Zesenvijftig miljoen jaar geleden bereikten de bossen op aarde een kantelpunt. Tijdens een van de intensiefste episoden van broeikasopwarming die de planeet heeft gekend, begonnen de dichte, weelderige bladerdaken die tot bloei waren gekomen te verdunnen. Toen de wereldwijde temperaturen met maar liefst 11 graden Fahrenheit (6 graden Celsius) stegen, legden hitte en droogte de bossen onder stress en doodden grote aantallen bomen. De ontstane openingen lieten meer zonlicht op de grond komen en veranderden hoe water zich door het landschap bewoog.

In het zuiden van Wyoming namen varens tijdelijk de grond over waar eerder verwanten van iepen, walnoten, watercipressen en avocado-bomen gedijden. Vervolgens verspreidden palmen en andere warmteminnende planten zich noordwaarts.

In een nieuwe studie, gepubliceerd in het tijdschrift Science laten onderzoekers zien dat die bossen in Wyoming tijdens deze periode — bekend als het Paleocene-Eocene Thermal Maximum, of PETM — 60% van hun bladerdak kwijtraakten en er ruim 100.000 jaar over deden om te herstellen. Het PETM werd gekenmerkt door een enorme uitstoot van koolstof naar het oceaan-atmosfeersysteem; de opwarming en het herstel besloegen samen ruwweg 200.000 jaar. Het was het natuurlijke analogon van de aarde dat het dichtst bij de opwarming ligt die de wereld vandaag doormaakt, al stoten mensen nu ruwweg 10 keer zo snel kooldioxide uit als de natuurlijke processen van de planeet destijds deden. Inzicht in wat er met die bossen gebeurde, kan de mensheid helpen vergelijkbare drempels te herkennen voordat de planeet ze opnieuw overschrijdt.

Het bos aflezen uit fossiele bladeren

Paleobotanici gebruiken plantfossielen doorgaans om vast te stellen welke soorten er ooit op een plek hebben geleefd. De auteurs van de studie wilden een moeilijkere vraag beantwoorden: hoe zag het bos zelf eruit, en hoe veranderde het? De structuur van een bos — bovenal het bladerdak — bepaalt hoeveel licht de bosbodem bereikt, evenals de temperatuur, de waterhabitat en de hoeveelheid koolstof die het bos kan opslaan, waardoor het een van de duidelijkste indicatoren is voor het functioneren van een ecosysteem.

Maar hoe meet je de dichtheid van een bos dat 56 miljoen jaar geleden verdween? Ecologen meten de dichtheid van een bladerdak met behulp van de zogenoemde bladoppervlakte-index. Dichte bossen met meerdere bladerlagen die zonlicht onderscheppen, scoren hoog, terwijl open bossen waarin meer licht de bosbodem bereikt lager scoren. Omdat het bladerdak schaduw, temperatuur, waterverlies en fotosynthese beïnvloedt, biedt de index een krachtige maatstaf voor het functioneren van bossen. Satellieten meten deze tegenwoordig routinematig om de conditie van bossen wereldwijd te volgen, maar zo'n waarnemingsreeks bestaat niet voor bossen die tientallen miljoenen jaren geleden groeiden.

De aanwijzingen over de dichtheid van bladerdaken miljoenen jaren geleden kwamen van microscopisch kleine plantencuticulae — de dunne, wasachtige buitenhuid van bladeren, die miljoenen jaren kan overleven in sedimenten die rijk zijn aan organisch materiaal. In deze fossiele bladfragmenten zijn de vormen van opperhuidcellen nog steeds zichtbaar, en dat is belangrijk: de celvorm weerspiegelt hoeveel zonlicht een blad tijdens de groei ontving. Bladeren die in de schaduw groeien, vormen langere, meer langgerekte cellen terwijl ze zich naar het zonlicht uitstrekken; bladeren die aan meer zon zijn blootgesteld, ontwikkelen kortere, rondere cellen.

De onderzoekers veranderden die relatie in een instrument om oude bossen te reconstrueren. Om dit te kalibreren, verzamelden zij bodems uit bossen in Midden- en Zuid-Amerika met uiteenlopende bladerdakdichtheden. Elke handvol bodem bevat cuticulae die door veel verschillende planten in het bladerdak zijn afgeworpen en die de structuur van het bos als geheel weerspiegelen — en de fossiele geschiedenis bewaart ditzelfde gefragmenteerde bladafval.

Door de vormen van duizenden opperhuidcellen te vergelijken met de door hen gemeten bladoppervlakte-index werd een opmerkelijk sterke relatie zichtbaar: hoe langgerekter de cellen, hoe dichter het bladerdak erboven. Die correlatie stelde het team in staat om de structuur van de bossen in Wyoming van miljoenen jaren geleden te reconstrueren en na te gaan hoe deze in de loop van de tijd veranderde.

Wanneer bossen hun grenzen bereiken

Een van de verrassendste ontdekkingen was dat de bossen het Paleocene-Eocene Thermal Maximum niet in verval binnengingen. Net voordat de snelle opwarming begon, bereikten de bladerdaken hun grootste dichtheid in honderdduizenden jaren, vermoedelijk een weerspiegeling van gunstige groeiomstandigheden toen de atmosferische kooldioxide begon toe te nemen. Een toonaangevende theorie over de bron van die kooldioxide houdt vulkaanuitbarstingen in.

Die bloei was echter niet blijvend. Naarmate de temperaturen opliepen, bleken hitte en droogte sterker dan de voordelen van hogere kooldioxidegehaltes. Het bladerdak verdunde snel naarmate bomen afstierven en bleef ruim 100.000 jaar aanzienlijk dunner.

In deze verzwakte toestand functioneerden de bossen heel anders, en de omgeving ondervond daar de gevolgen van. Oude bodems maakten plaats voor grovere rivierafzettingen, wat suggereert dat het verdwijnen van het bladerdak veranderde hoe water en sediment zich door het bekken verplaatsten. Het veranderende klimaat veranderde het bos, en het bos veranderde het landschap.

Lessen voor vandaag

Deze opeenvolging bevat een belangrijke les voor het heden. Hogere kooldioxidegehaltes, zoals de wereld die nu doormaakt — de concentraties zijn gestegen van ruwweg 280 deeltjes per miljoen vóór het industriële tijdperk tot meer dan 420 deeltjes per miljoen vandaag — kunnen de plantengroei stimuleren, maar alleen zolang temperatuur en water binnen de grenzen blijven die bomen kunnen verdragen. Buiten die grenzen kunnen hitte, droogte, insecten, ziekteverwekkers en bosbranden elk bemestingseffect dat de groei zou bevorderen tenietdoen.

Wereldwijd vertonen veel bossen al tekenen van achteruitgang nu de temperaturen stijgen — onderzoekers hebben de afgelopen decennia episoden gedocumenteerd van hitte- en droogtegerelateerde boomsterfte op elk met bos bedekt continent — naast ontbossing voor hout, gewassen en weidegrond, die hun veerkracht verder ondermijnt.

De bossen herstelden, maar dat kostte meer dan 100.000 jaar

Het verhaal van de oude bossen van 56 miljoen jaar geleden eindigt niet in instorting. In de loop van de tijd zorgde de sterkere afbraak van gesteenten in het warmere klimaat — een proces dat verwering wordt genoemd — ervoor dat er geleidelijk koolstof uit de lucht werd onttrokken en opgeslagen in mariene sedimenten. Daardoor kon het klimaat afkoelen en werd water beter beschikbaar. De bladerdaken herstelden zich en werden uiteindelijk zelfs dichter dan vóór het begin van de opwarming.

Naarmate de bossen zich uitbreidden, herstelden zij vermoedelijk hun vermogen om bodems te stabiliseren, de waterkringloop te reguleren en koolstof uit de atmosfeer op te nemen, wat hielp het broeikaseffect te verminderen en het langetermijnherstel van de planeet te ondersteunen.

De studie laat zien dat kooldioxide-uitstoot bossen eerder voorbij hun fysiologische grenzen heeft geduwd, met veranderingen tot gevolg die doorwerken van de vegetatie via rivieren tot hele landschappen. Ze laat ook zien dat bossen opmerkelijk veerkrachtig zijn als ze tijd krijgen om te herstellen — maar dat de benodigde tijd veel langer is dan een mensenleven en duizenden generaties beslaat.

Vandaag verlopen de door de mens veroorzaakte koolstofuitstoot en opwarming aanzienlijk sneller dan tijdens het PETM. De fossiele geschiedenis herinnert ons eraan dat bossen kunnen herstellen, maar alleen als de mensheid voorkomt dat ze voorbij drempels worden geduwd waarvan het herstel tienduizenden jaren kost.

Regan E. Dunn is associate curator bij de La Brea Tar Pits and Museum en adjunct professor aardwetenschappen aan de USC Dornsife College of Letters, Arts and Sciences.

Dit artikel is overgenomen van The Conversation onder een Creative Commons-licentie en verscheen oorspronkelijk op Fortune.com.