北極における気候と植生の相互作用

更新世は、気候の大きな変動が頻繁に起こり、特に北極圏の生態系の構造と機能に劇的な影響を与えた時代でした。この時代の大部分では地球全体の気温は現在の平均を下回っていましたが、著しく温暖な時期もありました。例えば、最後の間氷期（130～116 ka）には、北半球の夏の日射 量の増加（現在より11%高い）により気温が現在より4℃上昇し、その結果、氷の範囲が現在より狭くなり、森林限界が現在の限界より約600km北に前進したと考えられています。^{[ 18 ]}その後、最後の氷期最盛期（LGM）には気候が急激に寒冷化し（25～21 kaの間、現在の地球平均より5～6℃低い）、その結果、北半球全体に氷河が広がり、海面が約125メートル低下しました。^{[ 18 ] [ 19 ]}この間、ベーリンジアは海面低下に伴う陸塊の露出増加によって内陸大陸体制へと移行し、著しく乾燥化したため、氷河に覆われることはなかった。 ^{[ 20 ]}その結果、北極の景観は現在よりもはるかに寒冷で乾燥しており、風が強かったと考えられており、その後、森林限界が大幅に南に後退した。^{[ 18 ] [ 21 ]}その後、最終氷期最盛期の終わりの温暖化により、更新世から完新世への移行が起こり、完新世は前世に比べて気候変動が減少した時代となった。 

完新世初期を通して地球の気候は変動を続けましたが、時間の経過とともにその規模は小さくなり、全体的な変動は前の時代の劇的な変化に比べて小さくなりました。最終氷期最盛期に拡大した北半球の氷床が後退した後、ベーリンジア東部（アラスカ北西部）の気温と湿度は変動を続け、7～5千年前に完新世中期の温暖期を迎え、気温は直近の千年紀よりも0.5～2  ℃高くなりました。^{[ 22 ] [ 23 ]}この温暖期の後、4～3千年前頃から気温が低下し始め、日射量の増加に伴い新氷期の寒冷化が始まりました。^{[ 22 ] [ 21 ]}中期完新世の温暖期の時期は、当初推測されていたよりもかなり遅かった（以前は、この温暖期は完新世初期11.0～9. Ka に始まったと示唆されていた）が、マルチプロキシ分析により、その時点で北西アラスカ全体で均一な温暖期はなかったことが示された。^{[ 24 ] [ 23 ]}

ツンドラ生態系は鮮新世末期（360万年前）に北半球で発達したが、それ以前は北極は主に森林と低木地で覆われており、北は北極海の海岸線まで広がっていた。しかし、中期更新世にはこの植生パターンはイネ科植物のツンドラステップへと変化した。^{[ 18 ]}この背の高い植生からの移行は、最終氷期最盛期に極限に達するまで続き、ベーリンジア内の隠れた避難地を除いて、森林は北緯55度より北には達しなかった。^{[ 21 ] [ 25 ]}この時期の氷河のない地域全体が乾燥していた（そしてその結果として積雪がなかった）ため、低木ツンドラは以前の生態系に比べて範囲が非常に限られていたと考えられる。その代わりに、ベーリンジア全域で、イネ科ツンドラステップは匍匐性の矮性低木とイネ科草本ツンドラ（現在では分布が限られている生態型）のモザイクを形成した。 ^{[ 18 ] [ 21 ]}この時期に起こった大規模な気候変動を代表するものとして、更新世の植生パターンは、さまざまな生態系の大規模な拡大と縮小を示している。

更新世の最終氷期最盛期から完新世初期にかけてベーリンジア全域で劇的な景観変化が起こった間、乾燥したツンドラは温暖で湿潤な時期に低木が拡大するにつれて取って代わられ、最終的に今日この地域を特徴づける泥炭地、北方林、融解湖のモザイクが形成されました。 ^{[ 6 ] [ 23 ]}この間、ビーバーと樹木（トウヒ、カバノキ、ポプラ）がスワード半島で拡大し、北方林は再び北へ進み、最終的にはこれらの種の20世紀の分布域さえも超えて拡大しました。^{[ 26 ] [ 27 ]}しかし、完新世の気候最適期後の新氷河期の寒冷化の開始により、これらの種は現在の分布域に制限されました。これは、比較的涼しい気候条件が背の高い植物の繁殖を制限したためと考えられます。^{[ 6 ] [ 21 ]} LGMから中期完新世の温暖期への移行の初期段階では、泥炭地や融解湖が急速に形成されたため、景観は変化し続けました。しかし、これらの変化は11～10 kaの間にピークに達し、その後、気温だけでなく季節の変化が景観プロセスや植生の変化を変化させたため、完新世初期を通じて減少しました。 ^{[ 23 ]}分布域の限界と植物群集の変化は土壌の種類によってさらに影響を受けたため、植生の変化は気候条件だけで制御されるものではありませんでした。^{[ 28 ] [ 18 ]}