Od starożytnego węgla, ślady nadchodzących pożarów lasów

Najstarsze na świecie dowody pożarów można znaleźć w laboratorium na czwartym piętrze ceglanego budynku w Waterville w stanie Maine. Dla niewprawnego oka wygląda jak plama czarnego włosia, niewiele większa od główki szpilki. Dla Iana J. Glasspool, paleobotanik z Colby College, to A Kawałek węgla mający 430 milionów lat.

Próbka odkryta przez dr Glasspoola w mułowcu z południowej Walii to jeden z wielu kawałków starożytnego węgla, które badano w ostatnich latach w celu ustalenia, w jaki sposób w przeszłości wywoływano pożary. Wszystkie te szczątki pomagają naukowcom zrozumieć, w jaki sposób powstają pożary i jak są kształtowane przez zmiany środowiskowe w czasie geologicznym.

„To nudno wyglądające rzeczy” – stwierdził doktor Glasspool, trzymając próbkę osadzoną w małym krążku z żywicy. „Ale jest cały stos, z którego możesz się wydostać”.

Dr Glasspool twierdzi, że te przestarzałe pomysły mogą nie pomóc nam dzisiaj w zarządzaniu pojedynczymi pożarami. Może jednak zapewnić jaśniejszy obraz globalnego zjawiska pożarów i tego, jak kształtują one klimat Ziemi. To z kolei może pomóc modelarzom w dokładniejszym przewidywaniu przyszłego klimatu.

„Z danych geologicznych wynika, że ​​jest to o wiele bardziej złożone niż stwierdzenie: «robi się cieplej, będzie więcej pożarów»” – stwierdziła Jennifer Galloway, paleoekolog z Kanadyjskiej Służby Geologicznej. Doktor Galloway opublikował niedawno badania w czasopiśmie Evolving Earth NA Zalety badania starożytnych pożarów lasów Aby zrozumieć dzisiejszą dynamikę klimatu.

Ogień jest zjawiskiem stosunkowo nowym w trwającej 4,54 miliarda lat historii Ziemi. Przez ponad 90% tego okresu atmosferze i kontynentom planety brakowało tlenu i zapłonu potrzebnych do podtrzymania płomieni. Uderzenia pioruna mogły tu i ówdzie zwęgloć kawałki materiału mikrobiologicznego, ale spalanie byłoby krótkotrwałe; Dymu i żaru nie było. Dopiero gdy rośliny pojawiły się na Ziemi około 458 milionów lat temu, możliwe stały się trwałe oparzenia i ostatecznie geologiczny zapis pożarów.

Pierwsze pożary nie strawiły lasów, które wciąż dzieliły miliony lat od rozwoju, ale raczej spłonęły prostsze rośliny, takie jak mchy i wątrobowce. „Mówimy o rzeczach, przez które na ogół można przejść, a mimo to nie zamoczy się nawet górnej części buta” – stwierdził dr Glasspool. Dodał, że w tym czasie w krajobrazie porastała tajemnicza grupa dużych narośli zwanych grzybami nitkowatymi, które mogły również przyczynić się do podsycenia wczesnych pożarów.

Aby zbadać pozostałości tych starożytnych pożarów, dr Glasspool najpierw rozpuścił próbki skał w kwasie, a następnie przesiał przez pozostawione przez nie maleńkie czarne plamki. Aby manipulować każdym miejscem w celu analizy, używa drewnianego szpikulca z pojedynczym wąsem swojego kota Bingo, przyklejonym taśmą na końcu.

„Niski budżet, zrób to sam” – powiedział w lutym ubiegłego roku w swoim laboratorium. Jeśli użyłby pędzla kupionego w sklepie, jego małe próbki mogłyby utknąć we włosach; Wąsy Bingo dają mu większą kontrolę.

Oglądany pod prostym mikroskopem świetlnym węgiel ten ukazuje marmurkowe ściany komórkowe, które zostały autentycznie zakonserwowane w procesie zwęglenia. Proces ten spala całą lotną materię organiczną i pozostawia jedynie obojętny węgiel, który może pozostać niezmieniony przez setki milionów lat.

Węgiel drzewny ma wyraźny, jedwabisty połysk, który pomaga odróżnić go od węgla drzewnego, innej formy węgla, który pod mikroskopem wydaje się jaśniejszy.

Śledząc obfitość węgla w różnych okresach w zapisie skalnym, dr Glasspool i jego współpracownicy zidentyfikowali wzorce pożarów, które pojawiały się w poprzednich okresach globalnego ocieplenia. On i jego zespół odkryli pięciokrotny wzrost zawartości węgla drzewnego w skałach osadowych sprzed 200 milionów lat zebranych we wschodniej Grenlandii. Okres ten oznaczał koniec triasu, kiedy intensywny wulkanizm podniósł globalną temperaturę o około 6 stopni Celsjusza i doprowadził do jednego z najgorszych masowych wymierań w historii Ziemi.

W 2010 roku zespół doktora Glasspoola odnotował ocieplenie atmosfery Mogło to zwiększyć aktywność pożarów na wiele sposobów. Na przykład ciepło spowodowałoby burze z częstymi uderzeniami piorunów, co jest główną naturalną przyczyną pożarów w starożytności i obecnie. Tylko 1°C ocieplenia Według badań przeprowadzonych w Imperial College w Londynie może to zwiększyć częstotliwość wyładowań atmosferycznych o około 40 procent. Dr Glasspool stwierdził, że może to częściowo wyjaśniać, dlaczego pod koniec triasu pożary lasów były tak powszechne.

Zapis kopalny sugeruje również, że rośliny o małych, wąskich liściach stały się bardziej powszechne wraz ze wzrostem temperatury, podczas gdy gatunki szerokolistne w dużej mierze zniknęły z krajobrazu. Jego zespół stwierdził, że była to prawdopodobnie reakcja na ciepło, ponieważ małe liście łatwiej oddają ciepło niż większe.

Gatunki drobnolistne wywołałyby poważniejsze pożary, tak jak podarte kawałki papieru paliłyby się szybciej niż kawałki nienaruszone. „Wysychał szybciej i był bardziej łatwopalny” – stwierdził dr Glasspool.

Więcej palnej roślinności, więcej dymu i więcej dwutlenku węgla w atmosferze jeszcze bardziej ociepliłoby Ziemię, być może podsycając więcej pożarów, więcej zmian w roślinności i poważniejsze burze – cykl Pozytywne sprzężenie zwrotne nie różni się od tego, co wydaje się mieć miejsce dzisiaj.

Zapis skał daje wyobrażenie o tym, ile czasu może zająć ekosystemom regeneracja po takich zakłóceniach. Osady powstałe w wyniku masowego wymierania pod koniec permu – okresu rosnących temperatur około 252 milionów lat temu, który oznaczał największą utratę życia w całej historii Ziemi – sugerują, że zwęglone tereny podmokłe regenerowały się po wyschnięciu i spaleniu przez miliony lat.

„Miejmy nadzieję, że tego nie odtwarzamy” – powiedział Chris Mace, paleontolog z University College Cork w Irlandii, który opublikował raport. Badania tych złóż W 2022 r.

Współczesne globalne temperatury wzrosły znacznie mniej niż wtedy — zaledwie o 1,1 stopnia Celsjusza od 1880 r. w porównaniu z około 10 stopniami Celsjusza w ciągu dziesiątek tysięcy lat wymierania w końcówce permu. Jednak dzisiejsze tempo zmian znacznie przewyższa tempo zmian z przeszłości. To szybkie ocieplenie sprawiło, że tereny podmokłe stały się bardziej podatne na pożary: region Pantanal w Ameryce Południowej, obejmujący 42 miliony akrów tropikalnych mokradeł, zaczął sezonowo płonąć w alarmującym tempie. Osady z końca permu dają otrzeźwiający obraz tego, co może się wydarzyć, jeśli zmiany klimatyczne nie ustaną.

„Istnieje szereg narzędzi, których możemy użyć, aby zapobiec tak poważnemu pogorszeniu się sytuacji” – powiedziała dr Mays. „Ale traktujemy to jako absolutnie najgorszy scenariusz”.

Skala i dotkliwość tych pożarów wynika również z zachowań ludzkich i praktyk użytkowania gruntów, a nie tylko ze zmiany klimatu, zauważył Sean Parks, ekolog zajmujący się badaniami w Służbie Leśnej Stanów Zjednoczonych w stacji badawczej Rocky Mountain w Missoula w Montrealu.

Jednak dr Parkes stwierdziła, że ​​badania zapisu geologicznego i starożytnych wzorców klimatycznych mogą pomóc w udoskonaleniu globalnych modeli klimatycznych, które wpływają na decyzje dotyczące zarządzania gruntami: „To interesujące i doskonałe podstawowe informacje”.

Zgadza się z tym Fernanda Santos, naukowiec z Oak Ridge National Laboratory w Tennessee, która bada niedawne pożary na Alasce i ściśle współpracuje z osobami zajmującymi się modelowaniem klimatu.

„Naprawdę doceniam starsze dane, ponieważ mogą dać nam nową perspektywę i nowy punkt odniesienia” – powiedział dr Santos.