宾夕法尼亚州立大学和史密森国家自然历史博物馆的科学家表示，古代野火在草原的形成和扩散中起着至关重要的作用，就像那些现在覆盖地球大部分地区的草原一样。

一项新研究将近1000万年前中新世晚期野火的大幅增加与陆地植被的重大转变联系在一起，正如化石记录中发现的植物生物标志物的碳同位素所示。研究人员表示，频繁的季节性火灾有助于将森林地区变成开阔的景观，并推动了草原的扩张。

该团队开发了一种创新方法来测试火灾在早期草原上升中的作用。他们分析了巴基斯坦北部古老的落叶和古土壤或化石土壤中残留的有机物质的示踪剂。

“我们使用的工具是地球历史上有机体产生的分子和生物标记，并保存在岩石中，”宾夕法尼亚州立大学地球科学研究生，该论文的第一作者Allison Karp说。“我们可以利用这些作为线索来弄清楚过去气候和生态发生了什么。”

研究人员说，这项新技术作为科学家寻求回答过去植被和气候变化问题的工具具有广泛的意义。

据卡普称，这表明该工具可以精确定位发生火灾的位置。“在古土壤记录中，你真正捕捉到土壤形成过程中发生的事情的综合图景，”她说。

研究人员最近在“美国国家科学院院刊”上报告了他们的研究结果。宾夕法尼亚州立大学地球科学教授Evan Pugh和卡普的顾问凯瑟琳弗里曼是该论文的共同作者。

“这是过去6600万年来最大的生态变化之一，”卡普说。“在这个转变之前，我们今天所拥有的开放式草原系统都没有。这是一个非常不同的世界，特别是在像巴基斯坦这样的亚热带地区。”

长期以来，科学家们一直在研究C4草原的兴起，这些草原以植物的形式命名，这些植物进化出了一种处理光合作用的新方法，使它们能够在干燥，热带的条件下和较少量的二氧化碳中茁壮成长。这些植物包括玉米和甘蔗等现代作物。

一度认为全球二氧化碳水平下降是C4草原上升的原因。最近的研究表明，不同大陆的禾草以不同的速度传播，这表明区域因素，如降雨模式 - 以及潜在的火灾 - 起到了重要作用。但几乎没有直接的证据表明野火的增加与这种转变有关。

“我们有兴趣在相同的地质记录中重建火灾和扩大草原，看看我们是否能找到火灾起作用的代理证据，”卡普说。“我们现在有一系列很好的观察证据可以与模特所说的相提并论。”

卡普和她的合作者使用在古土壤中发现的多环芳烃(PAHs)作为火源。多环芳烃是通过燃烧有机物如木材和植物而产生的化学物质。它们也天然存在于煤和原油中。

PAHs在研究区域增加了五倍，而针叶树的证据下降并最终消失。森林茂密的景观分两个阶段开放。大约一千万年前，森林被更多的火灾，开阔的林地或草原所取代，在六百万到八百万年前，C4草原成为主导，就像火灾特征量急剧增加一样。

现代火灾生态学可以解释这个过程。火灾后，草比树木生长得快，它们也有助于为随后的火灾创造条件，促进开放的景观。在中新世晚期，季风条件带来的雨季促使植物生长，这反过来又在巴基斯坦炎热干燥的季节为火灾创造了更多的燃料。

“火灾对草原系统在深层时间的扩张和演变中的作用非常重要，因为了解火灾过去如何维持系统可以帮助我们预测未来气候持续变化时这些重要系统会发生什么，”卡普说过。

研究人员说，新的火灾标记方法可用于检查火灾和植被之间的景观尺度相互作用，以及其他地理区域和高潮过渡，如冰期 - 间冰期过渡或灾难性气候变化事件。