dwutlenek węgla

dwutlenek węgla (CO2) jest najważniejszym gazem cieplarnianym . Naturalne źródła atmosferycznego CO2 obejmują odgazowanie z wulkanów, spalanie i naturalny rozkład materii organicznej oraz oddychanie przez organizmy tlenowe (wykorzystujące tlen). Źródła te są zrównoważone, średnio, przez zestaw procesów fizycznych, chemicznych lub biologicznych, zwanych „zlewami”, które mają tendencję do usuwania CO2 z atmosfery. Znaczące naturalne zlewnie obejmują roślinność lądową, która podczas fotosyntezy pobiera CO2.

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. Inny proces, „pompa biologiczna”, obejmuje wychwytywanie rozpuszczonego CO2 przez roślinność morską i fitoplankton (małe, swobodnie pływające, fotosyntetyczne organizmy) żyjące w górnym oceanie lub przez inne organizmy morskie, które wykorzystują CO2 do budowy szkieletów i innych struktur wykonanych z węglanu wapnia (CaCO3). Gdy organizmy te wygasają i spadają na dno oceanu, ich węgiel jest transportowany w dół i ostatecznie zakopywany na głębokości. Długotrwała równowaga między tymi naturalnymi źródłami i zlewami prowadzi do tła, czyli naturalnego poziomu CO2 w atmosferze.

natomiast działalność człowieka zwiększa poziom CO2 w atmosferze przede wszystkim poprzez spalanie paliw kopalnych (głównie ropy naftowej i węgla, a wtórnie gazu ziemnego, do wykorzystania w transporcie, ogrzewaniu i produkcji energii elektrycznej) oraz poprzez produkcję cementu. Inne źródła antropogeniczne obejmują wypalanie lasów i oczyszczanie gruntów. Emisje antropogeniczne stanowią obecnie roczną emisję około 7 gigatonów (7 miliardów ton) węgla do atmosfery. Emisje antropogeniczne są równe około 3 procent całkowitej emisji CO2 ze źródeł naturalnych, a to wzmocnione obciążenie węglem z działalności człowieka znacznie przekracza zdolność kompensowania naturalnych zlewów (być może nawet o 2-3 gigaton rocznie).

CO2 konsekwentnie gromadzi się w atmosferze w średnim tempie 1,4 części na milion (ppm) rocznie między 1959 a 2006 i około 2,0 ppm rocznie między 2006 a 2018. Ogólnie rzecz biorąc, ta szybkość akumulacji była liniowa (to znaczy jednolita w czasie). Jednak niektóre obecne zlewnie, takie jak oceany, mogą stać się źródłami w przyszłości. Może to prowadzić do sytuacji, w której stężenie atmosferycznego CO2 buduje się wykładniczo (to znaczy w tempie wzrostu, które również rośnie w czasie).

naturalny poziom tła dwutlenku węgla zmienia się w skalach czasowych milionów lat z powodu powolnych zmian odgazowania w wyniku aktywności wulkanicznej. Na przykład, około 100 milionów lat temu, w okresie kredy, stężenie CO2 wydaje się być kilka razy wyższe niż obecnie (być może blisko 2000 ppm). W ciągu ostatnich 700,000 lat, stężenia CO2 zmieniały się w znacznie mniejszym zakresie (między mniej więcej 180 i 300 ppm) w związku z tymi samymi efektami orbitalnymi Ziemi związanymi z nadchodzącymi i odchodzącymi epokami lodowcowymi epoki plejstocenu. Na początku XXI wieku poziom CO2 osiągnął 384 ppm, czyli około 37 procent powyżej naturalnego poziomu tła z grubsza 280 ppm, który istniał na początku rewolucji przemysłowej. Co atmosferyczne2 poziomy nadal rosły, a do 2018 osiągnęły 410 ppm. Według pomiarów rdzenia lodowego, takie poziomy są uważane za najwyższe od co najmniej 800,000 lat, a według innych dowodów mogą być najwyższe od co najmniej 5,000,000 lat.

wymuszanie radiacyjne spowodowane przez dwutlenek węgla zmienia się w przybliżeniu logarytmicznie wraz ze stężeniem tego gazu w atmosferze. Zależność logarytmiczna występuje w wyniku efektu nasycenia, w którym staje się coraz trudniejsze, wraz ze wzrostem stężenia CO2, dla dodatkowych cząsteczek CO2, aby dalej wpływać na „okno podczerwieni” (pewne wąskie pasmo długości fal w obszarze podczerwieni, które nie jest absorbowane przez gazy atmosferyczne). Zależność logarytmiczna przewiduje, że potencjał ocieplenia powierzchni wzrośnie o mniej więcej taką samą ilość dla każdego podwojenia stężenia CO2. Przy obecnym tempie zużycia paliw kopalnych oczekuje się, że do połowy XXI wieku nastąpi podwojenie stężenia CO2 w stosunku do poziomu sprzed epoki przemysłowej (kiedy przewiduje się, że stężenie CO2 osiągnie 560 ppm). Podwojenie stężenia CO2 oznaczałoby wzrost o około 4 watów na metr kwadratowy wymuszania radiacyjnego. Biorąc pod uwagę typowe szacunki „wrażliwości klimatycznej” przy braku jakichkolwiek czynników kompensujących, ten wzrost energii doprowadziłby do ocieplenia o 2 do 5 °c (3,6 do 9 °F) w czasach preindustrialnych. Całkowite wymuszenie radiacyjne przez antropogeniczne emisje CO2 Od początku ery przemysłowej wynosi około 1,66 wata na metr kwadratowy.