Wälder im heutigen Süden von Wyoming wurden vor 56 Millionen Jahren dramatisch verändert, als der Planet das Paleocene-Eocene Thermal Maximum (PETM) erlebte. In diesem Zeitraum stiegen die Temperaturen um bis zu sechs Grad Celsius, Hitze und Dürre töteten zahlreiche Bäume und das Kronendach wurde um etwa 60 Prozent dünner. Die neue Forschung, veröffentlicht in Science, zeigt, dass es weit über 100.000 Jahre dauerte, bis diese Wälder ihre frühere Dichte wiedererlangten.
Warum der antike Zusammenbruch heute wichtig ist
Das PETM ist das nächstliegende natürliche Analog zur heutigen globalen Erwärmung, doch die Kohlenstoffemissionen erfolgen etwa zehnmal schneller als die natürlichen Prozesse, die das antike Ereignis auslösten. Das Verständnis, wie Wälder damals reagierten, hilft Wissenschaftlern, Schwellenwerte zu identifizieren, die, wenn sie überschritten werden, moderne Ökosysteme in einen langfristigen Niedergang treiben könnten.
Wiederaufbau eines verschwundenen Kronendachs
Um die Struktur eines vor Millionen von Jahren verschwundenen Waldes zu beurteilen, nutzte das Team den Blattflächenindex, ein Maß dafür, wie viel Blattfläche das Sonnenlicht blockiert. Sie verglichen mikroskopische Cuticulae, die wachsartigen Häute fossiler Blätter, mit modernen Proben aus Wäldern Mittel- und Südamerikas. Die Form der Epidermiszellen ändert sich je nach Lichtmenge, die ein Blatt erhält: Im Schatten gewachsene Blätter besitzen längere, stärker gestreckte Zellen, während sonnenexponierte Blätter kürzere, rundere Zellen entwickeln. Durch das Zuordnen der Zellformen zu bekannten Blattflächenindex-Werten konnten die Forschenden die Kronendachdichte im antiken Wald von Wyoming ableiten.
Von dicht zu offen und wieder zurück
Kurz vor der raschen Erwärmung des PETM erreichte das Kronendach seine höchste Dichte seit Hunderttausenden von Jahren, vermutlich verstärkt durch steigendes atmosphärisches Kohlenstoffdioxid infolge vulkanischer Aktivität. Als die Temperaturen weiter anstiegen, wurden die Vorteile des höheren CO₂ durch Hitzestress und Dürre überlagert, was zu einer schnellen Ausdünnung des Kronendachs führte. Der reduzierte Wald veränderte die Landschaft, wobei gröbere Flussablagerungen auf Veränderungen im Wasser- und Sedimentfluss hinwiesen.
Was die Ergebnisse für die Zukunft bedeuten
Die Studie zeigt, dass ein höheres CO₂ zunächst das Pflanzenwachstum anregen kann, doch sobald Temperatur- und Wassergrenzen überschritten werden, verschwindet der Düngungseffekt und Wälder können in einen langanhaltenden Zustand reduzierter Funktion übergehen. Moderne Wälder zeigen bereits Anzeichen von Stress durch steigende Hitze, Dürre, Schädlinge und Feuer, verschärft durch Abholzung für Landwirtschaft und Holzgewinnung.
Die Erholung im antiken Befund war möglich, weil das Klima schließlich abkühlte, da Verwitterung CO₂ aus der Atmosphäre entfernte, wodurch Böden stabilisiert und neue Bäume wieder etabliert werden konnten. Dieser Prozess erstreckte sich jedoch über Zehntausende von Jahren, weit länger als eine menschliche Lebensspanne oder ein politischer Zyklus.
Für Entscheidungsträger*innen und Naturschützer*innen ist die Lehre eindeutig: Das Überschreiten ökologischer Schwellenwerte muss vermieden werden, wenn Wälder resilient bleiben sollen. Der Schutz bestehender Kronen, die Reduktion von Emissionen und das Gewähren von Zeit für natürliche Regeneration sind die wirksamsten Mittel, um zu verhindern, dass Wälder in einen Zustand geraten, dessen Umkehr Jahrtausende dauern würde.
Regan E. Dunn, Associate Curator im La Brea Tar Pits and Museum und Adjunct Professor für Erdwissenschaften an der USC, sagt, das Fossilregister "erinnert uns daran, dass Wälder sich erholen können, aber nur, wenn die Menschheit sie nicht über Schwellenwerte hinausdrängt, von denen die Erholung Zehntausende von Jahren dauert."