Om fotosyntes och djurliv

Genom min brors försorg (tack Thomas) så fick jag häromdagen se manus till vad som tydligen varit en föreläsning om mänsklighetens villkor idag och för överskådlig framtid. Föreläsaren heter Martin Taylor och föreläsningen hölls i maj 2011. och går att ladda ner från

www.mmtaylor.net/Academic/Population_energy.ppt.

Föreläsningen handlar om hur många människor som kan leva (uthålligt) på jorden. En av utgångspunkterna är en artikel av Jetz m.fl. i Science från 2004 och huvudtanken är att det går att beräkna hur mycket mark ett stort djur behöver för att fylla sitt energibehov.

Jag måste omedelbart skriva att jag inte tror på de siffror som anges, de är alldeles för stora. När det påstås att ett köttätande djur på 70 kg behöver en area om 15 km2 så tänker jag på Nairobi National Park där det lär leva c:a 30 lejon. Eftersom arean är totalt 117 km2 så har varje lejon ungefär 4 km2 till sitt förfogande. Dessutom finns det såväl leoparder som geparder och hyenor, så att någonting är definitvt inte rätt.

De siffror som Jetz & co anger och som Taylor utgår ifrån anger att ett växtätande däggdjur på 70 kg kan leva på 0,2 km2 eller 20 ha, en allätare behöver 1 km2 och en köttätare 15 km2. Eftersom vi människor är allätare så skulle vi alltså behöva 1 km2 per person bara för mat, medan vi som jag tidigare skrivit bara har 2 ha totalt. Vi är alltså (enligt Jetz och Taylor) minst 5 gånger fler än vad jorden kan bära.

Det intressanta är nu inte om siffrorna är korrekta utan att han gör ett seriöst försök att med utgångspunkt ifrån den energi som fotosyntesen (på land) ger beräkna vad djuren har att leva på. I detta inlägg kommer jag att presentera en del av de siffror som Taylor bygger sina resonemang på. Jag hoppas att jag i ett kommande inlägg nästa vecka kommer att kunna gå vidare och även redogöra för deras tankar om de energibehov som vi människor har och kommer att ha framöver.

En siffra som anges (med Wikipedia som källa) är att fotosyntesen fångar upp 3×1021 J per år. Den siffran förefaller rimlig i det att omsättningen av kol i gröna växter lär vara omkring 60 Gton per år och om jag i brist på bättre information antar att energin hos ett kilo kol i en växt har ungefär samma energi som ett kg kolväten, d.v.s 10 kWh så motsvarar det 2,2×1021 J. (Enligt Wikipedias svenska artikel om fotosyntes är energiinnehållet i växter ungefär 5 kWh per kilo torr massa vilket väl blir ungefär 10 kWh per kilo kol.) Om vi fördelar energin över en area på 1014 m2, så betyder det att varje kvadratmeter fångar ungefär 3×107 J=30 MJ på ett år. Eftersom ett år är ungefär så många sekunder och halva den tiden är dag så tillvaratar varje kvadratmeter 2 Watt solenergi.

Solstrålningen mot jorden lär ju ha en effekt av ungefär 1360 Watt vilket med ett albedo på 0,7 skulle ge en instrålning av 1000 Watt. När det fördelas över hela jorden leder till en effekt av 250 W/m2 (arean av en sfär är 4 gånger arean av en cirkel med samma radie). Eftersom halva tiden är natt verkar det rimligare att dela med 2 istället för 4 vilket skulle ge en effekt under dagtid av 500 W. Verkningsgraden för fotosyntesen skulle då vara ungefär 0,4%.

Taylor referar till Wikipedia för en del av sina sifferuppgifter men när jag läser om fotosyntes i så får jag det inte riktigt att stämma. Enligt Wikipedia (engelsk version) anges verkningsgraden till 3 a 4%, medan jag på den svenska hittar uppgiften att 1% av den inkommande energin lagras kemiskt.

(När man gissar brukar jag tycka att en gissning på mellan hälften av och dubbla accepterade värden är bra gissningar, så att än så länge ligger alla siffror på rimliga nivåer.) Om vi accepterar att 1% av solenergin tas upp av växterna så har vi en utgångspunkt. Nästa fråga blir hur mycket av den energin som betande djur kan ta upp. Det förefaller som om savanner där det till stor del växer gräs ger betydligt större möjligheter än skogar med stora träd, något som nog också framgår av djurtätheten på savanner och i skogar.

En förklaring till de stora bestånden av stora djur i Nairobis nationalpark är förmodligen att en så stor del av biomassan är betbart gräs. Enligt artikeln av Jetz så kan en växtätare tillgodogöra sig 0,2 W/m2, vilket blir totalt 6 MJ på ett år. Enligt dessa beräkningar skulle alltså betande djur kunna ta vara på en femtedel av vad växterna producerar.

Det är svårt att få dessa sifferuppgifter att gå ihop. En annan siffra som anges är att vilda djur av vår storlek har en energiförbrukning av 400 Watt, d.v.s ungefär 10 kWh per dygn. När det gäller energibehovet för människor brukade man för ange behovet i kilokalorier (kcal), vilket förkortades till kalorier, och eftersom en kWh är ungefär 900 kcal så skulle behovet vara ungefär 9000 kcal. För oss påstås det att behovet ligger på ungefär en fjärdedel, d.v.s 2500 kcal.

Det är intressant med stora tal och till nästa vecka hoppas jag ha fått sådan ordning på siffrorna att det blir lättare att förstå hur vi kan vara så många människor på jorden och ändå ha mat så att det skulle räcka till ytterligare ett par miljarder människor om det inte var så mycket som gick till spillo.

Dela detta inlägg

37 reaktion på “Om fotosyntes och djurliv

  1. 1
    Ann lh

    Sten, det här är intressanta frågeställningar med många obekanta. Diskuterades atmosfärens koldioxidhalt och människans i det fallet välgörande påverkan i artikeln från 2011?

  2. 2
    Lars-Eric Bjerke

    Sten Kaijser,
    Jag föreslår att du använder värdena för årlig instrålad medelenergi per m2 och år i Wikipedia som är ca 1500 kWh/m2. Effekten blir då 1500 000/365*24 = 170 W/m2 i.sf. 500 W/m2. Då du talar mest om landdjur bör man kanske multiplicera 170 W/m2 med 0,33 och får då 56 W/m2.

  3. 4
    Lars-Eric Bjerke

    #3 Lasse,
    ”1500 kWh /kvm och år gäller väl både land och sjö så 170W/kvm behöver väl inte reduceras.”

    Jag uppfattade Sten så att han vill veta hur mycket fotosyntesen på land ger, Även på land går det bort stora områden t.ex. öknar, inlandsisar, höga bergstrakter.

  4. 5
    Arne Nilsson

    Intressanta uppgifter. Men vad menas med uthålligt? Hur många människor som kan bo på jorden kommer att regleras automatiskt. Förr i tiden har vi ju haft svältkatastrofer som ju varit uppe här på sidan några gånger. Dessutom digerdöden och andra hemskheter. Det behövs bara ett enormt vulkanutbrott i Yellowstone, Flegreiska fälten eller annan plats så kommer vi få fimbulvinter. Då kommer många att svälta ihjäl. Allt löser sig, jorden kommer att finnas kvar i miljarder år.

  5. 6
    Björn

    Jag tycker att kalkylerandet kring som i det här fallet av energins fördelning över jorden för att tillgodose fotosyntesens energibehov, börjar likna klimatforskarnas kalkyler kring energins fördelning med avseende på global temperatur. Allt blir så fel när man inte förstår komplexiteten i allt myller av liv och växter som bidrar till syntetisering av föda med bundet energiinnehåll. Det blir lika fel när man försöker påstå någonting om klimatkomplexet, när man inte förstår tillräckligt om dess fysiska natur, men ändå påstår att antropogen CO2 har börjat driva klimatkomplexet. Det får inte bli så att kalkylerandet får makt över våra sinnen innan vi ens förstår det som kalkylerna opererar på.

  6. 7
    Svempa

    #5 Precis. Domedagspredikanternas subjekt hamnar sällan långt från navelluddet.

    Med dagens nivå och takt i teknologisk utveckling så kommer näringsförsörjningen för ännu fler miljarder människor inte vara ett ”odlingsproblem”. Förutsättningar därvidlag finns och kommer att bara öka mer och mer med AI och kvantdatorer i framtiden – > mer och mer effektiva grödor och teknik. Nu som i framtiden är hot/problem av samhällelig och organisatorisk karaktär. Dvs. svält i t.ex. Sudsudan eller Jemen skulle var icke-existerande om dessa samhällen vore välorganiserade och fria från konflikter.

  7. 8
    Sten Kaijser Inläggsförfattare

    Björn #6 och Svempa #7,

    ni har alldeles rätt, Taylor är en klimathotare och det är därför det är intressant att följa hans beräkningar. Han tror också på en del förnybar energi, men han kommer trots allt fram till att biobränslen inte är någon lösning på energiproblemen.
    Jag kommer inte att rakt av låtsas som om han har rätt, men jag tycker att det är intressant att känna till vilka sifferuppgifter som ”klimatoroade” bygger sina resonemang på.
    Dessutom tycker jag att det är intressant för min egen del att försöka att förstå lite av hur mycket av solenergin som tas upp av växter och som sedan går vidare till djur och människor.
    I sammanhanget är det också intressant att han inte alls bryr sig om breddgrader. Det borde vara en viss skillnad mellan Nairobis nationalpark vid ekvatorn och Sareks nationalpark vid polcirkeln.

  8. 9
    Mats Z

    Sten
    Det skulle vara intressant om du i nästa veckas inlägg berör kalkylerna för Over Shootday. Jag gissar att om man summerar 30 års avvikelser, så har vi förbrukat 5 till 7 planeter.

  9. 10
    Roland Salomonsson

    60 Gton kol omsätts!! Men detta är knappast ett max. Kolomsättningen är som jag ser det ett mått på tillgången av mat (CO2) för allt liv. Kol hämtas från atmosfärens CO2 (i huvudsak). När man då vet att livet är utdött vid en nivå av CO2 i atmosfären på 0,01% OCH att livet på jorden frodades som mest när CO2 var på ca 0,08%, så finns enbart en slutsats.
    Slutsatsen styrks helt av några enkla laborationer på gymnasienivå! Likaså praktiseras slutsatsen i stor skala inom industriell växthusodling. Lösningen är således inga förgiftande GMO-grödor, såvida dessa inte klarar sig utan tillskott av glyofosfater (gifter) resp kemikalier (specialgödsel).

    LÖSNING: Mänskligheten måste ÖKA CO2 i atmosfären till ca 0,08%. Andra kalkyler visar att detta gynnar ALLT liv på jorden samtidigt som ungefär hälvten av dagens brukad mark kan återlämnas till naturen och människan kan försörja en ökad population på ca 10 ggr dagens med återstoden.

  10. 11
    Svempa

    #8 Instämmer. Fotosyntes och andra processer att omvandla solenergi är intressant i sig. Själv läser jag just nu en populärvetenskaplig bok som jag råkade lägga ögonen på i en bokhandel: ”Kvantbiologi”. Här går man igenom teorier om hur kvantmekaniken visar sig i lite större molekylär biologisk skala via kvant-tunneling och liknande. Fotosyntes är en process som avhandlas.

  11. 12
    Lasse

    Hittade denna:
    http://docplayer.se/4511878-Energiutbyte-fran-akergrodor.html
    Sockerbetor kan ge ca 8 KWh per kvm och år som etanol.
    Salix ger ca 4,5 KWh per kvm och år.

    Solen ger ca 1000 KWh per kvm och år på våra breddgrader.
    Solceller ger väl ca 10% verkningsgrad. Att gå omvägen över grödor verkar vara ohållbart-fast det kan vara vatten som är flaskhalsen.
    Det kostar ca 5-10 KWh att genom osmos ta fram 1 kubikmeter vatten.

  12. 14
    Svempa

    När man tittar ut på dagens maj-snöfall så framstår Thomas P. et al’s önskningar om ett kallare klimat som en egendomlig gåta. Kanske är de inspirerade av ”Tre Knas”? Då tar vi tagelskjortan, då tar vi tagelskkortan på……..

  13. 15
    Jan-Åke

    Det blir nog trångt ,men hela jordens befolkning kan samtidigt stå på Gotlands 3184000000 m2.

  14. 16
    Sten Kaijser Inläggsförfattare

    Jan-Åke #15

    När jag var ung så talade man om att på Gotland skulle vi få 1 kvadratmeter var att stå på – nu är det knappt en halv kvadratmeter, men det skulle naturligtvis fortfarande vara möjligt.

  15. 17
    Jan-Åke

    16 # Sten
    Japp , och 7 miljoner ton co2 skulle andas ut från ön per dygn.

  16. 18
    Karl Eider

    #14
    Och i Linköping slogs ett 82 år gammalt köldrekord. Nu håller man tyst om klimatförändringar.

  17. 19
    Lars Cornell

    #18 KE Om Linköping, hur vet du det? Har det skrivits om det någonstans?

  18. 21
    Ingemar Nordin

    Karl E,

    Om det var minus 5 i Linköping i natt så var det säkert ytterligare ett par grader kallare i Lambohov där jag bodde tills nyss. Idag har jag bytt till sommardäck ( i Ängelholm)!

  19. 23
    pekke

    Jodå, det har varit köldrekord i natt.
    ” En kall och ostadig luftmassa täcker Skandinavien med temperaturer mycket under det normala för årstiden. Natten som var blev riktigt kall och på flera håll i landet fick vi lägsta majtemperaturen på många år. Ett exempel är Linköping/Malmslätt som hade 5,0 minusgrader, vilket är den lägsta majtemperaturen sedan 1935 när det var 5,2 minusgrader.

    Vädret påminner mycket om typiskt aprilväder. Så fram på dagen väntas här och var byar av regn eller snö. De största solchanserna hittar vi i Lapplandsfjällen.

    Till natten så klarnar det åter upp på många håll med fallande temperatur. Ett regnområde närmar sig dock västerifrån och berör främst södra Götaland under natten till onsdag. ”

    https://www.smhi.se/vadret/vadret-i-sverige/meteorologens-kommentar#ws=wpt-a,proxy=wpt-a,area=sve

  20. 25
    Daniel Wiklund

    Hade det slagits värmerekord så hade säkert ”planeträddarna” (tex Thomas P) pratat om höjda skatter för att få ner koldioxidutsläppen.. Egentligen borde vi nu få sänkta skatter så att vi får varmare väder. Men tysta är dom våra ”klimatexperter”.

  21. 26
    Erik Lindeberg

    #18, #19, #20, #21, #22, #23 . Den här sajten heter Klimatupplysningen. Ni skriver om väder – inte klimat. Om ni vill skriva om väder, så har kanske SMHI en sajt. Kan ni inte hålla er till ämnet i Steens inlägg?

  22. 27
    tolou

    Mats Z #9
    Overshoot day beräknas som ‘footprint’ i form av landutnyttjande där koldioxidutsläppen räknas om till motsvarande land-areal som skulle behövts för att kunna absorbera detta.

    Problemet är att koldioxiden faktiskt bidrar till förbättrad växtlighet och spannmålsproduktion varför detta inte skall ses som en belastning.

    Tvärtom sker numera ett netto-upptag i biosfären, trots ett visst landutnyttjande. Det innebär att växligheten frodas med högre koldioxidhalt.

    Overshoot day räknas alltså inte ens på ett helt jordklot utan reduceras med ett grundlöst antagande och bör därmed därmed kunna skjutas fram till December eller nå’t.

    :D

  23. 28
    Bengt Abelsson

    # 26 Erik L
    Du har helt rätt i att vissa svävar ut – och på samma tema att psykologiseringar och småskurna anmärkningar om exempelvis läskunnighet inte bidrar till ett fruktbart meningsutbyte.

  24. 29
    Ingemar Nordin

    Erik L #26,

    ”Den här sajten heter Klimatupplysningen. Ni skriver om väder – inte klimat.”

    Visst talas det om väder ovan. Precis som Rockström, SvT, SR och vår klimatminister bara talar väder, inte klimat. Skillnaden är väl att tyvärr så fattar våra politiker och myndigheter beslut på basis av tillfälligt väder, typ El Ninos och att det var 20 varmare än normalt under någon dag i Arktis.

    Kanske skulle du skicka en beklagande anmärkning till dem istället?

  25. 30
    Svempa

    #26 Detnär helt rätt. Om man skulle rensa debatten från väderfenomen skulle det inte finnas någon klimatförändringsfråga. Inga miljarder till klimatindustriella komplexet eller alla Musse Pigg experter.

  26. 31
    tty

    #26

    Du har förmodligen hört talas om att det ifjol var ”20 grader varmare än normalt i Arktis”. Den siffran gällde en dag i november och för den del av Arktis som ligger norr om 80:e breddgraden (och var dessutom modellerad, inte mätt).

    Var det klimat eller väder?

  27. 33
    tty

    Det är roligt att läsa på SMHI:s blogg om kylan (https://www.smhi.se/bloggar/vaderleken-2-3336/en-av-de-kyligaste-majnatterna-pa-minst-35-ar-1.120271).

    Efter att ha förklarat att kylan beror på att arktisk luft kommit ned över Skandinavien kommer den obligatoriska klimatpredikan:

    ”Låt vara att temperaturen i Arktis som bekant är ovanligt hög jämfört med långtidsmedelvärdena. Så om vi haft precis samma väderläge för hundra år sedan så hade vi kanske haft ännu kyligare än vi har nu.”

    Men se då ljuger den gode bloggaren, vilket han säkert är fullt medveten om, för temperaturen i Arktis ligger faktiskt något under långtidsmedelvärdet:

    http://ocean.dmi.dk/arctic/meant80n.uk.php

    Lika underhållande blir det när det gäller att förklara bort det första snötäcke som någonsin registrerats på Öland i maj månad. Det har kanske ändå hänt tidigare fast man inte rapporterat det. Nej, varför skulle man rapportera om något, bara för att det aldrig har hänt förr…

    ”Ökad rapporteringsbenägenhet” har alltså nu spritt sig från kriminalstatistiken till väderstatistiken.

  28. 34
    Svempa

    #33 Dessutom har han i det närmaste noll information om vad temperaturen i Arktis var för 100 år sedan. Det kan mycket väl ha varit samma förhållande då.

    SMHI har verkligen blivit ett propagandamyndighet styrd av politiska hänsyn. SAD.

  29. 35
    Kenneth Mikaelsson

    FN dikterar vad alla väderpellar ska tycka och tänka ty väder numer är ren och skär politik..

  30. 36
    pekke

    tty #33
    Läste också väderbloggen nu och kan inte mer än att småle, de kan inte plocka fram fakta men det kan ju varit kallare förr …

    Nya köldrekord i natt:
    http://www.helagotland.se/samhalle/smhi-koldrekord-pa-flera-platser-i-natt-14042900.aspx

    ” VÄDERPROGNOS Det slogs flera köldrekord på Gotland natten till onsdagen. Det har inte varit så här kallt i maj på över 50 år.
    På Visby flygplats uppmättes minus 6.6 grader, vilket är den kallaste temperaturen sedan 1965 så det var 6.9 grader kallt, rapporterar SMHI:s meteorolog Lisa Frost till P4 Gotland.
    Även på Hoburgen var det kyligt, minus 1.6 grader vilket är det kallaste sedan 1966 då det var minus 1.7 grader.
    Det kalla majvädret fortsätter, och den soliga förmiddagen kommer att förbytas till moln och en del nederbörd framåt eftermiddagen.
    Det kan väntas regn och till och med blötsnö på sina håll. ”

  31. 37
    tty

    Dessutom har han i det närmaste noll information om vad temperaturen i Arktis var för 100 år sedan. Det kan mycket väl ha varit samma förhållande då.

    Vädret i Arktis var något kallare än nu, men skillnaden är mindre än mellanårsvariationen. Bra isår (=litet is) för 200 år sedan skulle räknas som bra isår än idag:

    http://www.clim-past.net/6/315/2010/cp-6-315-2010.pdf

Kommentarer inaktiverade.