Пятьдесят шесть миллионов лет назад леса Земли пересекли критическую точку. В период одного из самых интенсивных эпизодов парникового потепления в истории планеты плотные, пышные пологи, достигшие расцвета, начали редеть. По мере роста глобальных температур на величину до 11 градусов по Фаренгейту (6 градусов по Цельсию) жара и засуха ослабляли леса и губили большое количество деревьев. Образовавшиеся просветы позволили большему количеству солнечного света достигать земли и изменили движение воды по ландшафту.

На юге Вайоминга папоротники ненадолго заняли землю, где прежде произрастали родственники вязов, орехов, метасеквой и деревьев авокадо. Затем на север распространились пальмы и другие теплолюбивые растения.

В новом исследовании, опубликованном в журнале Science, учёные показывают, что леса Вайоминга потеряли 60% своего полога в этот период, известный как палеоцен-эоценовый термальный максимум (ПЭТМ), и на их восстановление потребовалось значительно больше 100 000 лет. ПЭТМ характеризовался массированным выбросом углерода в систему океан–атмосфера, а его потепление и восстановление вместе заняли примерно 200 000 лет. Это был ближайший природный аналог современного потепления, которое мир переживает сегодня, хотя сейчас человечество выбрасывает углекислый газ примерно в 10 раз быстрее, чем природные процессы планеты в то время. Понимание того, что произошло с теми лесами, может помочь человечеству распознать подобные пороговые значения прежде, чем планета снова их пересечёт.

Чтение леса по ископаемым листьям

Палеоботаники обычно используют ископаемые останки растений, чтобы определить, какие виды когда-то произрастали в той или иной местности. Авторы исследования поставили перед собой более сложный вопрос: как выглядел сам лес и как он менялся? Структура леса — и прежде всего его полог — определяет количество света, достигающего лесной подстилки, а также температуру, водную среду и количество углерода, которое лес способен накапливать, что делает её одним из самых наглядных индикаторов функционирования экосистемы.

Но как измерить плотность леса, исчезнувшего 56 миллионов лет назад? Экологи измеряют плотность полога с помощью так называемого индекса листовой поверхности. Плотные леса с несколькими слоями листьев, перехватывающими солнечный свет, получают высокие значения индекса, а разреженные леса, пропускающие больше света к лесной подстилке, — низкие. Поскольку полог влияет на затенённость, температуру, потери воды и фотосинтез, индекс служит мощной характеристикой функционирования леса. Сегодня его регулярно измеряют спутники, отслеживая состояние лесов по всему миру, однако для лесов, произраставших десятки миллионов лет назад, таких данных не существует.

Сведения о плотности полога миллионы лет назад были получены благодаря микроскопическим кутикулам растений — тонкой воскообразной наружной кожице листьев, которая может сохраняться миллионы лет в богатых органикой отложениях. В этих фрагментах ископаемых листьев по-прежнему различимы формы эпидермальных клеток, и это важно: форма клеток отражает количество солнечного света, которое лист получал в период роста. Листья, развивающиеся в тени, образуют более длинные и вытянутые клетки, тянущиеся к солнечному свету; листья, подвергавшиеся большему воздействию солнца, формируют более короткие и округлые.

Исследователи превратили эту закономерность в инструмент для реконструкции древних лесов. Для её калибровки они собрали образцы почв в лесах Центральной и Южной Америки с широким диапазоном плотности полога. Каждая горсть почвы содержит кутикулы, сброшенные множеством разных растений по всему пологу, что отражает структуру леса в целом, — и летопись ископаемых сохраняет те же самые фрагменты листового опада.

Сопоставление форм тысяч эпидермальных клеток с измеренным ими индексом листовой поверхности выявило поразительно сильную закономерность: чем более вытянуты клетки, тем плотнее находящийся над ними полог леса. Эта корреляция позволила команде реконструировать структуру лесов Вайоминга миллионы лет назад и проследить, как она менялась со временем.

Когда леса достигают своих пределов

Одним из самых неожиданных открытий стало то, что леса не вошли в палеоцен-эоценовый термальный максимум в состоянии упадка. Непосредственно перед началом быстрого потепления пологи достигли наибольшей плотности за сотни тысяч лет, что, вероятно, отражало благоприятные условия роста по мере увеличения концентрации атмосферного углекислого газа. Согласно одной из ведущих теорий, источником этого углекислого газа были вулканические извержения.

Этот расцвет оказался недолгим. По мере роста температур жара и засуха перевесили пользу от повышения концентрации углекислого газа. Полог стремительно поредел из-за гибели деревьев и оставался значительно более разреженным более 100 000 лет.

В этом ослабленном состоянии леса функционировали совершенно иначе, и окружающая среда ощутила последствия. Древние почвы уступили место более грубым речным отложениям, что позволяет предположить: утрата полога изменила то, как вода и осадочный материал перемещались по бассейну. Меняющийся климат изменил лес, а лес изменил ландшафт.

Уроки для сегодняшнего дня

Эта последовательность событий несёт важный урок для современности. Повышенная концентрация углекислого газа, подобная той, которую мир переживает сейчас — концентрации выросли примерно с 280 частей на миллион до индустриальной эпохи до более чем 420 частей на миллион сегодня, — может стимулировать рост растений, но лишь до тех пор, пока температуры и вода остаются в пределах, которые деревья способны выдерживать. За этими пределами жара, засуха, насекомые, патогены и лесные пожары способны свести на нет любой удобрительный эффект, способствующий росту.

Во всём мире многие леса уже проявляют признаки ослабления по мере роста температур — за последние десятилетия исследователи зафиксировали эпизоды массовой гибели деревьев из-за жары и засухи на каждом лесистом континенте, — что усугубляется сведением лесов ради древесины, сельскохозяйственных культур и пастбищ, ещё больше снижающим их устойчивость.

Леса восстановились, но на это ушло более 100 000 лет

История древних лесов, существовавших 56 миллионов лет назад, не заканчивается крахом. Со временем усиленное разрушение горных пород в более тёплом климате — процесс, известный как выветривание, — постепенно извлекало углерод из воздуха, накапливая его в морских отложениях. Это позволило климату охладиться, а вода стала более доступной. Лесные пологи восстановились и в итоге стали даже плотнее, чем до начала потепления.

По мере расширения лесов они, вероятно, восстановили свою способность стабилизировать почвы, регулировать круговорот воды и поглощать углерод из атмосферы, помогая ослабить парниковый эффект и поддержать долгосрочное восстановление планеты.

Исследование показывает, что выбросы углекислого газа уже прежде выводили леса за пределы их физиологических возможностей, вызывая изменения, которые распространялись от растительности к рекам и охватывали целые ландшафты. Оно также показывает, что леса обладают поразительной устойчивостью, когда им дают время восстановиться, — однако необходимое для этого время значительно превышает человеческую жизнь и охватывает тысячи поколений.

Сегодня антропогенные выбросы углерода и потепление развиваются значительно быстрее, чем во время ПЭТМ. Летопись ископаемых напоминает нам, что леса могут восстановиться, но лишь при условии, что человечество не будет доводить их до пороговых значений, после пересечения которых восстановление занимает десятки тысяч лет.

Риган Э. Данн — ассоциированный куратор La Brea Tar Pits and Museum и адъюнкт-профессор наук о Земле в USC Dornsife College of Letters, Arts and Sciences.

Данная статья перепечатана из издания The Conversation на условиях лицензии Creative Commons и была впервые опубликована на Fortune.com.