Рослини на Землі можуть загинути при зниженні CO₂ до 150 ppm

Дослідники встановили, що критичний поріг концентрації вуглекислого газу в атмосфері Землі становить приблизно 150 частин на мільйон, нижче якого більшість рослин не може підтримувати процес фотосинтезу. Зниження концентрації CO₂ нижче цього рівня спричинило б катастрофічний колапс біосфери, оскільки наземні рослини та тваринний світ, який від них залежить, загинули б.

Мінімальна необхідна концентрація вуглекислого газу для фотосинтезу відрізняється залежно від типу фотосинтетичного шляху, який використовує рослина. Найпоширенішим є C3-фотосинтез, який використовують приблизно 85 відсотків видів рослин. Рослини з цим типом фотосинтезу найбільш чутливі до зниження рівня CO₂ і фактично припиняють фотосинтез при концентрації близько 150 частин на мільйон, що також перешкоджає їх розмноженню. Точка компенсації CO₂ для C3-рослин, тобто концентрація, при якій поглинання вуглецю дорівнює його виділенню під час дихання, становить близько 50 частин на мільйон.

C4-фотосинтез являє собою більш ефективний фотосинтетичний шлях, який використовують такі рослини, як кукурудза та злаки. Цей тип адаптований для функціонування при значно нижчих концентраціях вуглекислого газу. C4-рослини можуть продовжувати ефективно фотосинтезувати при рівнях нижче 10 частин на мільйон, що дозволяє біосфері на основі C4-рослин існувати довше в умовах дуже низьких концентрацій CO₂.

Історичні дані з льодових кернів показують, що під час льодовикових періодів атмосферні рівні вуглекислого газу знижувалися до небезпечно низьких показників — 180 частин на мільйон. Цей рівень знаходиться лише на 30 частин на мільйон вище теоретичного порогу вимирання для більшості рослинного життя. Це демонструє, наскільки близько біосфера Землі підходила до масового вимирання під час цих природних планетарних циклів.

Найнижча концентрація CO₂, зафіксована протягом останніх кількох льодовикових циклів, становила близько 180 частин на мільйон. При такому рівні багато рослин, особливо C3-види, зазнавали б серйозного стресу з пригніченим ростом і розмноженням.

Дослідники зазначають, що оптимальний рівень CO₂ для фотосинтетичних рослин і водоростей становить близько 1000 частин на мільйон, що востаннє спостерігалося, коли з'явилися перші примати. Відтоді рівні вуглекислого газу неухильно знижувалися.

Сучасна концентрація становить близько 400 частин на мільйон після відновлення з найнижчої точки 180 частин на мільйон під час льодовикового оптимуму 26−20 тисяч років тому. Концентрація CO₂ мала тенденцію до зниження з 2750 частин на мільйон 160 мільйонів років тому, коли відбувся вибух різноманітності коралів і коли рівні вуглекислого газу були значно вищими.

Ці дані ставлять під сумнів твердження про те, що вищі рівні CO₂ завдадуть шкоди кораловим рифам. Навпаки, історичні свідчення показують, що корали процвітали при значно вищих концентраціях вуглекислого газу в минулому.

Розуміння цих критичних порогів має важливе значення для оцінки стійкості земної біосфери та потенційних наслідків майбутніх змін клімату. Дослідження підкреслює тонкий баланс, який підтримує життя на нашій планеті, і показує, наскільки близько Земля підходила до екологічної катастрофи в своїй геологічній історії.