koldioxid

koldioxid (CO2) är den viktigaste växthusgasen. Naturliga källor till atmosfärisk CO2 inkluderar utgasning från vulkaner, förbränning och naturligt förfall av organiskt material och andning av aeroba (syreanvändande) organismer. Dessa källor balanseras i genomsnitt av en uppsättning fysiska, kemiska eller biologiska processer, kallade ”sänkor”, som tenderar att ta bort CO2 från atmosfären. Betydande naturliga sänkor inkluderar markbunden vegetation, som tar upp CO2 under fotosyntes.

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. En annan process, den” biologiska pumpen”, involverar upptag av upplöst CO2 av marin vegetation och fytoplankton (små, fritt flytande, fotosyntetiska organismer) som lever i övre havet eller av andra marina organismer som använder CO2 för att bygga skelett och andra strukturer gjorda av kalciumkarbonat (CaCO3). När dessa organismer löper ut och faller till havsbotten transporteras deras kol nedåt och så småningom begravs på djupet. En långsiktig balans mellan dessa naturliga källor och sänkor leder till bakgrunden, eller naturlig, nivå av CO2 i atmosfären.

däremot ökar mänskliga aktiviteter atmosfäriska CO2-nivåer främst genom förbränning av fossila bränslen (främst olja och kol och sekundärt naturgas, för användning vid transport, uppvärmning och elproduktion) och genom produktion av cement. Andra antropogena källor inkluderar förbränning av skogar och röjning av mark. Antropogena utsläpp står för närvarande för den årliga frisättningen av cirka 7 gigaton (7 miljarder ton) kol i atmosfären. Antropogena utsläpp är lika med cirka 3 procent av de totala utsläppen av CO2 av naturliga källor, och denna förstärkta kolbelastning från mänskliga aktiviteter överstiger långt kompensationskapaciteten hos naturliga sänkor (med kanske så mycket som 2-3 gigaton per år).

CO2 har följaktligen ackumulerats i atmosfären med en genomsnittlig volym på 1,4 delar per miljon (ppm) per år mellan 1959 och 2006 och ungefär 2,0 ppm per år mellan 2006 och 2018. Sammantaget har denna ackumuleringshastighet varit linjär (det vill säga enhetlig över tiden). Vissa nuvarande sänkor, som haven, kan dock bli källor i framtiden. Detta kan leda till en situation där koncentrationen av atmosfärisk CO2 byggs med en exponentiell hastighet (det vill säga med en ökningstakt som också ökar över tiden).

den naturliga bakgrundsnivån av koldioxid varierar på tidsskalor på miljontals år på grund av långsamma förändringar i utgasning genom vulkanaktivitet. Till exempel för ungefär 100 miljoner år sedan, under kritaperioden, verkar CO2-koncentrationerna ha varit flera gånger högre än idag (kanske nära 2000 ppm). Under de senaste 700 000 åren har CO2-koncentrationerna varierat över ett mycket mindre intervall (mellan ungefär 180 och 300 ppm) i samband med samma jordbana effekter kopplade till istiden i Pleistocene-epoken. I början av 21-talet nådde CO2-nivåerna 384 ppm, vilket är ungefär 37 procent över den naturliga bakgrundsnivån på ungefär 280 ppm som fanns i början av den industriella revolutionen. Atmosfäriska CO2-nivåer fortsatte att öka, och år 2018 hade de nått 410 ppm. Enligt iskärnmätningar tros sådana nivåer vara de högsta på minst 800 000 år och enligt andra bevislinjer kan de vara de högsta på minst 5 000 000 år.

Strålningsdrivning orsakad av koldioxid varierar på ett ungefär logaritmiskt sätt med koncentrationen av den gasen i atmosfären. Det logaritmiska förhållandet uppstår som ett resultat av en mättnadseffekt där det blir allt svårare, när CO2-koncentrationerna ökar, för ytterligare CO2-molekyler att ytterligare påverka det ”infraröda fönstret” (ett visst smalt våglängdsband i det infraröda området som inte absorberas av atmosfäriska gaser). Det logaritmiska förhållandet förutspår att ytvärmepotentialen kommer att stiga med ungefär samma mängd för varje fördubbling av CO2-koncentrationen. Vid nuvarande användning av fossila bränslen förväntas en fördubbling av CO2-koncentrationer över preindustriella nivåer ske i mitten av det 21: a århundradet (när CO2-koncentrationer beräknas nå 560 ppm). En fördubbling av CO2-koncentrationer skulle representera en ökning med ungefär 4 watt per kvadratmeter strålningsdrivning. Med tanke på typiska uppskattningar av” klimatkänslighet ” i avsaknad av kompensationsfaktorer skulle denna energiökning leda till en uppvärmning av 2 till 5 CCG (3,6 till 9 FCG) under förindustriella tider. Den totala strålningen av antropogena CO2-utsläpp sedan början av industriåldern är cirka 1,66 watt per kvadratmeter.