hiilidioksidi

hiilidioksidi (CO2) on merkittävin kasvihuonekaasu. Ilmakehän hiilidioksidin luonnollisia lähteitä ovat tulivuorten purkautuminen, orgaanisen aineen palaminen ja luonnollinen hajoaminen sekä aerobisten (happea käyttävien) eliöiden hengitys. Näitä lähteitä tasapainottavat keskimäärin fysikaaliset, kemialliset tai biologiset prosessit, joita kutsutaan ”nieluiksi”, jotka pyrkivät poistamaan hiilidioksidia ilmakehästä. Merkittäviä luonnollisia nieluja ovat maanpäälliset kasvit, jotka ottavat hiilidioksidia yhteyttämisen aikana.

A number of oceanic processes also act as carbon sinks. One such process, the ”solubility pump,” involves the descent of surface seawater containing dissolved CO2. Toinen prosessi, ”biologinen pumppu”, liittyy liuenneen hiilidioksidin ottoon meren kasvillisuuden ja kasviplanktonin (pienten, vapaasti kelluvien, yhteyttävien organismien) avulla, jotka elävät ylämerellä, tai muiden meren eliöiden, jotka käyttävät hiilidioksidia rakentaakseen kalsiumkarbonaatista (CaCO3) valmistettuja luurankoja ja muita rakenteita. Kun nämä eliöt vanhenevat ja putoavat merenpohjaan, niiden hiili kulkeutuu alaspäin ja lopulta hautautuu syvälle. Pitkän aikavälin tasapaino näiden luonnollisten lähteiden ja nielujen välillä johtaa hiilidioksidin taustatasoon eli luonnolliseen määrään ilmakehässä.

sen sijaan ihmisen toiminta lisää ilmakehän hiilidioksidipitoisuutta pääasiassa polttamalla fossiilisia polttoaineita (pääasiassa öljyä ja kivihiiltä ja toissijaisesti maakaasua, jota käytetään kuljetuksessa, lämmityksessä ja sähköntuotannossa) sekä sementin tuotannolla. Muita antropogeenisia lähteitä ovat metsien polttaminen ja maan raivaaminen. Ihmisen toiminnan aiheuttamat päästöt aiheuttavat nykyisin noin 7 gigatonnin (7 miljardin tonnin) vuosittaisen hiilipäästön ilmakehään. Ihmisen toiminnan aiheuttamat päästöt ovat noin 3 prosenttia kaikista luonnollisista lähteistä peräisin olevista hiilidioksidipäästöistä, ja tämä ihmisen toiminnan monistettu hiilikuorma ylittää huomattavasti luonnollisten nielujen kompensointikyvyn (ehkä jopa 2-3 gigatonnia vuodessa).

CO2: ta on näin ollen kertynyt ilmakehään keskimäärin 1,4 miljoonasosaa (ppm) tilavuusprosentteina vuodessa vuosina 1959-2006 ja noin 2,0 ppm vuodessa vuosina 2006-2018. Kaiken kaikkiaan tämä kertymisnopeus on ollut lineaarinen (eli ajan myötä yhtenäinen). Tietyistä nykyisistä uppoamista, kuten valtameristä, voi kuitenkin tulla lähteitä tulevaisuudessa. Tämä voi johtaa tilanteeseen, jossa ilmakehän CO2-pitoisuus kasvaa eksponentiaalisella nopeudella (eli kasvuvauhdilla, joka myös kasvaa ajan myötä).

hiilidioksidin luonnollinen taustataso vaihtelee miljoonien vuosien aikajänteillä johtuen vulkaanisen toiminnan aiheuttamista hitaista outgassing-muutoksista. Esimerkiksi noin 100 miljoonaa vuotta sitten liitukaudella CO2-pitoisuudet näyttävät olleen moninkertaiset nykyiseen verrattuna (ehkä lähes 2 000 ppm). Viimeisten 700 000 vuoden aikana CO2-pitoisuudet ovat vaihdelleet paljon pienemmällä alueella (noin 180-300 ppm) liittyen samoihin maan kiertoratavaikutuksiin, jotka liittyvät pleistoseenikauden jääkausien tuloon ja menoon. 2000-luvun alkuun mennessä CO2-tasot nousivat 384 ppm: ään, mikä on noin 37 prosenttia yli teollisen vallankumouksen alussa vallinneen noin 280 ppm: n luonnollisen taustatason. Ilmakehän CO2-tasot jatkoivat nousuaan, ja vuoteen 2018 mennessä ne olivat nousseet 410 ppm: ään. Jääydinmittausten mukaan tällaisten pitoisuuksien uskotaan olevan korkeimmat ainakin 800 000 vuoteen ja muiden todistusaineistojen mukaan korkeimmat ainakin 5 000 000 vuoteen.

hiilidioksidin aiheuttama säteilypakote vaihtelee suunnilleen logaritmisesti kyseisen kaasun konsentraation mukaan ilmakehässä. Logaritminen suhde tapahtuu kylläisyysvaikutuksen seurauksena, jolloin CO2-pitoisuuksien kasvaessa on yhä vaikeampaa, että ylimääräiset CO2-molekyylit voivat edelleen vaikuttaa ”infrapuna-ikkunaan” (tietty kapea aallonpituuskaista infrapuna-alueella, jota ilmakehän kaasut eivät absorboi). Logaritminen suhde ennustaa, että pinnan lämpenemispotentiaali nousee suurin piirtein saman verran jokaista CO2-pitoisuuden kaksinkertaistumista kohti. Nykyisillä fossiilisten polttoaineiden käyttöasteilla hiilidioksidipitoisuuksien odotetaan kaksinkertaistuvan esiteolliseen aikaan verrattuna 2000-luvun puoliväliin mennessä (jolloin CO2-pitoisuuksien arvioidaan nousevan 560 ppm: ään). CO2-pitoisuuksien kaksinkertaistuminen merkitsisi noin 4 watin lisäystä säteilypakotteen neliömetriä kohti. Kun otetaan huomioon tyypilliset arviot ”ilmastoherkkyydestä” ilman kompensoivia tekijöitä, tämä energian lisäys johtaisi 2-5 °C: n (3,6-9 °f) lämpenemiseen esiteollisena aikana. Ihmisen aiheuttamien CO2-päästöjen aiheuttama kokonaissäteilypakote teollisen ajan alusta lähtien on ollut noin 1,66 wattia neliömetriä kohti.