I augusti 2016 områden i Yellowstone National Park som brann 1988 brann igen. Kort efter, i oktober 2016, ekologen Monica Turner och hennes team av doktorander besökte parken för att börja bedöma landskapet.

"Vi såg dessa områden där allt var förbränt och vi hade inte sett det tidigare, säger Turner, en professor i integrativ biologi vid University of Wisconsin-Madison som noggrant har studerat Yellowstones reaktion på brand sedan 1988. "Det var överraskande."

I en studie publicerad denna vecka i Proceedings of the National Academy of Sciences , Turner och hennes team beskriver vad som händer när Yellowstone – anpassad till återkommande bränder vart 100 till 300:e år – istället brinner två gånger på mindre än 30 år. Yellowstone som vi känner den står inför en oviss framtid, forskarna säger, och en av de stora frågorna de hoppas få svar på är om skogarna kan återhämta sig.

Med Rapid Response Research-finansiering från National Science Foundation, Turner och hennes team återvände till Yellowstone sommaren 2017 för att studera områdena som brann igen. Dessa inkluderar Maple Fire, som brände 28-åriga lodgepole tallar som regenererade efter North Fork Fire 1988, och bärelden, som innehöll 28-åriga lodgepole tallar som hade regenererats efter 1988 Huck Fire och 16-åriga träd som regenererade efter 2000 Glade Fire.

I varje område, de jämförde med områden som brann 1988 eller 2000 men som inte brann igen 2016.

I vissa områden, elden brann så kraftigt att inget annat än stubbarna av unga träd fanns kvar. Stockar som en gång hade varit utspridda på skogsbotten brändes, lämnar negativa av deras forna jag – spökskuggor – där de hade fallit.

"Allt var borta, " säger Turner. "Det var häpnadsväckande."

Vanligtvis, de flesta träd som dödats av brand står kvar i flera år. Ytbränder lämnar döda nålar på träd. Kroneldar bränner bort nålar men lämnar stående stammar. Dock, fyra av de 18 återbrända tomterna som Turners team tog prov på såg elden så allvarlig att de var tvungna att hitta på ett nytt namn för att beskriva dem:crown fire plus. I dessa, 99 procent av stjälkarna från tidigare träd förbrändes.

Under 2011, modelleringsarbete av Turners grupp utmanade redan existerande föreställningar om att unga skogar saknar tillräckligt med bränsle i form av träd och nedfällda stockar för att upprätthålla allvarlig brand. 2016 års bränder bekräftade deras förutsägelser.

"Tanken var att om bränder återkommer oftare, vi kommer att se lite självbegränsning, unga skogar kommer inte att kunna brinna igen, " säger studiens medförfattare, doktorand Kristin Braziunas. "Vi såg definitivt att detta inte var fallet - även vid bara 16 år gammal, det fanns tillräckligt med bränsle för att dessa skogar skulle brinna med högsta möjliga svårighetsgrad."

Teamet fann också en sexfaldig minskning av antalet plantor från lodgepole tallträd som återupprättades under det första året efter bränderna 2016. I några fläckar av återbränd skog, regenereringshastigheterna var betydligt lägre. Tät, ungskogar omvandlades till mycket glesare.

Lodgepole tallar är kända för sina serotinösa kottar, som är anpassade för att öppna i eld och släppa ut sina frön, fylla på skogen med ett tjockt täcke av nya träd när elden har tagit slut. Historiskt sett, brandintervallen på 100 till 300 år gav träden chansen att mogna och bygga upp sina fröbankar.

Men yngre träd har ännu inte byggt upp sina besparingar, så en snabb återförbränning är som att doppa in på ett bankkonto innan pengarna har fyllts på.

Forskarna fann också att de återbrända skogarna förlorade betydande kollagringskapacitet. Nästan två av tre stockar på skogsbotten förbrukades i 2016 års bränder. Dessa bitar av död ved var kolsänkor, lagrar kol som trädet tog upp när det levde. När den bränns, de släpper ut kol i atmosfären.

Turner förklarar att när en gammal skog brinner, det tar ungefär 90 år för skogen att återvinna sitt förlorade kol.

"Vi bryr oss om kollagring och återvinning eftersom skogar spelar en mycket viktig roll i den globala kolcykeln, säger Braziunas, som innan han gick med i Turners forskargrupp tillbringade mer än sju år som kommunal brandman i Oberlin, Ohio.

Braziunas anpassade en modell som tidigare skapats av Turners medarbetare, Rupert Seidl, att uppskatta hur lång tid det skulle ta för skogen att återvinna det kol som den förlorat till atmosfären i 2016 års bränder, mellan trädförlust, minskad vedförbrukning, och minskad trädföryngringstäthet. Hon fann att det skulle ta mer än 150 år, förutsatt att skogarna inte brinner igen under den tiden.

"Vi kunde i princip rekonstruera hur skogen såg ut innan branden inträffade, hur många träd det fanns och hur stora de skulle ha varit, " säger Braziunas. "Eftersom vi också mätte närliggande bestånd (av träd) som inte brann, vi skulle kunna jämföra vad som händer efter reburns och spela ut scenarierna i modellen."

Uppskattningen, hon och Turner säger, representerar ett bästa fall, konservativt scenario. Med ett värmande klimat och ökad frekvens av torka, skogarna kommer sannolikt att brinna igen med korta intervaller.

Dock, skogen har länge visat sig vara motståndskraftig.

"Landskapen kommer att se annorlunda ut än de har gjort tidigare, säger Turner, "men det betyder inte att de inte kommer att vara vackra. Det kommer att finnas arter som gynnas och arter som ser sina utbredningsområden dra ihop sig."

"Förändring kommer att ske och förändring kommer att ske snabbare än vi trodde att den skulle göra, " tillägger hon. "Vi lär oss hur systemet reagerar, men vi vet inte i vilken grad den kommer att vara motståndskraftig eller anpassa sig i framtiden. Men jag är inte redo att skriva av det. Vi har blivit överraskade tidigare."