa a contratto di Scienze della Terra presso la USC Dornsife College of Letters, Arts and Sciences.

Questo articolo è ripubblicato da The Conversation con licenza Creative Commons ed è stato originariamente pubblicato su Fortune.com.