Давайте представим себе мир, существовавший давно, очень давно: мир 750 миллионов лет назад. Это было время, когда только появились первые животные. Также это было время «Земли-снежка».

Открытие того факта, что несколько раз на протяжении своей истории Земля была покрыта льдом от полюса до полюса – одна из главных геологических находок конца двадцатого века. Недавно закончившийся ледниковый период бледнеет по сравнению с этими давними временами. Лёд заключил Землю в свои объятия, покрыв и сушу, и море. На планете фактически не было никакой жизни, кроме нескольких тёплых оазисов рядом с подводными вулканами. Открытие того, что это состояние «Земли-снежка» происходило не однажды, а неоднократно, хотя и очень давно, демонстрирует лишь один мах тяжёлого маятника, который мы называем климатом. Это также урок того, насколько экстремальными могут быть изменения климата – и, возможно, скоро будут.

Никто не ставит под сомнение тот факт, что человечество стремительно изменяет состав атмосферы, хотя всё ещё идут оживлённые дебаты относительно того, действительно ли эти изменения вызывают повышение среднемировой температуры, также известное как глобальное потепление.

Антропогенная, или инициированная человеком выработка таких газов, как двуокись углерода, метан, хлорфторуглеводороды, двуокись серы и оксид азота, резко возросла с начала Промышленной Революции. Все эти газы обладают способностью поглощать инфракрасное излучение и возвращать его обратно на Землю, производя известный «парниковый эффект». Чтобы лучше понять условия, с которыми столкнётся жизнь в будущем, мы должны лучше понять, каков будет газовый состав атмосферы.

Насколько нам известно, предсказание погоды – дело рискованное. Попытка сделать обоснованный долговременный прогноз на следующие несколько дней достаточно трудна. Попытка сделать то же самое на следующие несколько тысяч тысячелетий выглядит невозможной. Хотя в некоторых аспектах долгосрочный прогноз более точен, чем краткосрочный. Почти вся научная информация на сегодняшний день даёт основание предполагать, что глобальное потепление будет реальностью в долгосрочной перспективе.

Предсказания относительно возможности глобального потепления в течение следующих нескольких десятилетий и столетий сделаны на основании нескольких моделей, известных как Модели Общей Циркуляции (МОЦ). Отправной точкой этих моделей является предсказание о том, что количество двуокиси углерода в атмосфере в течение следующего столетия удвоится. Это удвоение, несомненно, окажет глубокое влияние на экологию, включая более значительное повышение температур в среднеширотных умеренных и внутриконтинентальных областях, чем в остальной части земного шара, уменьшение количества осадков в этих же самых среднеширотных областях и увеличение количества сильных штормов.

Такие изменения затронут всю биосферу, но будут оказывать наиболее явно выраженное воздействие на растительные сообщества. Поскольку накоплено достаточно много информации палеонтологического плана о том, как существовали виды и сообщества растений на протяжении резких изменений климата, которыми сопровождался конец ледникового периода в течение последних 18000 лет, есть некоторые основания для оптимизма в отношении того, что можно сделать разумные предположения, касающиеся грядущих изменений климата.

По мнению палеоботаников, к ближайшему будущему применимы четыре главных урока из недавнего прошлого. Во-первых, похоже, что на климатические изменения отвечают скорее отдельные виды, нежели целые сообщества. За последние 18000 лет видовой состав различных североамериканских лесов значительно изменился, хотя леса сами по себе сохранились. Общины и биомы в целом не отвечают на изменения климата, но вместо этого изменяют свой видовой состав. Во-вторых, ответы отдельных видов на изменение климата часто следуют с задержкой по времени. Особенно резкое изменение климата скорее истребит много видов растений, потому что они не способны распространяться семенами достаточно быстро, чтобы двигаться в одном темпе с изменениями. Например, тсуга канадская может распространяться семенами со скоростью 20-25 километров за столетие. Однако границы климатических поясов могут смещаться со скоростью более 300 километров за столетие.

Конечным результатом может быть локальное вымирание вида, если изменение климата было достаточно быстрым. Третья мысль состоит в том, что характер местных нарушений среды изменится вместе с изменением климата. Пожар – это одна из основных причин нарушения среды в современных лесных экосистемах; с изменением климата характер и частота крупных лесных пожаров также изменятся. Изменения в таких видах нарушений среды могут повлечь за собой больше изменений в экосистеме, чем само по себе изменение климата. В-четвёртых, похоже, что многократные изменения окружающей среды могут стать причиной непредсказуемых ответов со стороны экосистем. Если на данную экосистему оказывает воздействие достаточно много источников изменений, её ответы могут быть непредсказуемыми. Мы уже можем готовиться к тому, чтобы наблюдать образование наземных растительных сообществ, отличающихся от любых из них, существовавших в прошлом – но не путём образования новых видов (хотя это также может случиться), но путём появления нового состава в группах видов, у которых не было никаких аналогов в древних сообществах.

Другим фактором будет реакция растений на увеличенное содержание двуокиси углерода (CO₂) в атмосфере. Многие из растений в ответ на увеличенное содержание CO₂ усиливают свою фотосинтетическую деятельность и темпы роста. Поэтому результатом увеличения содержания CO₂ будут большая глобальная продуктивность растений, более быстрый рост и, возможно, увеличение размеров растений