Древние лесные пожары сыграли решающую роль в формировании и распространении пастбищ, подобных тем, которые сейчас покрывают большую часть Земли, считают ученые из Пенсильванского университета и Смитсоновского национального музея естественной истории.
Новое исследование связывает резкое увеличение числа лесных пожаров почти 10 миллионов лет назад, в конце миоцена, со значительным изменением растительности на суше, о чем свидетельствуют изотопы углерода растительных биомаркеров, обнаруженные в летописи окаменелостей. По словам исследователей, частые сезонные пожары помогли превратить лесные массивы в открытые ландшафты и способствовали расширению пастбищ.
Команда разработала инновационный подход, чтобы проверить роль огня в росте ранних пастбищ. Они проанализировали следы древних листьев и сгоревшего органического вещества, оставшегося в палеопочвах или ископаемых почвах на севере Пакистана.
«Инструменты, которые мы используем, - это молекулы и биомаркеры, произведенные организмами в истории Земли и сохранившиеся в горных породах», - говорит Эллисон Карп, аспирант геолого-геофизических исследований в Пенсильванском университете и ведущий автор статьи. «Мы можем использовать их как подсказки, чтобы выяснить, что происходило с климатом и экологией в прошлом».
Новый метод имеет широкое значение как инструмент для ученых, стремящихся ответить на вопросы о прошлой растительности и изменении климата, сказал исследователь.
Это показывает, что инструмент может точно определить место возгорания, где оно произошло, по словам Карпа. «В записи палеопочвы вы действительно фиксируете целостную картину того, что происходило, когда формировалась почва», - сказала она..
Исследователи недавно сообщили о своих выводах в Proceedings of the National Academy of Sciences. Кэтрин Фриман, профессор геолого-геофизических исследований Университета Эвана Пью в Пенсильвании и советник Карпа, является соавтором статьи.
«Это одно из самых больших экологических изменений за последние 66 миллионов лет», - сказал Карп. «До этого перехода не существовало ни одной из существующих сегодня систем открытых пастбищ. Это был совершенно другой мир, особенно в субтропических местах, таких как Пакистан».
Ученые давно изучают рост пастбищ C4, названных в честь растений, которые развили новый способ обработки фотосинтеза, который позволяет им процветать в сухих тропических условиях и с меньшим количеством углекислого газа. Эти растения включают современные культуры, такие как кукуруза и сахарный тростник.
Когда-то считалось, что причиной подъема пастбищ C4 стало падение глобального уровня углекислого газа. Более поздние исследования показали, что травы распространяются с разной скоростью на разных континентах, указывая на то, что региональные факторы, такие как режимы дождя и, возможно, пожары, играли важную роль. Но было мало прямых доказательств, связывающих рост лесных пожаров с этим переходом.
«Мы были заинтересованы в реконструкции огня и расширения пастбищ в одной и той же геологической летописи, чтобы посмотреть, сможем ли мы найти косвенные доказательства той роли, которую сыграл огонь», - сказал Карп. «Теперь у нас есть хороший ряд данных наблюдений, чтобы сравнить их с тем, что говорят модели».
Карп и ее сотрудники использовали полициклические ароматические углеводороды (ПАУ), обнаруженные в палеопочвах, в качестве индикаторов возгорания. ПАУ - это химические вещества, которые образуются при сжигании органических веществ, таких как древесина и растения. Они также естественным образом содержатся в угле и сырой нефти.
Количество ПАУ увеличилось в пять раз по всей исследуемой территории, в то время как присутствие хвойных деревьев уменьшилось и в конечном итоге исчезло. Пейзаж с густыми лесами открывался в два этапа. Около 10 миллионов лет назад леса были заменены более подверженными пожарам открытыми лесными массивами или лугами, а между шестью и восемью миллионами лет назад пастбища C4 стали преобладать, когда резко увеличилось количество огненных сигнатур.
Современная пожарная экология может объяснить этот процесс. Травы после пожара растут быстрее, чем деревья, и они также помогают создавать условия для последующих пожаров, способствуя созданию открытых ландшафтов. В позднем миоцене влажные сезоны, вызванные муссонами, стимулировали рост растений, что, в свою очередь, создавало больше топлива для пожаров в жаркие и засушливые сезоны в Пакистане.
Роль огня в расширении и эволюции пастбищных систем в далеком прошлом важна, потому что понимание того, как огонь поддерживал системы в прошлом, может помочь нам предсказать, что может случиться с этими важными системами в будущем, когда климат продолжится. измениться, - сказал Карп.
Новый подход к маркерам пожаров можно использовать для изучения взаимодействий между огнем и растительностью в ландшафтном масштабе для других географических регионов и климатических переходов, таких как переход ледников-межледниковий или катастрофические события изменения климата, заявили исследователи.