Ontdekking van bevroren bossen wijst op toekomstige veranderingen in alpine ecosystemen

Nieuwe Ontdekkingen over de Bevroren Bos in de Beartooth Plateau

Onder een smeltende ijskap in de Yellowstone-regio is een subfossiel van een witte den ontdekt, wat aantoont dat er ongeveer 6.000 jaar geleden een volwassen bos groeide boven de huidige boomgrens. Dit vond plaats in een periode waarin de temperaturen vergelijkbaar waren met die van de 20e eeuw, maar kouder dan nu.

Wetenschappers van de Montana State University hebben de bevroren resten van een oud bos ontdekt, 600 voet boven de moderne boomgrens op het Beartooth Plateau. Deze ontdekking kan aanwijzingen geven over mogelijke veranderingen in het alpine ecosysteem als de opwarming van de aarde aanhoudt.

Een paper over deze ontdekking is gepubliceerd in het tijdschrift Proceedings of the National Academy of Sciences. Het beschrijft wat wetenschappers hebben geleerd door de resten van een volwassen witte dennenbos te bestuderen dat zich op een hoogte van 10.000 voet bevond, ongeveer 6.000 jaar geleden, toen de temperaturen in het Greater Yellowstone Ecosysteem vergelijkbaar waren met die van het midden tot het einde van de 20e eeuw.

Volgens de onderzoekers bloeide het bos eeuwenlang totdat het klimaat ongeveer 5.500 jaar geleden begon af te koelen door een afname van de zomerse zonnestraling. De koelere temperaturen zorgden ervoor dat de boomgrens naar beneden verschuift, waardoor het hooggebergte veranderde van bos naar de alpine toendra die we vandaag de dag kennen.

David McWethy, een van de auteurs van de studie en universitair hoofddocent aan de afdeling Aardwetenschappen van de MSU, merkte op dat daaropvolgende vulkanische activiteit op het noordelijk halfrond de al koelende temperaturen in de regio verder deed dalen. Het dennenbos werd snel in ijs ingekapseld en bleef daar bewaard totdat de ijskap in de afgelopen jaren begon te smelten. McWethy zei dat deze ontdekking het eerste bewijs opleverde uit een alpien gebied dat aantoont dat volwassen bossen zich in hogere gebieden hadden gevestigd toen de temperaturen warmer waren.

“Dit is behoorlijk dramatisch bewijs van ecosystemen die veranderen door temperatuurstijging,” zei hij. “Het is een verbazingwekkend verhaal over hoe dynamisch deze systemen zijn.”

De studie stelt dat ijspatches, in tegenstelling tot gletsjers, niet stromen. Tot voor kort heeft het ijs zich langzaam en bijna continu opgehoopt, wat de bewaring van afgezette materialen zoals pollen, houtskool en macrofossielen binnen hun bevroren lagen mogelijk maakte.

McWethy voegde eraan toe dat de idee om de ijspatches van Beartooth te verkennen voor aanwijzingen over het verleden, voortkwam uit het werk van Craig Lee, nu assistent-professor aan de MSU. In 2007 ontdekte Lee een deel van een 10.300 jaar oude atlatl in een ijspatch op het plateau, wat wetenschappers alert maakte op het feit dat er meerdere millennia aan culturele materialen en milieugegevens waren bewaard in nabijgelegen ijslagen.

“De meeste van onze beste langetermijnklimaatgegevens komen uit Groenland en Antarctica. Het is niet gering om ijspatches te vinden die gedurende zo’n lange periode zijn behouden op lagere breedtegraden in het binnenland,” zei McWethy. De ijspatches op het plateau beslaan honderden vierkante meters, wat relatief klein is in vergelijking met aanhoudende ijsmassa’s elders.

In 2016 begonnen Lee, McWethy en Greg Pederson, paleoklimatoloog voor het U.S. Geological Survey, informatie te verzamelen over milieuverandering en vroegere menselijke activiteit uit de ijspatches op het plateau. In 2018 begonnen zij en anderen met het bestuderen van extra alpine ijspatches in het gebied om de langetermijnklimageschiedenis van het ecosysteem en de invloed ervan op de inheemse Noord-Amerikanen te reconstrueren. McWethy zei dat dit werk een brede samenwerking omvatte tussen stammen, federale instanties, archeologen en wetenschappers van verschillende universiteiten. De studie van de boomgrens is slechts één aspect van dit werk.

De wetenschappers leggen uit dat het noodzakelijk was om verschillende elementen van het oude ecosysteem te bestuderen om het verhaal van het bevroren bos compleet te maken. Teamleden, waaronder afgestudeerden en studenten van de MSU, analyseerden lagen van waterisotopen en organische materialen in ijskernen die uit de ijspatch zijn genomen. Pederson oogstte dwarsdoorsneden van hout van de oude bomen voor radiokoolstofdatering.

Pederson merkte op dat het werk aantoonde dat de boomgrenzen op het plateau omhoog verschoven als reactie op regionale opwarming en dat het dennenbos 500 jaar lang bloeide terwijl de klimatologische omstandigheden gematigd en vochtig bleven.

“Het plateau lijkt de perfecte plek te zijn geweest voor het vestigen en aanhouden van ijspatches gedurende duizenden jaren, waarbij belangrijke informatie over het verleden van het klimaat, menselijke activiteit en milieuwijzigingen werd vastgelegd,” aldus Pederson.

De resultaten van de studie suggereren dat de huidige klimatologische omstandigheden ertoe kunnen leiden dat bomen naar hogere gebieden van het plateau verhuizen die nu toendra zijn. Pederson benadrukte echter dat, hoewel de resultaten van de studie sitespecifiek zijn, er sterke verbanden zijn met klimaateffecten op boomgrenshoogtes wereldwijd.

“De temperaturen in het groeiseizoen zijn de belangrijkste factor die de hoogte en breedte van de boomgrens beïnvloedt,” zei Pederson. “Echter, op individuele locaties van de boomgrens kunnen andere factoren zoals vochtigheid, wind, sneeuwbedekking en menselijke verstoring een belangrijke rol spelen in het bepalen van de bosstructuur en hoogtegrenzen.”

Om deze redenen is het onmogelijk om precies te voorspellen hoe toekomstige boomgrensbossen op het Beartooth Plateau eruit zullen zien wat betreft dichtheid, verspreiding of soortencompositie, wat zal variëren afhankelijk van de mate van opwarming, volgens McWethy en Pederson. Ze zeggen dat de boomgrens waarschijnlijk zal stijgen naarmate het klimaat opwarmt, maar dat neerslagniveaus de structuur en omvang van nieuwe bossen zullen bepalen.

Veranderingen zullen aanzienlijke gevolgen hebben voor het toekomstige ecosysteem, zeggen de auteurs van de studie, waaronder klimaatdeskundige en emeritus hoogleraar Cathy Whitlock van de MSU, die al 40 jaar in het Greater Yellowstone Ecosysteem werkt. Zij en Pederson gaven aan dat een lagere sneeuwbedekking op hoge hoogtes de watervoorziening voor irrigatie en elektriciteitsproductie beneden de rivier zou beïnvloeden. McWethy voegde eraan toe dat als bossen zich beginnen te vestigen in de toendra, de brandstofomstandigheden dramatisch kunnen veranderen, wat mogelijk het risico op bosbranden verhoogt.

“Dat is de reden waarom studies over vroegere ecologische veranderingen meer zijn dan alleen interessante wetenschappelijke feiten,” zei Pederson. “Ze hebben veel grotere implicaties voor de middelen waarvan we allemaal afhankelijk zijn.”