Für ihre Studie ermittelten die Forschenden in fossilen Blättern und in heutigen Blättern jeweils, wie viel Licht ein Blatt erhalten hat, oder umgekehrt, wie viel Schatten es am Standort des Baums gab. Die Studie einer Gruppe um die Paläobotanikerin Regan Dunn vom Natural History Museum of Los Angeles County in Los Angeles, USA, ist in der Fachzeitschrift Science erschienen.
Zu der untersuchten Heißzeit in der Vorgeschichte war es an der Grenze der Erdzeitalter Paläozän und Eozän gekommen. Vermutlich ereignete sie sich wegen eines stark steigenden CO₂-Gehalts in der Atmosphäre. Innerhalb von 3000 bis 10 000 Jahren gelangten etwa 2500 bis 4500 Milliarden Tonnen Kohlenstoff in die Luft und in die Meere der Erde. Diese Entwicklung habe „zu massiven Störungen des Kohlenstoffkreislaufs, zur Ozeanversauerung sowie zu einem Anstieg der globalen Durchschnittstemperatur um fünf bis neun Grad Celsius“ geführt, schreiben die Studienautoren. Die genaue Ursache für die Treibhausgas-Freisetzung ist nicht klar; möglicherweise waren die Ursache massive Vulkanausbrüche.
„Wir setzen CO₂ schneller in die Atmosphäre frei als jeder bekannte natürliche Prozess.“
Die CO₂-Anreicherung der Luft vollzog sich damals rasch, aber längst nicht so schnell wie heute. „Wir setzen CO₂ schneller in die Atmosphäre frei als jeder bekannte natürliche Prozess“, sagte Dunn laut einer Mitteilung ihrer Institution. Dennoch biete das Temperaturmaximum vor 56 Millionen Jahren die beste Möglichkeit, zu erkennen, wie das Klima und die Ökosysteme der Erde auf einen massiven Kohlenstoffeintrag reagieren.
Einblick in die Pflanzenwelt zu dieser Zeit bekamen die Forschenden durch Blattfossilien aus dem Hanna Basin im US-Bundesstaat Wyoming. Die in Kohle und anderen organischen Materialien enthaltenen Blätter sind so gut erhalten, dass die Forscher die Größe der einzelnen Zellen der äußeren Gewebeschicht, der Epidermis, bestimmen konnten.
Daraus konnten sie die damaligen Lichtverhältnisse rekonstruieren. Denn Blätter im Schatten haben ein anderes Seitenverhältnis als Blätter in der Sonne, sie sind länger. „Dies ist die Reaktion der Pflanzen auf Schatten: Sie verlängern das Blatt, indem sie jede einzelne Zelle strecken“, sagt Dunn. Das Verhältnis von Längs- zu Schmalseite gibt also Aufschluss darüber, wie dicht das Waldkronendach zur Lebenszeit der Pflanze war. Die Wissenschaftler bestimmten das Seitenverhältnis der Blätter heutiger Bäume im Verhältnis zum Waldkronendach; daraus entwickelten sie ein Modell, durch das anhand der Blattzellen auch bestimmt werden kann, wie dicht der Wald zu den Lebzeiten fossiler Blätter war. Weiterhin analysierten die Forscher Fossilien von Pollen und Sporen.
Das historische Vorbild zeigt, wohin sich die Erde entwickeln könne
Die Auswertung der Daten ergab, dass sich während der Erwärmung vor 56 Millionen Jahren das Waldkronendach rasch lichtete. Zudem verschob sich die Vegetation von Bedecktsamern, also vor allem Blütenpflanzen, hin zu Nacktsamern, insbesondere Farnen. Als Baumarten dominierten zunehmend Palmen wie auch andere Pflanzenarten, deren heutige Verwandte ihre größte Artenvielfalt in subtropischen oder trockenen tropischen Klimazonen haben.
„Es zeigt sich, dass ein Übermaß an Kohlendioxid für Wälder schädlich ist, da die damit einhergehende Erwärmung und Austrocknung die Bäume stresst und viele von ihnen absterben lässt“, erklärt Ellen Currano von der University of Wyoming in Laramie, USA, Co-Autorin der Studie. Das historische Vorbild zeige, wohin sich die Erde möglicherweise bald entwickeln könnte.
Von etwa 1982 an hat der erhöhte CO₂-Gehalt der Luft dazu geführt, dass der Blattflächenindex anstieg; der Index ist ein Maß dafür, wie dicht die Wälder sind. Da Pflanzen CO₂ zum Wachsen brauchen, sorgte das zusätzliche CO₂ für grünere Wälder. Doch um das Jahr 2000 kehrte sich die Entwicklung auf etwa 90 Prozent der Flächen mit Vegetation um: Die Erde wird seitdem brauner. Die Forscher deuten dies als Reaktion auf zunehmenden Hitze- und Trockenstress der Pflanzen. „Wir wären gut beraten, Wälder zu schützen und wiederherzustellen, solange sie noch dazu beitragen können, das beispiellose Tempo des vom Menschen verursachten Klimawandels abzufedern“, hebt Dunn hervor.
