Earth CO2 dynamics: from CO2 to organic matter and organic matter back to CO2 – an estimate of fluxes

Authors

DOI:

https://doi.org/10.5216/rbn.v17i1.59419

Keywords:

CO2 concentration, earth’s atmosphere, greenhouse gas, organic matter, volume of atmosphere layer

Abstract

The Earth CO2 is constantly changing. During photosynthesis CO2 is assimilated and immobilized in the form of organic matter. In the other way around, under the action of chemical and biochemical processes, the CO2 of the organic matter is released again into the atmosphere. The current concentration of CO2 in the atmosphere is about 390 ppm. Based on information from the literature, it is possible to estimate the amount of organic matter produced from the CO2 available in the atmosphere. On the other hand, by incinerating all the plant and animal organic matter on the Earth, it is possible to estimate the amount of CO2 produced and released to the atmosphere. In order to test these hypotheses, mathematical models were developed. By the models it is possible to estimate that if all CO2 in the atmosphere is assimilated via photosynthesis, it would produce 296 Mg.ha-1 of organic matter. On the other hand, by incinerating all vegetable and animal organic matter from the Earth, excluding petroleum, coal and other carbon sources, and considering an average value of 100 Mg.ha-1 the CO2 concentration in the atmosphere would increase by 131.8 ppm. This value added to the existing 390 ppm would raise CO2 concentration to 521.8 ppm. According to the models and results presented, forests may not be as important as carbon accumulators, making the environment conducive to life on Earth, but according to literature they are essential in the formation of rainfalls and maintenance of humidity, especially in areas far from the oceans and seas.

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Author Biography

Tomás Aquino Portes, Universidade Federal de Goiás, Instituto de Ciências Biológicas, Departamento de Botânica, Goiânia, GO

Professor Titular aposentado (continua como voluntário) da Universidade Federal de Goiás (ICB/UFG/Departamento de Botânica). Possui mestrado em Ciências Agrárias (Fisiologia Vegetal) pela Universidade Federal de Viçosa (1977), doutorado e pós-doutorado em Biologia Vegetal pela Universidade Estadual de Campinas (1990/2011). Trabalhou como pesquisador na EMBRAPA de 1975 a 1995. A partir de 1995, por concurso, transferiu-se para a Universidade Federal de Goiás. Na Universidade, além de professor na graduação e pós-graduação bem como orientador no mestrado e doutorado, foi presidente da CAD (Comissão de Avaliação Docente), membro da CPPD (Comissão Permanente de Pessoal Docente), chefe de Departamento (Departamento de Biologia Geral/Botânica) por nove anos, Vice-diretor do Instituto de Ciências Biológicas (ICB), membro e presidente do Conselho Consultivo da Funape (Fundação de Apoio à Pesquisa da UFG) e, Diretor Executivo da Funape, coordenador do Programa de Pós-Graduação em Biologia (PPGBio) nos anos de 2004 e 2005. Além de outras atividades como elaboração dos sites do ICB e da pós-graduação em Biologia. Participou por três vezes da seleção para chefe geral do Centro Nacional de Pesquisa em Arroz e Feijão (CNPAF), para tal elaborou o Memorial Descritivo e Plano de Trabalho. Na Embrapa, além dos trabalhos de pesquisa em fisiologia do feijoeiro, foi coordenador do Programa Nacional em Pesquisa (PNP) em feijão. Participou diretamente no desenvolvimento da produção de feijão de terceira época, irrigado (feijão de inverno), representando atualmente mais de 18% da produção brasileira de feijão. Participou do trabalho: distribuição profunda do fertilizante, cujo resultado foi utilizado pelos fabricantes das semeadoras que ajustaram suas máquinas para distribuir o fertilizante a 10 - 12 cm abaixo das sementes. Participou do primeiro trabalho sobre mecanização da colheita do feijão em Goiás. Primeiro trabalho,no Brasil, com fotossíntese e emissão da fluorescência pela clorofila a, participou diretamente nos trabalhos de recuperação de pastagens degradadas (Sistema Barreirão) que resultou no Sistema de Integração Lavoura x Pecuária (ILP), reintegrando milhares de hectares de terras degradadas ao sistema produtivo. Recebeu em 1997 o Prêmio Total na Agricultura, Ministério da Agricultura. Foi o coordenador geral da primeira Reunião Nacional de Pesquisa em Feijão (RENAFE), em 1982, atualmente Congresso de Feijão. Publicou 41 artigos em revistas científicas, quatro livros, oito capítulos de livros, 13 artigos em jornais. Orientou 16 alunos de mestrado e cinco de doutorado. Participou a convite de 16 bancas de mestrado, oito de doutorado e quatro bancas de concurso público. Tem experiência na área de Ecofisiologia Vegetal, consorciação de culturas, integração lavoura x pecuária, fotossíntese, fluorescência, carbono x nitrogênio, análise de crescimento de plantas.

References

Barral, A. B., B. Gomez, F. Fourel, V. Daviero-Gomez, & C. Lécuyer. 2017. CO2 and temperature decoupling at the million-year scale during the Cretaceous Greenhouse. Sci. Rep. 7: 8310. DOI:10.1038/s41598-017-08234-0

Brady, N. C. & R. R. Weil. 2010. Elements of the Nature and Properties of Soils. 3 ed. Upper Saddle River, Prentice Hall.

Bright, R. M.; E. Davin, T. O’Halloran, J. Pongratz, K. Zhao & A. Cescatti. 2017. Local temperature response to land cover and management change driven by nonradiative processes. Nat. Clim. Chang. 7: 296–302 DOI:10.1038/nclimate3250

Caillon, N., J. P. Severinghaus, J. Jouzel, J. M. Barnola, J. Kang & V. Y. Lipenkov. 2003. Timing of Atmospheric CO2 and Antarctic Temperature Changes Across Termination III. Science. 299: 1728–1731, DOI: 10.1126/science.1078758

Chave, J., R. Condit, S. Lao, J. P. Caspersen, R. B. Foster & S. P. Hubbell. 2003. Spatial and temporal variation of biomass in a tropical forest: results from a large census plot in Panama. J. of Ecol. 91: 240–252. DOI: 10.1046/j.1365-2745.2003.00757.x

Conant, R. T., M. G. Ryan, G. I. Ågren, H. E. Birge, E. A. Davidson, P. E. Eliasson, S. E. Evans, S. D. Frey, C. P. Giardina, F. M. Hopkins, R. Hyvönen, M. U. F. Kirschbaum, J. M. Lavallee, J. Leifeld, W. J. Parton, J. M. Steinweg, M. D. Wallenstein, J. Å. Martin Wetterstedt & M. A. Bradford. 2011. Temperature and soil organic matter decomposition rates – synthesis of current knowledge and a way forward. Global Change Biol. 17: 3392–3404. DOI: 10.1111/j.1365-2486.2011.02496.x

Cox., E. M., R. A. Betts, C. D. Jones, S. A. Spall & I. J. Totterdellet. 2000. Acceleration of global warming due to carbon-cycle feedbacks in a coupled climate mode. Nature. 408: 184-187.

Davis, W. J. 2017. The Relationship between Atmospheric Carbon Dioxide Concentration and Global Temperature for the Last 425 Million Years. Climate. 5: 76. DOI: 10.3390/cli5040076

Foucher, P. Y., A. Chédin, R. Armante, C. Boone, C. Crevoisier & P. Bernath. 2011. Carbon dioxide atmospheric vertical profiles retrieved from space observation using ACE-FTS solar occultation instrument. Atmos. Chem. Phys. 11: 255- 2470. DOI: 10.5194/acp-11-2455-2011

Howe, P. D., E. M. Markowitz, T. M. Lee, C.-Y. Ko, & A. Leiserowitz. 2013. Global perceptions of local temperature change. Nat. Clim. Change. 3: 352–356. DOI: 10.1038/nclimate1768

IPCC. 2013. Climate Change 2013: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Cambridge University Press, Cambridge and New York, 1535. DOI: 10.1017/CBO9781107415324

IPCC. 2014. Summary for Policymakers. In: Edenhofer, O., R. Pichs-Madruga, Y. Sokona, E. Farahani, S. Kadner, K. Seyboth, A. Adler, I. Baum, S. Brunner, P. Eickemeier, B. Kriemann, J. Savolainen, S. Schlömer, C. von Stechow, T. Zwickel & J.C. Minx (Eds.). Climate Change 2014: Mitigation of Climate Change. Contribution of Working Group III to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA.

Kirschbaum, M. U. F. 1995. The temperature dependence of soil organic matter decomposition, and the effect of global warming on soil organic C storage. Soil Biol. Biochem. 27: 753-76.

Mac Dowell, N., P. S. Fennell, N. Shah & G. C. Maitland. 2017. The role of CO2 capture and utilization in mitigating climate change. Nat. Clim. Chang. 7: 243-249. DOI: 10.1038/nclimate3231.

Makarieva, A. M. & V. G. Gorshkov. 2007. Biotic pump of atmospheric moisture as driver of the hydrological cycle on land. Hydrol. Earth Syst.Sci. 11: 1013–1033.

Marschner, H. 1995. Mineral nutrition of higher plants. 2 ed. London, Academic Press. 902 p.

Peruzzo, F. M. & E. L. Canto. 1998. Química na abordagem do cotidiano. Química Geral e Inorgânica. v. 1, São Paulo, Editora Moderna.

Pidwirny, M. 2006. Introduction to the Oceans: fundamentals of physical geography. 2 ed. Avaliable in: <http://www.physicalgeography.net/fundamentals/8o.html>. Access on 01 mai. 2020.

Portes, T. A. & H. C. Melo. 2014. Light interception, leaf area and biomass production as a function of the density of maize plants analyzed using mathematical models. Acta Sci.. Agr. 36: 457-463. DOI: 10.4025/actasciagron.v36i4.17892.

Ruzmaikin, A. & A. Byalko. 2015. On the Relationship between Atmospheric Carbon Dioxide and Global Temperature. Am. J. Clim. Change. 4: 181-186. DOI: 10.4236/ajcc.2015.43014

Saatchia, S. S., L. H. Nancy, S. Brownc, M. Lefskyd, E. T. A. Mitcharde, W. Salasf, B. R. Zuttaab, W. Buermannb, S. L. Lewisg, S. Hagenf, S. Petrovac, L. Whiteh, M. Silmani & A. Morelj. 2011. Benchmark map of forest carbon stocks in tropical regions across three continents. PNAS. 108: 9899-9904.

Sage, R. F. 1995. Was low atmospheric CO2 during the Pleistocene a limiting factor for the origin of agriculture? Global Change Biol. 1: 93–106. DOI: 10.1111/j.1365-2486.1995.tb00009.x

Shanahan, T. M., K. A. Hughen, N. P. McKay, J. T. Overpeck, C. A. Scholz, W. D. Gosling, C. S. Miller, J. A. Peck, J. W. King & C. W. Heil. 2016. CO2 and fire influence tropical ecosystem stability in response to climate change. Sci. Rep. 6: 29587. DOI: 10.1038/srep29587

Sheil, D. & D. Murdiyarso. 2009. How forests attract rain: an examination of a new hypothesis. BioSci. 59: 341–347. DOI: 10.1525/bio.2009.59.4.12

Taiz, L., E. Zeiger, I. M. Møller & A. Murphy. 2014. Plant Physiology and Development. 6 ed. Sinauer Associates, Oxford University Press, 761 p.

Walker, D. A. 1992. Energy, plants and Man. Brighton, Oxygraphics Limited.

Walters, C. C. 2017. The Origin of Petroleum. pp. 359-379. In: Hsu, C.S. & P. R. Robinson (Eds.). Springer handbook of petroleum technology. New York, Springer International Publishing AG.

Williams, D. R. 2020. Earth Fact Sheet. NASA. Avaliable in: <https://nssdc.gsfc.nasa.gov/planetary/factsheet/earthfact.html>. Access on 01 mai. 2020.

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Published

2020-05-21

How to Cite

PORTES, T. A. Earth CO2 dynamics: from CO2 to organic matter and organic matter back to CO2 – an estimate of fluxes. Revista de Biologia Neotropical / Journal of Neotropical Biology, Goiânia, v. 17, n. 1, p. 47–55, 2020. DOI: 10.5216/rbn.v17i1.59419. Disponível em: https://revistas.ufg.br/RBN/article/view/59419. Acesso em: 17 jul. 2024.

Issue

Vol. 17 No. 1 (2020)

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