Als sich ein Wald veränderte

Fossile Blätter aus Wyoming geben Aufschluss darüber, wie ein Wald vor 56 Millionen Jahren auf eine starke Erwärmung reagierte

Es sind keine spektakulären Fossilien. Keine Knochen eines Dinosauriers, kein Schädel eines frühen Säugetiers. Die Wissenschaftler interessieren sich für Blätter, die vor rund 56 Millionen Jahren zu Boden fielen und heute in den Gesteinen des Bighorn Basin im amerikanischen Bundesstaat Wyoming liegen. An ihnen lässt sich etwas ablesen, das im Fossilbericht sonst nur schwer zu erfassen ist: die Struktur eines längst vergangenen Waldes.

Das Bighorn Basin gehört zu den wichtigsten Fundregionen für das sogenannte Paläozän-Eozän-Temperaturmaximum, kurz PETM. Vor etwa 56 Millionen Jahren gelangten innerhalb vergleichsweise kurzer Zeit große Mengen Kohlenstoff in das Erdsystem. Die globale Durchschnittstemperatur stieg um etwa fünf bis sechs Grad Celsius. Das Ereignis dauerte insgesamt ungefähr 200.000 Jahre.

Die Wälder in Wyoming reagierten darauf. Eine neue Studie, über die Nature berichtet, rekonstruiert anhand fossiler Blätter, wie sich ihre Kronenstruktur während der Erwärmung veränderte. Die Vegetation wurde deutlich offener. Zugleich veränderte sich die Zusammensetzung der Pflanzen.

Das ist zunächst eine lokale Geschichte. Ihre Bedeutung liegt darin, dass sie einen ungewöhnlich direkten Blick auf die Reaktion eines terrestrischen Ökosystems auf eine starke Erwärmung ermöglicht.

Ein Archiv aus Gestein

Das Bighorn Basin ist für solche Untersuchungen besonders geeignet, weil dort Sedimente aus dieser Zeit in großer Mächtigkeit und vergleichsweise kontinuierlich erhalten sind. Schon frühere Untersuchungen haben gezeigt, dass sich die Pflanzenwelt während des PETM deutlich veränderte.

Vor der Erwärmung wuchsen dort unter anderem Nadelbäume und sommergrüne Laubbäume. Während des PETM nahmen dagegen Pflanzen zu, die mit wärmeren und vermutlich teilweise trockeneren Bedingungen besser zurechtkamen, darunter Palmen und Farne. Später kehrten einige der zuvor häufigen Baumgruppen wieder zurück. Die neue Untersuchung fragt weniger danach, welche Pflanzen dort wuchsen, sondern danach, wie dicht der Wald war.

Dafür nutzen die Forscher die Anatomie fossiler Blätter. Blätter, die im Schatten wachsen, unterscheiden sich in bestimmten Merkmalen von solchen, die viel Licht erhalten. Aus diesen Merkmalen lässt sich auf die Lichtverhältnisse schließen, unter denen die Pflanzen einst lebten. Die fossilen Blätter werden damit zu einem indirekten Maß für die Dichte des damaligen Kronendachs.

Das Verfahren ist naturgemäß eine Rekonstruktion und keine direkte Messung. Trotzdem erlaubt es einen Einblick in einen Aspekt des vergangenen Ökosystems, den Fossilien gewöhnlich nicht ohne weiteres preisgeben. Das Ergebnis: Während der Erwärmung wurde das Kronendach erheblich offener. Der Wald war also nicht einfach verschwunden. Er hatte sich verändert.

Was die Erwärmung mit den Pflanzen machte

Das ist ein wichtiger Unterschied. Ein Wald kann seine Artenzusammensetzung verändern, kleiner werden oder lichter werden, ohne dass an seiner Stelle sofort eine völlig baumlose Landschaft entsteht. Genau diese Verschiebung lässt sich auch in anderen Untersuchungen des PETM erkennen. Eine 2025 in Nature Communications veröffentlichte Studie kombinierte Vegetationsrekonstruktionen mit einem Modell, das verschiedene Anpassungsstrategien von Pflanzen berücksichtigt. Für das Bighorn Basin ergab sich während des PETM eine Verschiebung hin zu kleineren Pflanzen mit Eigenschaften, die als günstiger für heiße und trockenere Bedingungen gelten. Die Autoren sehen darin Hinweise darauf, dass die Vegetation der Erwärmung nicht unmittelbar durch evolutionäre Anpassung folgen konnte.

Das Bild ist allerdings nicht überall gleich. An einem hocharktischen Untersuchungsstandort zeigen fossile Pollen und die Modellrechnungen eine deutlich andere Entwicklung: Dort nahm die Vegetationshöhe während des PETM teilweise zu oder erholte sich rasch. Offenbar konnten höhere Temperaturen und längere Wachstumsperioden dort unter ausreichend feuchten Bedingungen sogar günstig für die Vegetation sein.

Das ist für die Interpretation der neuen Untersuchung entscheidend. Die Erde erwärmte sich während des PETM global, aber die Vegetation reagierte regional unterschiedlich. Aus dem Befund aus Wyoming lässt sich deshalb nicht ableiten, dass Wälder überall auf der Erde in gleicher Weise auf die damalige Erwärmung reagierten.

Das Kohlendioxid ist nur ein Teil der Geschichte

Das PETM ist auch deshalb interessant, weil damals wie heute zusätzliches Kohlendioxid eine wichtige Rolle spielte. Für Pflanzen ist CO₂ zunächst kein Gift, sondern ein Ausgangsstoff der Photosynthese. Unter geeigneten Bedingungen kann eine höhere CO₂-Konzentration das Wachstum fördern. Ob dieser Effekt in einem ganzen Ökosystem erhalten bleibt, hängt jedoch von weiteren Faktoren ab.

Temperatur und Wasserverfügbarkeit gehören dazu. In einem wärmeren Klima steigt der Wasserbedarf vieler Pflanzen; gleichzeitig können sich Niederschlagsmuster verändern. Eine Pflanze, die bei höherem CO₂ theoretisch schneller wachsen könnte, profitiert davon wenig, wenn Hitze oder Wassermangel ihr Wachstum begrenzen.

Bei der Rekonstruktion des PETM spielen deshalb nicht nur die Temperaturen eine Rolle. Für das Bighorn Basin gibt es Hinweise auf Veränderungen des Wasserhaushalts und auf eine stärkere Bedeutung wärme- und trockenheitsverträglicher Pflanzen. Die genaue Gewichtung der einzelnen Faktoren bleibt jedoch eine wissenschaftliche Frage. Gerade deshalb wäre es zu einfach, die Studie mit einer Aussage wie „CO₂ ließ die Wälder verschwinden“ zusammenzufassen.

Die lange Erholung

Noch auffälliger als die Veränderung während des PETM ist die Zeit, die danach verging. Die Vegetation erholte sich. Arten kehrten zurück, und die frühere Waldstruktur entstand schließlich wieder. Nach den vorliegenden Rekonstruktionen dauerte dieser Prozess jedoch mehr als 100.000 Jahre. Auch andere Untersuchungen des PETM kommen zu dem Ergebnis, dass sich die Funktionen der Vegetation und die gebundenen Kohlenstoffvorräte nur langsam erholten.

Dabei handelt es sich nicht um die Zeit, die ein einzelner Wald braucht, um nach einer Störung wieder grün zu werden. Gemeint ist eine längerfristige Erholung der Vegetationsstruktur und ihrer ökologischen Funktionen. Das ist ein wesentlicher Unterschied. Nach einem Feuer können innerhalb weniger Jahre wieder Pflanzen wachsen. Ein Wald kann nach einigen Jahrzehnten erneut geschlossen aussehen. Bis sich jedoch die Zusammensetzung einer Pflanzengemeinschaft, ihre Produktivität und die mit ihr verbundenen Ökosystemfunktionen wieder auf das frühere Niveau eingependelt haben, kann sehr viel mehr Zeit vergehen.

Was sich daraus – und was sich nicht – ableiten lässt

Die Versuchung ist groß, die Fossilien aus Wyoming unmittelbar auf die Gegenwart zu beziehen. Wissenschaftlich wäre das zu weitgehend. Das PETM war keine Wiederholung des heutigen Klimawandels. Die damalige Welt sah anders aus, die Kontinente lagen anders, die Arten waren andere. Auch die Geschwindigkeit, mit der der zusätzliche Kohlenstoff in das Erdsystem gelangte, unterscheidet sich von der heutigen anthropogenen Emission.

Hinzu kommt, dass die neue Untersuchung einen bestimmten Ort betrachtet. Wyoming steht nicht für sämtliche Wälder der damaligen Erde. Gerade der Vergleich mit anderen Fundstellen zeigt, dass Vegetation auf Erwärmung regional sehr verschieden reagieren kann. Trotzdem ist der Befund interessant. Die fossilen Blätter zeigen, dass eine starke Erwärmung nicht nur dazu führen kann, dass einzelne Pflanzenarten seltener werden oder andere an ihre Stelle treten. Sie kann die Struktur eines ganzen Waldes verändern.

Und sie zeigen, dass eine solche Veränderung nicht schnell verschwinden muss, wenn die eigentliche Klimastörung vorüber ist. Für die Paläobotanik ist das eine neue Möglichkeit, die Reaktion vergangener Wälder genauer zu untersuchen. Für die Klimaforschung liefert es einen weiteren Baustein in der Frage, wie belastbar die Kohlenstoffspeicherung durch Landökosysteme unter stark veränderten Klimabedingungen ist. Mehr lässt sich aus den Blättern von Wyoming nicht herauslesen. Aber weniger sollte man aus ihnen auch nicht machen.