För cirka 56 miljoner år sedan genomgick jordens klimat en stor klimatomvandling. Ett enormt utsläpp av kol i havet och atmosfären ökade atmosfärens koldioxid (CO₂ ) koncentrationer – vilket innebar att temperaturen steg med 5 till 8°C och stigande havsnivåer.

Låter det bekant?

Denna händelse, kallad Paleocene–Eocene Thermal Maximum (PETM), inträffade under loppet av några tiotusentals år, men orsakerna och konsekvenserna av denna övergång diskuteras fortfarande brett.

Några av de hypotetiska orsakerna till det enorma kolutsläppet inkluderar massiv vulkanisk aktivitet i Nordatlanten, plötsligt utsläpp av metan från havsbotten eller smältning av permafrost eller torv i Antarktis.

Bevis för PETM kommer mestadels från forntida marina sediment, men om vi ska lära oss av denna period vad som kan hända som ett resultat av vår nuvarande klimatförändringskris, måste vi förstå vad som hände på land också.

Hittills har lite information varit tillgänglig om hur PETM-klimatet förändrade livet på land, så vårt forskarteam använde globalt distribuerat fossilt pollen som bevarats i gamla bergarter för att rekonstruera hur markvegetation och klimat förändrades under denna period.

Vår nya forskning, ledd av mig själv och Dr. Scott Wing vid Institutionen för paleobiologi vid Smithsonians National Museum of Natural History och publicerad i tidskriften Paleoceanography and Paleoklimatology, visar att en ökning av koncentrationen av atmosfärisk CO₂ spelat en stor roll i att förändra jordens klimat och växtliv.

Vi kan se en liknande ökning under de kommande århundradena som ett resultat av antropogena (som orsakas av människor) ökningar av CO₂ .

För att förstå hur markvegetationen förändrades och rörde sig under denna period använde vi ett nyligen utvecklat tillvägagångssätt baserat på fossilt pollen som bevarats i gamla stenavlagringar. Den använder det distinkta, artspecifika utseendet hos pollenkorn som observerats med hjälp av ett mikroskop.

Det distinkta utseendet på pollen utvecklades för att hjälpa till med pollineringsstrategier som används av växter. Eftersom varje art har unikt pollen betyder det att vi kan jämföra fossilt pollen med modernt pollen för att hitta en matchning – så länge som växtfamiljen inte har dött ut.

Som ett resultat kan fossilt pollen med säkerhet tilldelas många moderna växtfamiljer. Var och en av dessa moderna växter har specifika klimatkrav, och vi antar att deras gamla släktingar behövde ett liknande klimat.

För att ge mer förtroende för detta antagande undvek vi data från växtgrupper som vi visste hade utvecklats efter PETM, eftersom dessa arter kanske inte har etablerat sig i samma klimatpreferens som de har idag.

Pollen som har bevarats i klippor i tiotals miljoner år gör att vi kan rekonstruera både antika blomstersamhällen och tidigare klimat.

För första gången har vi tillämpat detta tillvägagångssätt över hela världen, på fossilprover från 38 PETM-platser från alla kontinenter utom Antarktis. Denna nya pollenanalys visar att PETM-växtsamhällena skiljer sig från före-PETM-växtsamhällen på samma platser.

Dessa förändringar i blomsammansättningen, på grund av massiva växtvandringar, indikerar att förändringar i vegetationen till följd av klimatförändringar var globala, även om de inblandade växttyperna varierade efter region.

När vi säger växtvandring menar vi växtrörelser, eftersom fröna som sprids växer bättre på en plats och i klimatet än på en annan – i det här fallet på högre, kallare breddgrader över lägre, varmare.

Växter kan migrera över 500 meter varje år, så under tusentals år kan de förflytta sig enorma avstånd.

Till exempel, på norra halvklotet ersattes plötsligt de kala cypressträskarna i Wyoming i USA med palmdominerade säsongsmässigt torra subtropiska skogar. På samma sätt, på södra halvklotet, ersattes våttempererade podocarpskogar av skogar av subtropiska palmer.

Vi tilldelade varje art en kategori baserad på klimatet, kallad Köppen klimattyp. Exempel på detta är tropisk regnskog, torr öken, tempererad varm sommar och polar tundra.

Detta säger oss att PETM förde varmare och blötare klimat mot polerna på båda halvkloten, men varmare och mer säsongsmässigt torra klimat till mitten av breddgraderna.

För att utforska den geografiska omfattningen av dessa förändringar arbetade vi med Dr. Christine Shields från US National Center for Atmospheric Research och Dr. Jeffrey Kiehl vid University of California för att köra klimatmodellsimuleringar.

Datan som användes för att skapa dessa simuleringar härleddes från Community Earth System Model (version CESM1.2).

Dessa simuleringar stämde väl överens med de klimatdata vi hittade i pollen, inklusive expansionen av tempererade klimat på bekostnad av kalla klimattyper mot polerna samt expansionen av tempererade och tropiska klimat på mellanbreddgrader.

Så, om vår nuvarande CO₂ nivåerna fortsätter att stiga, uppvärmning och smältande permafrost, vilket skulle kunna släppa ut mer lagrat kol till atmosfären som det kan ha gjort för 56 miljoner år sedan, vi kommer återigen att se dessa massförskjutningar i vegetationen som svar på dramatiska förändringar i lokala klimatförhållanden.

Hur väl växtligheten kan migrera kommer att bero på många faktorer, inklusive hastigheten på klimatförändringarna och tillgången på lämpliga migrationsområden för dessa växter.

Där växterna går, så kommer också djuren som förlitar sig på dem (om de kan) – kanske i vissa fall människor inklusive.

Understanding this massive shift on our planet that came as a result of a warming climate gives us an insight into our potential future. Are we prepared to physically move from our homes, like these ancient forests did, to adapt to climate change or can we work together now to avoid the adverse consequences of a warming world?