Holocen to także okres triumfu drzew. Tempo ocieplenia może przerwać historię ich wielkiego powrotu

Zacznijmy od małej wyprawy w czasie i przestrzeni. Cofnijmy się o 20 tys. lat i przenieśmy na Półwysep Skandynawski. Znajdujemy się w maksymalnej fazie ostatniego zlodowacenia plejstoceńskiego. Nic nie wskazuje na to, że za chwilę klimat zacznie się wydobywać z tego dołka, a ciepło ogrzeje Ziemię. Na razie jednak lądolód o grubości do 3 km i powierzchni ok. 6 mln km² zajmuje znaczną część Europy, w tym północną połówkę dzisiejszego terytorium Polski. Jego marsz na południe rozpoczął się dziesiątki tysięcy lat wcześniej właśnie w górach Skandynawii. Trudno uwierzyć, aby w tak surowych warunkach pogodowych i terenowych mogły tam przetrwać drzewa iglaste – świerki i sosny. Teoretycznie lód i mróz utrzymujące się przez większość roku powinny im to skutecznie uniemożliwić.

Tak uważano przez całe dekady. Powszechnie sądzono, że podczas ekspansji lodu na Półwyspie Skandynawskim nie było ani jednego drzewa iglastego, a te, które dziś tam tworzą rozległą puszczę, są potomkami imigrantów przybyłych dopiero przed 8–10 tys. lat. Nieco wcześniej szala zwycięstwa została ostatecznie przechylona na korzyść ciepła. Położyło ono kres najostrzejszej fazie plejstocenu, choć wciąż jeszcze nie lądolodowi, który w Skandynawii został zepchnięty do górskich mateczników, gdzie dogorywał jeszcze przez 2–3 tys. lat. Zgodnie z tym tradycyjnym przekonaniem drzewa wkraczały na opuszczone przez lód tereny od południa i południowego wschodu po kilkudziesięciu tysiącach lat przerwy. Nie od razu oczywiście – pierwsza była tundra. Las zjawił się wraz z wyższymi temperaturami i wilgotniejszym powietrzem.

Innego zdania było jednak dwoje przyrodników – Leif Kullman i Lisa Öberg pracujący na Umeå universitet na północy Szwecji. W wielu miejscach na Półwyspie Skandynawskim, głównie w jego południowo-zachodniej części, znajdowali oni w warstwach osadów polodowcowych pozostałości drzew, których datowanie wskazywało, że wcale nie opuściły one całkowicie tych terenów podczas maksimum ostatniego zlodowacenia. Na tej podstawie naukowcy doszli do wniosku, że nawet wtedy musiały funkcjonować jakieś wolne od lodu strefy, w których drzewa mogły się schronić – taka ostoja nosi nazwę refugium. Kłopot polegał na tym, że w warstwach osadów pochodzących z pełni zlodowacenia nie znajdowano pyłków drzew. Hipotezę Kullmana i Öberg większość ekspertów uznała więc za błędną, a ich datowania pozostałości drzew – za co najmniej niepewne.

Debata jednak trwała, aż w końcu zabrał w niej głos genetyk Eske Willerslev, profesor Københavns Universitet i Oxford University, światowej sławy ekspert w rekonstruowaniu środowiska przyrodniczego z wykorzystaniem DNA pobranego nie wprost z żywych organizmów, ale z próbek gleby, osadów, wody, śniegu, lodu, a nawet z powietrza. W ostatniej dekadzie analizy tzw. środowiskowego DNA (eDNA) stały się ważnym narzędziem do badania stanu przyrody – zarówno współczesnej, jak i dawnej. Willerslev zainteresował się hipotezą Kullmana i Öberg i jego zespół na podstawie badań genetycznych ustalił, że w Skandynawii rosną dwa rodzaje świerka pospolitego. Jeden jest potomkiem drzew przybyłych z cieplejszych obszarów Europy po zakończeniu epoki lodowcowej, natomiast drugi – rdzennym Skandynawem. Musiał przetrwać najgorsze mrozy w niewielkich wolnych od lodu rejonach półwyspu, a gdy plejstocen dobiegł końca, rozszerzył swój zasięg. I choć wymieszał się potem z przybyszami z południa, różnice genetyczne zachowały się do dziś. Gdzie mogły się znajdować te azyle? Willerslev zidentyfikował dwa (korzystając ze wskazówek Kullmana). Pierwszy znajdował się w środkowej Norwegii w okolicy Trondheim, drugi – na wyspie Andøya, leżącej daleko za kołem podbiegunowym północnym. Oba zatem blisko Atlantyku, który łagodził ostry klimat. Prawdopodobnie takich refugiów było więcej.

Ustalenia zespołu Willersleva są istotne przy odtwarzaniu zmian w naturalnej szacie roślinnej, jakie zaszły na Ziemi w okresie od najostrzejszej fazy ostatniego zlodowacenia przed 20 tys. lat do najcieplejszej fazy holocenu przed 8–6 tys. lat. W tym bardzo krótkim w geologicznej skali okresie średnia temperatura na globie podniosła się – według różnych szacunków – o 5–7°C, w wyniku czego z jego powierzchni zniknęły olbrzymie lądolody, zajmujące łącznie ponad 30 mln km². Ich stopienie doprowadziło do podniesienia się poziomu oceanów o 130 m. Jedną z konsekwencji tej wolty klimatu była także ekspansja lasów, które znacznie powiększyły swój zasięg, według niektórych badaczy nawet o połowę.

Maksimum zimna

Maksimum ostatniego zlodowacenia to nie był dobry czas dla drzew. Samo zlodowacenie zaczęło się przed 115 tys. lat, ale nie oznacza to, że przez cały ten czas północna Europa, Azja i Ameryka Północna znajdowały się pod skorupą zmrożonej wody. Był to raczej okres, w którym fazy chłodne występowały na zmianę z bardzo i skrajnie chłodnymi. Zjazdom temperatury globalnej towarzyszył spadek wilgotności klimatu w strefie międzyzwrotnikowej, a także rozrost lodowców górskich – np. w Himalajach wysunęły się poza doliny górskie i zajęły część Tybetu. Największe mrozy, a bliżej równika największe susze, przyszły przed 25 tys. lat i utrzymywały się przez 5–7 tys. lat. Był to zatem względnie krótki okres.

Dla lasów okazał się on kryzysowy. W Europie nie było ich prawie wcale. Na północy stacjonował lądolód, któremu od południa towarzyszył suchy i zimny tundrostep, porośnięty trawami i ziołoroślami („step mamutów”), przechodzący w typowy step w cieplejszych miejscach. Lód zajął także większość Alp. Trochę dużych kompleksów leśnych ocalało jedynie w południowej części kontynentu. No i były jeszcze refugia takie jak te w Norwegii, do których wycofały się drzewa. Jak dużo powstało takich azylów w północnej Europie, nie wiadomo, ale badacze rekonstruujący zmiany w krajobrazie i szacie roślinnej coraz częściej podzielają pogląd Willersleva (a wcześniej Kullmana i Öberg), że to właśnie dzięki nim drzewa mogły względnie szybko migrować na uwolnione od lodu tereny. Na podstawie analizy pyłków roślin naukowcy oceniają, że w maksimum ostatniego zlodowacenia jedynie 20% naszego kontynentu było porośnięte drzewami.

Niewiele lepiej działo się na innych lądach. Ponad połowę Ameryki Północnej zajmowały lód, pustynia lodowa lub tundrostep. Zwarty las porastał jedynie wschodnią część dzisiejszych Stanów Zjednoczonych. Była to tajga przechodząca od zachodu w step, który w Górach Skalistych przeobrażał się w mozaikę lasów iglastych, zajmujących niższe wysokości, i alpejskich łąk na wyższych wysokościach. W Meksyku dominowały sucholubne zarośla i półpustynie. Las tropikalny przetrwał na Przesmyku Panamskim, a w Ameryce Południowej – w dolinie Amazonki, choć tylko częściowo, bo jedynie w jej zachodniej części, bliżej Andów (wschodnią część doliny zajmowały sawanna i suchy step). Znacznie mniejszą powierzchnię miała także Mata Atlântica – las deszczowy ciągnący się wzdłuż atlantyckiego wybrzeża Brazylii. Poza tym wszędzie w Ameryce Południowej dominowały otwarte krajobrazy.

Podobne zjawisko dotyczyło Afryki, w której lasów nie było prawie w ogóle. Skrawki tropikalnej puszczy zachowały się w kilku odizolowanych fragmentach w kotlinie Konga. Natomiast resztę kontynentu zdominowały sawanny i inne formacje trawiaste oraz oczywiście półpustynie i pustynie, które znacznie się rozrosły. W Azji gęsty las tropikalny porastał Półwysep Indochiński oraz Archipelag Malajski z Filipinami. Rzadkie lasy parkowe objęły w posiadanie również deltę Gangesu i południową część Niziny Chińskiej, a główną wyspę japońską Honsiu zajmował las iglasty podobny do tajgi, choć nie tak gęsty. I tyle, jeśli chodzi o drzewa. Porastały one nie więcej niż 15% powierzchni kontynentu. Całą jego północną część stanowiły lądolody i pustynie lodowe przechodzące ku południowi w… pustynie umiarkowanych szerokości geograficznych. Bliżej Pacyfiku, za którego sprawą klimat był nieco wilgotniejszy i łagodniejszy, pojawiała się tundra. Australia generalnie wyglądała podobnie jak dziś, tylko była jeszcze suchsza – lasy deszczowe wycofały się nawet z jej północnej części. Ich azylem pozostała Nowa Gwinea.

Odwrót lodu i marsz drzew

Tak właśnie wyglądały ziemskie lądy przed 20 tys. lat. Naukowcy szacują, że lasy zajmowały jedynie ok. ¼ ich powierzchni. W liczbach bezwzględnych jest to jakieś 35 mln km². Z powodu suchego klimatu były to jednak głównie lasy świetliste i parkowe, mało zwarte, z niewielką ilością krzewów w podszycie. Gęste puszcze należały do rzadkości.

A potem przyszła zmiana, z pewnością błyskawiczna, gdy mierzyć ją zegarem geologicznym, choć rozłożona na wiele tysięcy lat. Planetarny kaloryfer rozgrzewał się, lecz wzrost temperatury na Ziemi nie był jednostajny. Raczej odbywał się w rytmie: dwa kroki do przodu, jeden do tyłu. Niektóre z tych regresów były na tyle długie i silne, że mogły zatrzymać i odwrócić ocieplający trend. Roślinność próbowała dostosować się do tych wahań klimatu. Drzewa jednak nie ruszyły od razu. W ub.r. grupa niemieckich badaczy – zespołem kierowały Ulrike Herzschuh z Universität Potsdam i Anne Dallmeyer z Max-Planck-Institut für Meteorologie w Hamburgu – przedstawiła, jak w końcówce plejstocenu, a potem w holocenie przesuwały się zasięgi głównych biomów. Przez biom zwykle rozumie się duży obszar lądu cechujący się określonym typem szaty roślinnej, fauny i klimatu.

Opierając się na analizach pyłków pochodzących z ponad 3 tys. miejsc na globie, naukowcy odtworzyli zmiany w zasięgu ośmiu biomów, w tym czterech leśnych: lasów tropikalnych, lasów podzwrotnikowych, lasów strefy umiarkowanej i iglastych lasów borealnych (tajgi). Rekonstrukcja pokazuje, że najciekawsze rzeczy na globie zaczęły się dziać dopiero przed 15–14 tys. lat. To wtedy ziemski klimat w końcu zdecydował, w którą stronę podąży. Przez pierwsze 5 tys. lat po maksimum zlodowacenia był wciąż bardzo chłodny. Przełom przyszedł wraz z pierwszą falą ciepła z prawdziwego zdarzenia. Określa się ją interstadiałem Bølling-Allerød, który zaczął się 14,7 tys. lat temu i trwał przez prawie 2 tys. lat. Z powodów, które naukowcy próbują dopiero wyjaśnić, objął on głównie półkulę północną. Pod jego koniec temperatury w jej umiarkowanych i wyższych szerokościach geograficznych podniosły się do poziomu niewiele niższego od obecnego. Było nie tylko cieplej, ale też wilgotniej.

Drzewa tylko na to czekały. Rekonstrukcja zespołu Herzschuh i Dallmeyer pokazuje masowe wkraczanie lasów strefy umiarkowanej do wschodniej części dzisiejszego terytorium USA przed 13,5 tys. lat. W Górach Skalistych świetnie odnalazły się drzewa iglaste. W Europie również szybko przybywało drzew w tym czasie, choć głównie w południowej części kontynentu. Na północ od Alp dominowała tundra, a na wschodzie – zimny step. W cieplejszych miejscach wyrastały lasy sosnowo-brzozowe. Tu i ówdzie, głównie na zachodzie Europy, zaczęła się pojawiać tajga. Na pozostałych lądach zmiany nie były już tak wyraźne, jedynie we wschodniej Azji lasy strefy umiarkowanej znalazły dogodne warunki do ekspansji na Nizinie Chińskiej.

Ten pochód drzew na półkuli północnej nagle zatrzymał się 12,9 tys. lat temu podczas silnego ochłodzenia nazwanego młodszym dryasem. Był to już ostatni epizod plejstocenu. Trwał ok. tysiąca lat. Średnia temperatura w Europie spadła wówczas o 3–5°C w ciągu jednego stulecia. Lasy zostały zmuszone do odwrotu. Znów główną formacją roślinną w północnej części kontynentu stała się tundra. Po tym wielkim kroku w tył klimat wykonał jednak nie jeden, ale wiele kroków do przodu – jakby cofnął się na chwilę tylko po to, by nabrać rozpędu. Wraz z nim rozpędu nabrały też lasy. W ciągu trzech pierwszych tysiącleci holocenu (12–9 tys. lat temu) ich łączna powierzchnia na Ziemi zwiększyła się do ponad 60 mln km². Stały się główną formacją roślinną półkuli północnej. Zajęły ponad 80% powierzchni Europy i Ameryki Północnej, rozprzestrzeniły się w Azji, Afryce i Ameryce Południowej (często były to lasy świetliste, a nie gęste puszcze). Swój maksymalny zasięg osiągnęły nieco później, 8–7 tys. lat temu podczas tzw. holoceńskiego optimum klimatycznego, gdy Ziemia była cieplejsza o 1°C w porównaniu z XX w. i znacznie wilgotniejsza. Był to ten sam czas, gdy w północnej Afryce zamiast Sahary znajdowała się sawanna.

O holocenie często się mówi, że jest epoką ludzi, którzy wykorzystali warunki środowiskowe do opanowania uprawy roślin i hodowli zwierząt, a niedługo potem założyli na Bliskim Wschodzie pierwsze osady i zaczęli wieść osiadły tryb życia. Ale holocen jest także epoką lasów. Tempo, w jakim opanowały one terytoria, gdy tylko klimat im na to pozwolił, zdumiewa naukowców. Globalne rekonstrukcje pozwalają poznać skalę i rozmach tych zmian, ale nie tłumaczą, w jakim tempie i w jaki sposób konkretne fragmenty lądu zostały skolonizowane przez konkretne rośliny. Szczegółowe analizy pokazują, że poszczególne gatunki drzew różnie reagowały na zmianę klimatu. Jedne potrafiły błyskawicznie przesuwać swój zasięg, inne okazywały się maruderami. Badania pyłków wskazują np., że dęby dotarły do południowej Anglii 8–7 tys. lat temu, podczas gdy buki zameldowały się w niej dopiero przed 3 tys. lat. Generalnie najszybciej migrowały gatunki, których nasiona są łatwo rozsiewane przez wiatr, m.in. sosny czy brzozy.

Po drugiej stronie skali były i takie gatunki, które wyginęły, bo nie nadążyły za tempem zmian. Za oceanem taki los spotkał gatunek świerka noszący łacińską nazwę Picea critchfieldii. Podczas maksimum ostatniego zlodowacenia był jednym z głównych drzew tajgi we wschodniej części dzisiejszego terytorium USA, ale wymarł przed 15 tys. lat, gdy klimat nagle się ocieplił – zapewne nie był w stanie przystosować się odpowiednio szybko do wzrostu temperatur w miesiącach letnich. Wielu gatunkom udało się przetrwać, ale nie są już tak rozpowszechnione jak dawniej. „W efekcie, nawet jeśli biomy pozostały te same, to ich skład gatunkowy się zmienił. Plejstoceński las strefy umiarkowanej z południowej Europy znacznie różnił się od holoceńskiego lasu strefy umiarkowanej z Europy Środkowej. Migrują gatunki, a nie całe formacje roślinne” – mówi Dallmeyer.

Badaczka zwraca uwagę, że tak samo będzie w przyszłości. Ponieważ klimat globu się ociepla, naukowcy przy pomocy modeli komputerowych wyrysowują na mapach przyszłe zasięgi poszczególnych biomów, dopasowując je do zakładanego wzrostu temperatur. Ale analizy dotyczące przeszłości pokazują, że wiele zależy od tempa zmian. Np. kanadyjscy naukowcy wyliczyli, że jeśli średnia temperatura na Ziemi podniesie się o 2°C, licząc od początku epoki przemysłowej, północna granica zasięgu świerka w Ameryce Północnej przesunie się w stronę bieguna o jakieś 300 km. Jeżeli taka zmiana klimatu nastąpiłaby w ciągu 100 lat, wówczas drzewa musiałyby migrować ze średnią prędkością 3 km na rok. Choć nie wydaje się to dużo, drzewa mogą nie dać rady przemieszczać się w tym tempie. Będzie to uzależnione od wielu innych czynników – ich wieku, odporności na choroby, jakości gleby, dostępu do wód gruntowych, lokalizacji względem przeważających mas powietrza, zmian w ilości opadów, odległości od dużych zbiorników wodnych, częstotliwości pożarów i tak dalej.

Współczesnym lasom może być trudniej z jeszcze jednego powodu. W wielu miejscach zostały one poszatkowane. Już od dawna nie tworzą zwartych kompleksów, a ziemie, na których rosły, zamieniono w grunty rolne albo zurbanizowano. Np. w południowej i zachodniej Europie taka wycinka zaczęła się już 5–6 tys. lat temu, a przed 2–3 tys. lat stała się intensywna. Nieco później taki wyrąb ruszył w Europie Wschodniej i Północnej. W efekcie obszar lasów na naszym kontynencie zmniejszył się o połowę. Znów jak w maksimum ostatniego zlodowacenia zajmują tylko ¹/₃ jego powierzchni. Na innych kontynentach rzeź drzew ruszyła dopiero w ostatnich stuleciach. Chińscy naukowcy oszacowali niedawno w publikacji na łamach „Quaternary International”, że od optimum klimatycznego przed 7 tys. lat do 1700 r. powierzchnia lasów na Ziemi zmniejszyła się o 5–7%, czyli o 3–4 mln km², głównie za sprawą Europy. Do 1900 r. wycięliśmy następne 5–6 mln km², a do 2018 – kolejne 10 mln km². Pod względem łącznej powierzchni lasów na Ziemi zbliżyliśmy się do kryzysowego poziomu z maksimum ostatniego zlodowacenia.