Khí CO2 trong bầu khí quyển của Trái Đất

Các nhà nghiên cứu chú ý đến mức carbon dioxide (CO₂) trong khí quyển của Trái Đất do ảnh hưởng của nó đối với hiệu ứng nhà kính. Trong thế kỷ 21, mức CO₂ đã tăng đáng kể, với mức tăng trung bình 2,0 ppm/năm từ 2000–2009 và có xu hướng tăng nhanh hơn kể từ đó. Trước cách mạng công nghiệp, nồng độ CO₂ là 280 ppm, nhưng đã tăng lên 400 ppm tính đến tháng 5 năm 2013, chủ yếu do hoạt động của con người. Khoảng 57% lượng khí thải CO₂ làm tăng nồng độ của nó trong khí quyển, phần còn lại chủ yếu làm acid hóa đại dương. Quá trình quang hợp tiêu thụ CO₂ (ở thực vật và sinh vật quang tự dưỡng) và CO₂ cũng là một khí nhà kính. Mặc dù nồng độ CO₂ thấp hơn so với các khí khác trong khí quyển, nhưng nó đóng vai trò quan trọng trong khí quyển của Trái Đất vì các phân tử CO₂ hấp thụ và phát xạ tia hồng ngoại tại bước sóng 4,26 µm (trong chế độ dao động giãn bất đối xứng) và 14,99 µm (chế độ dao động uốn), góp phần quan trọng vào hiệu ứng nhà kính. Mức CO₂ hiện tại cao hơn bất kỳ thời điểm nào trong 800.000 năm qua, và có thể cao hơn trong 20 triệu năm qua.

Mức độ hiện tại

Vào năm 2009, nồng độ trung bình toàn cầu của CO₂ trong khí quyển Trái Đất là khoảng 0,0387%, tương đương 387 ppm. Biên độ dao động của nồng độ này vào khoảng 3–9 ppmv, phản ánh sự thay đổi theo mùa ở Bán cầu Bắc. Nồng độ CO₂ cao hơn ở Bán cầu Bắc do phần lớn các quốc gia công nghiệp phát triển nằm ở đây, và nhu cầu năng lượng cao nhất trong mùa đông tại các quốc gia này. Mức CO₂ đạt đỉnh vào tháng 5 khi kết thúc mùa lạnh và bắt đầu mùa xuân ở Bán cầu Bắc, và giảm xuống mức thấp nhất vào tháng 10 khi sự quang hợp sinh khối đạt mức cao nhất.

Vào tháng 5 năm 2013, một kỷ lục mới trong ngành khoa học Trái Đất được thiết lập khi lượng carbon dioxide đo được tại trạm núi Mauna Loa đạt 400 ppm. Sir Brian Hoskins từ Royal Society cho rằng đây là một dấu mốc 'thúc đẩy các chính phủ phải thực hiện các biện pháp quyết liệt hơn'. Tạp chí National Geographic báo cáo rằng nồng độ CO₂ trong khí quyển là cao nhất 'trong 55 năm qua từ khi bắt đầu thu thập dữ liệu—và có thể còn cao hơn kể từ 3 triệu năm trước trong lịch sử Trái Đất'. Vào tháng 6 năm 2012 ở Bắc Cực cũng đạt mức này, và theo giám đốc cơ quan giám sát khí hậu toàn cầu tại Phòng thí nghiệm Nghiên cứu hệ thống Trái Đất thuộc NOAA, 'điều này nhắc nhở chúng ta rằng vấn đề vẫn chưa được giải quyết.'

Các quốc gia phát thải nhiều CO₂ nhất (2008)

Liên hệ với nồng độ trong đại dương

Các đại dương trên Trái Đất chứa một khối lượng carbon dioxide khổng lồ dưới dạng ion bicacbonat và cacbonat — gấp nhiều lần lượng CO₂ trong khí quyển. Ion bicacbonat được hình thành qua các phản ứng giữa đá, nước và carbon dioxide. Ví dụ về sự hòa tan của canxi cacbonat:

CaCO
₃ + CO
₂ + H
₂O ⇌ Ca
+ 2 HCO
₃

Tính không thể đảo ngược và đặc thù của carbon dioxide

Carbon dioxide có những ảnh hưởng lâu dài đặc trưng đối với biến đổi khí hậu mà phần lớn 'không thể phục hồi' trong hàng nghìn năm sau khi ngừng phát thải. Dù CO₂ có xu hướng cân bằng với đại dương trong khoảng thời gian 100 năm, các khí nhà kính khác như metan và đinitơ oxit không duy trì lâu dài như carbon dioxide. Ngay cả khi lượng phát thải CO₂ hoàn toàn dừng lại, nhiệt độ khí quyển vẫn không giảm đáng kể trong khoảng thời gian ngắn.