Permsko-triasové masové vymieranie (PTME), ktoré nastalo približne pred 252 miliónmi rokov, predstavuje najzávažnejšiu krízu v histórii fanerozoika. Je všeobecne prijaté, že toto vymieranie bolo spôsobené intenzívnym globálnym otepľovaním, vyvolaným vulkanickými emisiami uhlíka zo sibírskych trappov. Počas PTME vyhynulo približne 81–94 % morských bezstavovcov a 89 % rodov suchozemských tetrapódov. Aj keď by sa bežne očakávalo, že atmosférický CO2 a globálna povrchová teplota klesnú na predvulkanické úrovne do približne 100 000 rokov po sopečných pulzoch, v ranom triase prekvapivo pretrvávali extrémne skleníkové podmienky počas zhruba piatich miliónov rokov.

Príčiny tohto neobvyklého pretrvávania super-skleníkových podmienok boli predmetom značnej debaty. Predchádzajúce hypotézy zahŕňali zmeny vo feedbacku silikátového zvetrávania, ktoré by bránili efektívnemu odstraňovaniu CO2 zo zemského systému, napríklad zníženú dostupnosť zvetrateľného materiálu alebo rýchle kontinentálne zvetrávanie sprevádzané vysokou mierou spätného zvetrávania v oceáne bohatom na oxid kremičitý. Avšak zostávalo nejasné, prečo by tieto procesy trvali tak dlho.

Nová štúdia skúma mechanizmus, ktorý je časovo úzko spätý s dobou pretrvávania extrémneho tepla: hypotézu, že kľúčovou príčinou prechodu k super-skleníkovému ranému triasu bola dramatická a dlhotrvajúca redukcia suchozemskej biomasy v nízkych zemepisných šírkach, spôsobená PTME, a jej oneskorené zotavenie. Rastlinné spoločenstvá, najmä tropické rašelinotvorné ekosystémy, sú zodpovedné za výrazné viazanie CO2, ale tieto rozsiahle biomy boli na konci permu stratené. Dôkazom toho je aj viacmiliónová „uhelná medzera“ v ranom až strednom triase, počas ktorej sa netvorila rašelina z rastlinného materiálu.

Na otestovanie tejto hypotézy vedci rekonštruovali spatio-časové mapy zmien rastlinnej produktivity počas PTME a raného až stredného triasu pomocou fosílnych záznamov a litologických indikátorov klímy. Zistili, že:

• Najvýraznejšie vymieranie postihlo tropickú a subtropickú vegetáciu v nízkych až stredných zemepisných šírkach (od −45°S do 45°N), kde vyhynulo 86 % makrofosílnych druhov, zatiaľ čo vo vysokých zemepisných šírkach to bolo 66 %.
• Pred PTME bola druhová bohatosť rastlín najväčšia v nízkych a stredných zemepisných šírkach, podobne ako dnes. Po kríze sa tento trend dramaticky obrátil a vyššia bohatosť bola zaznamenaná vo vysokých zemepisných šírkach, ktoré slúžili ako útočisko.
• Rozsiahle arborescentné lesy s výškou až 50 m boli nahradené nižšími bylinnými porastmi s výškou od 0,05 do 2 m vo väčšine nízkych a stredných zemepisných šírok, čo naznačuje výrazný pokles biomasy a produktivity.
• Odhadovaná čistá primárna produktivita na súši (NPPL) klesla z približne 54,4–62,5 Pt C/rok v neskorom perme na 13,0–19,7 Pt C/rok v ranom triase (čo predstavuje stratu približne 70 %).

Na kvantifikáciu biogeochemických a klimatických dôsledkov týchto zmien vo vegetácii bol použitý model SCION Earth Evolution Model. V kontrolnom behu, ktorý nezahŕňal stratu vegetácie, modelované teploty po ukončení sopečných emisií zo Sibírskych trappov rýchlo klesli. Avšak po zohľadnení poklesu rastlinnej produktivity v ranom triase model ukázal pretrvávajúce vysoké hladiny atmosférického CO2 (okolo 7000 ppm) a vysoké teploty (až 33–34 °C) počas približne piatich miliónov rokov, čo je v súlade s proxi dátami. Zníženie intenzity kontinentálneho silikátového zvetrávania v dôsledku poklesu rastlinnej produktivity malo väčší vplyv na zvyšovanie atmosférického CO2 ako priamy pokles viazania organického uhlíka.

Štúdia naznačuje, že progredívne zotavovanie suchozemských ekosystémov, začínajúce v olenekskom štádiu a zrýchľujúce sa v anisianskom štádiu, viedlo k ukončeniu dlhotrvajúceho skleníkového prostredia a následnému ochladeniu. Tento dynamický proces je v súlade s dôkazmi o priaznivejšom prostredí počas opätovného nastolenia rôznorodých ekosystémov v strednom triase.

Tento prípad naznačuje, že za určitou globálnou teplotou môže dôjsť k odumieraniu vegetácie, čo môže viesť k ďalšiemu otepľovaniu prostredníctvom odstránenia vegetácie ako pohlcovačov uhlíka. Štúdia demonštruje existenciu prahov v klimaticko-uhlíkovom systéme Zeme, ktoré môžu urýchliť zmenu klímy a udržať nepriaznivé klimatické stavy po milióny rokov, s dramatickými dôsledkami pre globálne ekosystémy. JaroR

Výsledky publikované v časopise Nature Communications,

Slovník kľúčových pojmov

• Anizianske štádium: Štádium stredného triasu (~246,7 – 241,5 milióna rokov), ktoré zaznamenalo postupné oživenie tropických biómov a obnovenie ukladania uhlia.
• Biogénne zosilnenie zvetrávania (fbiota): Faktor v klimaticko-biogeochemických modeloch, ktorý predstavuje, do akej miery rastliny zvyšujú rýchlosť kontinentálneho zvetrávania hornín, čo je kľúčový proces odstraňovania CO2 z atmosféry.
• Biogeografická produktivita: Metrika produktivity rastlín, ktorá nezohľadňuje účinky fertilizácie CO2; je založená na geografickom rozložení biómov.
• Changhsingské štádium: Posledné štádium permu (~252 – 251,9 milióna rokov), ktoré predchádzalo PTME a bolo charakterizované vysokou diverzitou a produktivitou rastlín v nízkych a stredných zemepisných šírkach.
• Uhoľná medzera: Viacmiliónročné obdobie v ranom až strednom triase, kde sa suchozemský rastlinný materiál neukladal ako rašelina, čo naznačuje výrazný pokles suchozemskej biomasy.
• Fertilizácia CO2: Proces, pri ktorom vyššie koncentrácie atmosférického CO2 môžu zvýšiť rýchlosť fotosyntézy a rastu rastlín, čím sa zvýši produktivita rastlín (NPPLf).
• δ13C (delta-13 uhlík): Pomer stabilných izotopov uhlíka (13C/12C) v uhličitanoch, ktorý sa používa na rekonštrukciu zmien v globálnom uhlíkovom cykle. Veľké negatívne exkurzie naznačujú masívne uvoľňovanie ľahkého uhlíka.
• Raný trias: Obdobie po PTME (~251,9 – 247 miliónov rokov), charakterizované pretrvávajúcimi super-skleníkovými podmienkami a obmedzenou vegetáciou.
• Induánske štádium: Najskoršie štádium raného triasu (~251,9 – 249,9 milióna rokov), charakterizované obzvlášť nehostinnými podmienkami pre rastliny a výrazným poklesom produktivity.
• Latitudiálny gradient diverzity: Všeobecný vzor, pri ktorom sa biodiverzita znižuje so zvyšujúcou sa vzdialenosťou od rovníka. Štúdia pozoruje jeho preklopenie po PTME.
• Net Primary Productivity on Land (NPPL): Celkové množstvo organickej hmoty (uhlíka) vytvorenej suchozemskými rastlinami prostredníctvom fotosyntézy za daný čas.
• Olenekianske štádium: Štádium raného triasu (~249,9 – 246,7 milióna rokov), ktoré zaznamenalo postupnú migráciu rastlín z útočíšť a začiatok oživenia ekosystémov.
• Palinológia: Štúdium spór a peľu, ktoré poskytuje informácie o suchozemských flórach, často vrátane rastlín z vyšších polôh.
• Paleogeografia: Štúdium historickej geografie Zeme, vrátane rozloženia kontinentov a oceánov.
• Permsko-triasové masové vymieranie (PTME): Najrozsiahlejšie hromadné vymieranie v dejinách Zeme (~252 miliónov rokov), ktoré viedlo k vymretiu približne 81-94 % morských bezstavovcov a 89 % rodov suchozemských tetrapódov.
• SCION Earth Evolution Model: Globálny klimaticko-biogeochemický model používaný na simuláciu dlhodobých interakcií medzi klímou, povrchovými procesmi a biogeochemickými cyklami Zeme.
• SibiRske trapy: Rozsiahla magmatická provincia v Rusku, ktorej masívne sopečné erupcie sú široko považované za primárnu príčinu PTME.
• Silikátové zvetrávanie: Chemický proces, pri ktorom sa silikátové minerály rozkladajú a spotrebúvajú CO2 z atmosféry, čo je kľúčová negatívna spätná väzba regulujúca dlhodobé globálne teploty.
• Super-skleníkové podmienky: Predĺžené obdobie extrémne vysokých globálnych teplôt a atmosférického CO2.
• Taphonómia: Štúdium procesov, ktoré ovplyvňujú zachovanie organizmov v zázname fosílií, vrátane rozkladu, pochovania a fosilizácie.
• Horný teplotný stabilný stav: Koncept, podľa ktorého môže systém Zeme prejsť do stavu, kde sa klíma stabilizuje na oveľa vyššej globálnej teplote po milióny rokov v dôsledku zmien v uhlíkovom cykle.