Was ist die (oder einige der) Mindestmenge an atmosphärischem Kohlendioxid, die von Pflanzen benötigt wird?

Die in der anderen Antwort angegebenen Werte beziehen sich tatsächlich auf die Mindestwerte, die Landpflanzen in der Vergangenheit erfahren haben, nicht auf die theoretisch minimal mögliche Konzentration von CO ₂ , die das Pflanzenleben erhalten kann.

Laut Gerhart und Ward (2010):

Während des Last Glacial Maximum (LGM; vor 18.000–20.000 Jahren) und früheren Eiszeiten fiel das atmosphärische [CO ₂ ] auf 180–190 ppm, was zu den niedrigsten Konzentrationen gehört, die während der Evolution von Landpflanzen aufgetreten sind.

Was ist also die theoretisch minimal mögliche CO ₂ -Konzentration , die das Pflanzenleben erhalten kann?

Laut derselben Veröffentlichung (Gerhart und Ward, 2010) gab es mehrere experimentelle Studien, die sich auf niedrige CO ₂ -Konzentrationen konzentrierten :

Mitte der 1990er Jahre wurde im Grassland, Soil, and Water Research Laboratory (USDA-Agricultural Research Service) eine spätere Technologiephase eingeführt, die ein Tunnelsystem im Freien umfasst, in dem Pflanzen über ein Kontinuum von modernen bis niedrigen [CO2-Emissionen] angebaut werden ₂ ] (Mayeux et al., 1993; Abb. 3b,c). Tagsüber wird Luft mit bekanntem [CO ₂ ] in ein Ende des Tunnels gepumpt, wo die Pflanzen relativ viel [CO ₂ ] erfahren. Pflanzen nahe dem Ende des Tunnels erfahren andererseits niedrige [CO ₂ ] (ähnlich wie Gletscherwerte) als Ergebnis der photosynthetischen Entfernung von CO ₂ aus der Luft, während sie sich fortschreitend durch den Tunnel bewegt. Nachts wird der Luftstrom umgekehrt, während die Pflanzen nur atmen, und dies dient zum Ausgleich von [CO₂ ] im gesamten Tunnel.

Obwohl sich diese Studien nicht ausdrücklich auf die minimal mögliche Konzentration konzentrierten , können wir dennoch einige Schlussfolgerungen daraus ziehen. Zum Beispiel in Abb.4 (ebd.):

Wie Sie sehen können, stellen diese vertikalen Linien die minimale Konzentration dar, die in der Vergangenheit aufgetreten ist. Unterhalb dieser Werte beobachten wir jedoch immer noch CO ₂ -Assimilation (Photosynthese). Leider können wir nicht einfach den Wert erhalten, bei dem die Linie die x-Achse berührt, da diese Werte die intrazelluläre CO ₂ -Konzentration sind.

Davon abgesehen hängt die Antwort von einem anderen Konzept ab: CO ₂ -Kompensationspunkt . Für eine C3-Anlage liegt der Kohlendioxid-Kompensationspunkt bei etwa 50 ppm (Tolbert, Benker und Beck, 1995).

Als grobe Schätzung können wir also sagen, dass der gewünschte Wert zwischen 50 ppm und 170 ppm liegt (wahrscheinlich näher an 170 ppm als an 50 ppm).

Dieser minimal mögliche Wert hängt natürlich von mehreren Faktoren ab, wie der Pflanzenart, der Art der Photosynthese (C3, C4, CAM), der Temperatur, der Luftfeuchtigkeit usw.

Quellen:

• Gerhart, L. und Ward, J. (2010). Pflanzenreaktionen auf niedrige [CO2] der Vergangenheit. New Phytologist, 188(3), S. 674-695 .
• Tolbert, N., Benker, C. und Beck, E. (1995). Die Sauerstoff- und Kohlendioxid-Kompensationspunkte von C3-Pflanzen: mögliche Rolle bei der Regulierung des Luftsauerstoffs. Proceedings of the National Academy of Sciences, 92(24), S. 11230-11233 .

Es gibt keine einzige Antwort auf "wie wenig". Jede Landpflanze hat je nach Art ein Minimum darunter und ein Maximum, über dem sie auf diesem Niveau nicht über längere Zeit überleben könnte. Es geht also nicht nur um "wie wenig", sondern um "welche Pflanze" und "wie lange", bis sie stirbt, anstatt nur zu ruhen oder einfach nicht zu wachsen. Aber die Frage betrifft nicht nur Kohlendioxid, es gibt andere Bedingungen (Sonneneinstrahlung, Temperatur, Luftfeuchtigkeit, jährliche Niederschlagsmenge, Bodenqualität, Luftqualität), die sich auf Unter- und Obergrenzen auswirken. Eine Antwort für eine Pflanze in einem geschlossenen System wie einer Röhre in einem Labor abzuleiten, ist eine Sache. In der Natur führen die Bedingungen zu einem extremen Kohlendioxidgehalt (wie entweder 50 ppmv oder 5,

Für die Frage ist diese Annahme ziemlich unerheblich, dass es ein Problem mit den gegenwärtigen atmosphärischen Kohlendioxidkonzentrationen gibt. Problem zu was, wie und warum? Ja, der Kohlendioxidgehalt stieg 2017 um etwa 2,48 ppmv auf 407,54 ppmv. https://www.esrl.noaa.gov/gmd/ccgg/trends/global.html Es gibt auch eine aktuelle Anomalie von 0,79 °C, die mit diesem Wert von 408 ppmv einhergeht. https://www.ncdc.noaa.gov/cag/global/time-series/globe/land_ocean/12/3/1880-2018Unter der Annahme einer Art direkter Ursache-Wirkungs-Beziehung zu den planetarischen Durchschnittstemperaturen, die ausschließlich auf diesen Anstieg des Kohlendioxidgehalts zurückzuführen sind, stellt sich immer noch die Frage, ob das alles ein Problem ist? Das zu beantworten, ist jedoch ein ganz anderes Thema und auch ziemlich unwesentlich für die Frage, wie wenig zu wenig ist, da es nach oben geht, nicht nach unten.

Wir können wissenschaftlich – durch Beobachtung und Experimente – feststellen, dass sowohl steigende Kohlendioxidkonzentrationen in der Atmosphäre stattfinden als auch Kohlendioxid im Infrarotbereich absorbiert und emittiert. Wir können auch zeigen, dass die globale durchschnittliche oberflächennahe Temperatur und der Trend nach oben zeigen. Wie bei der Frage, welcher Kohlendioxidgehalt für Pflanzen nicht ausreicht, können wir jedoch auf den tatsächlichen planetaren Wettersystemen der Erde nicht alles andere beobachten oder damit experimentieren und sehen, was mit einer bestimmten Menge von einem oder mehreren passiert Treibhausgase, die höher oder niedriger ist als die derzeitige Menge. Wir können nur unter Bedingungen außerhalb der Erde experimentieren oder Szenarien auf Computern modellieren. Simulation unter bestimmten anderen Annahmen. Das macht es schwierig, viele Dinge zu tun, einschließlich der Berechnung in der Atmosphäre, wenn es nicht genug Kohlendioxid für Pflanzen gibt. Dies liegt zum großen Teil daran, dass es nicht möglich ist, den größten Teil der Hydrosphäre oder die Sonne oder die vielen anderen Faktoren zu kontrollieren, die sich auf Pflanzen auswirken und wie gut oder schlecht es ihnen geht.

Allerdings gibt es in der Erdgeschichte nur einen Zeitraum, in dem die Bedingungen so waren wie jetzt, und das ist jetzt. Unter den gegebenen Bedingungen scheint es unwahrscheinlich, dass es – unabhängig davon, wie viel oder wenig Erwärmung es verursacht – eine Möglichkeit gibt, die Menge an Kohlendioxid in der Atmosphäre in einem realistischen Zeitrahmen auf einen Wert zu reduzieren, der niedriger ist als im Jahr 1880 (Proxy, Eis Kerne, 282,9 ppmv https://sealevel.info/co2_and_ch4.html )

Eine Frage wie "bei welchem ​​Kohlendioxidgehalt in der Erdatmosphäre beginnen Pflanzen zu sterben" ist knifflig, da die Bedingungen, die erforderlich sind, um 250 (oder 200 oder 150 oder 100 oder 50 oder 0) in der Atmosphäre zu erreichen, am höchsten wären erfordern wahrscheinlich eine Atmosphäre, die einen Großteil des Treibhauseffekts verloren hätte, um dorthin zu gelangen. Im Wesentlichen würden Pflanzen (und fast jedes Tier, das es vermissen würde, sie zu essen) von extremer Kälte getroffen werden, bevor sie von Kohlendioxidmangel betroffen würden.

Obwohl die beste Antwort auf diese Art von Fragen in den Eiskern-Proxys zu finden sein könnte, war die Atmosphäre in den letzten Millionen Jahren nicht niedriger als etwa 180 ppmv https://carboncycle.princeton.edu/research/ atmosphärisch

In einer kontrollierbaren Laborumgebung haben verschiedene Pflanzen unterschiedliche Kohlendioxidwerte, bei denen sie nicht wachsen, inaktiv gehen oder sterben. Dies sind jedoch geschaffene Bedingungen, künstlich, unnatürlich. Auf der Erde, in dem tatsächlich existierenden System, scheinen diese Niveaus von Treibhausgasen in einer funktionierenden Biosphäre, wie wir sie auch nur annähernd haben, unerreichbar zu sein. Es gibt zu viele Variablen, um Kohlendioxid nur zu berücksichtigen, da es nur in einem geschlossenen System experimentiert werden kann, das der Realität nicht entspricht.

Die Mindestkonzentration in PPM zur Unterstützung des Pflanzenlebens variiert zwischen 185 ppm und 225 ppm. Wir sind im Moment bei 433 ppm. Vor diesem Eiszeitzyklus, der vor etwa 3 1/2 Millionen Jahren begann, lag die PPM-Norm zwischen 900 und 1120 ppm. Als Referenz, falls jemand daran interessiert ist zu wissen, wo wir uns befinden, bevor der Mensch die globale Erwärmung verursachte, waren wir bei 240 bis 250 ppm. Ja, als ich herausfand, dass das Pflanzenleben Minimum war und wo wir dann dabei waren, hat es mich auch zu Tode erschreckt.