Какое (или какое-то из) минимальное количество атмосферного углекислого газа необходимо растениям?

Значения, представленные в другом ответе , на самом деле связаны с минимальными значениями, испытанными наземными растениями в прошлом, а не с теоретически минимально возможной концентрацией CO ₂ , способной поддерживать жизнь растений.

По словам Герхарта и Уорда (2010):

_{Во время последнего ледникового максимума (LGM; 18 000–20 000 лет назад) и предыдущих ледниковых периодов концентрация [CO 2} ] в атмосфере упала до 180–190 частей на миллион, что является одним из самых низких концентраций, имевших место в ходе эволюции наземных растений.

Итак, какова теоретическая минимально возможная концентрация СО ₂ , способная поддерживать жизнь растений?

Согласно той же статье (Gerhart and Ward, 2010), было проведено несколько экспериментальных исследований, посвященных низким концентрациям CO ₂ :

В середине 1990-х годов в Лаборатории исследований пастбищ, почвы и воды (Служба сельскохозяйственных исследований Министерства сельского хозяйства США) был представлен более поздний этап технологии, который включает систему наружных туннелей, в которой растения выращиваются в диапазоне от современного до низкого [CO ₂ ] (Mayeux et al., 1993; рис. 3b,c). В течение дня воздух с известным [CO ₂ ] закачивается в один конец туннеля, где растения испытывают относительно высокий [CO ₂ ]. Растения в конце туннеля, с другой стороны, испытывают низкий [CO ₂ ] (аналогичный ледниковым значениям) в результате фотосинтетического удаления СО ₂ из воздуха по мере его продвижения по туннелю. Ночью воздушный поток меняется на противоположный, в то время как растения дышат исключительно, и это служит для выравнивания [CO₂ ] по всему тоннелю.

Несмотря на то, что эти исследования не фокусируются явно на минимально возможной концентрации , мы все же можем сделать некоторые выводы на их основе. Например, на рис.4 (там же):

Как видите, эти вертикальные линии представляют минимальную концентрацию, испытанную в прошлом. Однако мы по-прежнему наблюдаем ассимиляцию СО ₂ (фотосинтез) ниже этих значений. К сожалению, мы не можем просто получить значение, где линия касается оси x, потому что эти значения представляют собой внутриклеточную концентрацию CO _{2 .}

При этом ответ зависит от другой концепции: точки компенсации CO ₂ . Для завода C3 точка компенсации углекислого газа составляет около 50 частей на миллион (Tolbert, Benker and Beck, 1995).

Таким образом, мы можем сказать, что в качестве грубой оценки желаемое значение находится между 50 и 170 чнм (вероятно, ближе к 170 чнм, чем к 50 чнм).

Конечно, это минимально возможное значение зависит от нескольких факторов, таких как вид растения, тип фотосинтеза (С3, С4, САМ), температура, влажность и т. д.

Источники:

• Герхарт, Л. и Уорд, Дж. (2010). Реакция растений на низкий уровень [CO2] в прошлом. Новый фитолог, 188(3), стр. 674-695 .
• Толберт, Н., Бенкер, К. и Бек, Э. (1995). Точки компенсации кислорода и углекислого газа С3-растений: возможная роль в регуляции атмосферного кислорода. Труды Национальной академии наук, 92 (24), стр. 11230-11233 .

Нет единого ответа «как мало». Каждое наземное растение, в зависимости от его типа, имеет некоторый минимум ниже и максимум, выше которого оно не могло бы выжить в течение длительного времени на этом уровне. Так что дело не только в том, «как мало», но и в том, «какое растение» и «как долго», пока оно не умрет, а не просто перейдет в состояние покоя или просто перестанет расти. Но вопрос касается не только углекислого газа, есть и другие условия (количество солнечного света, температура, влажность, годовое количество осадков, качество почвы, качество воздуха), влияющие на любые нижние и верхние пределы. Одно дело получить какой-то ответ для какого-то растения в замкнутой системе, такой как пробирка в лаборатории. В природе условия, приводящие к некоторому экстремальному уровню углекислого газа (например, 50 частей на миллион по объему или 5,

Это довольно несущественно, чтобы подвергнуть сомнению это предположение о том, что существует некоторая проблема с текущими концентрациями углекислого газа в атмосфере. Проблема к чему, как и почему? Да, уровень двуокиси углерода вырос в 2017 году примерно на 2,48 промилле по объему до 407,54 промилле по объему. https://www.esrl.noaa.gov/gmd/ccgg/trends/global.html Существует также текущая аномалия 0,79 ° C, соответствующая этому уровню 408 ppmv. https://www.ncdc.noaa.gov/cag/global/time-series/globe/land_ocean/12/3/1880-2018Предполагая некую прямую причинно-следственную связь со средней планетарной температурой, связанную исключительно с этим повышением уровня углекислого газа, все равно возникает вопрос, является ли это проблемой? Попытка ответить на этот вопрос — совершенно другая проблема, и она также довольно несущественна для вопроса о том, насколько мало слишком мало, поскольку оно растет, а не падает.

Мы можем научно — посредством наблюдений и экспериментов — установить, что происходит увеличение концентрации углекислого газа в атмосфере, и что углекислый газ поглощает и излучает в инфракрасном диапазоне. Мы также можем показать, что глобальная средняя замеренная приповерхностная температура и тренд возрастают. Однако, как и вопросы о том, какой уровень углекислого газа недостаточен для растений, то, что мы не можем наблюдать или экспериментировать — на настоящих планетарных погодных системах Земли — это поддерживать все остальное и наблюдать, что происходит с заданным количеством одного или нескольких количество парниковых газов выше или ниже текущего количества. Мы можем только экспериментировать в неземных условиях или моделировать сценарии на компьютерах. Моделирование, учитывая некоторые другие предположения. Это затрудняет выполнение многих действий, в том числе расчет в атмосфере, когда для растений не хватает углекислого газа. В значительной степени это связано с тем, что невозможно контролировать большую часть гидросферы, солнце или многие другие факторы, влияющие на растения и то, насколько хорошо или плохо они живут.

Тем не менее, в истории Земли есть только один период, когда условия такие, как сейчас, и это сейчас. В существующих условиях кажется маловероятным, что — независимо от того, насколько сильное или незначительное потепление оно вызывает — существует какой-либо способ уменьшить количество углекислого газа в атмосфере в любой реалистичный период времени до чего-то меньшего, чем это было в 1880 г. ядра, 282,9 ppmv https://sealevel.info/co2_and_ch4.html )

Вопрос типа «при каком уровне углекислого газа в атмосфере Земли растения начинают умирать» является сложным, потому что условия, необходимые для достижения 250 (или 200, или 150, или 100, или 50, или 0) в атмосфере, наиболее вероятно, потребуется атмосфера, которая потеряла бы большую часть парникового эффекта, чтобы добраться туда. По сути, растения (и почти все животные, которые скучали бы по их поеданию) пострадают от сильного холода, прежде чем их поразит голодание по углекислому газу.

Хотя лучший ответ на такого рода вопросы можно найти в прокси ледяных ядрах, в том, что в течение последнего миллиона лет или около того атмосфера не была ниже примерно 180 ppmv https://carboncycle.princeton.edu/research/ атмосферный

В контролируемой лабораторной среде разные растения имеют разный уровень углекислого газа, при котором они не будут расти, впадать в спячку или умирать. Но это условия созданные, искусственные, противоестественные. На Земле, в реально существующей системе, эти уровни любого из парниковых газов кажутся недостижимыми в работающей биосфере, близкой к той, что есть у нас. Слишком много переменных, чтобы просто учитывать углекислый газ, потому что с ним можно экспериментировать только в закрытой системе, которая не похожа на реальность.

Минимальная концентрация в частях на миллион для поддержания жизни растений варьируется от 185 до 225 частей на миллион. Сейчас у нас 433 промилле. До этого цикла ледникового периода, который начался около 3 1/2 миллионов лет назад, норма PPM составляла от 900 до 1120 частей на миллион. Для справки, если кому-то интересно узнать, где мы находимся до глобального потепления, вызванного человеком, мы были на уровне от 240 до 250 частей на миллион. Да, когда я обнаружил, что с растительной жизнью был минимум, а потом, где мы были, это напугало меня до чертиков, я тоже.