地球大氣中的二氧化碳
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地球大氣中的二氧化碳(英語:Carbon dioxide in Earth's atmosphere)是一種微量氣體(英语:Trace gas),在溫室效應、碳循環、光合作用和海洋碳循環中扮演著不可或缺的角色。它是地球大氣中幾種溫室氣體之一。截至2022年5月,全球大氣中二氧化碳平均濃度為421ppm (百萬分比,即約0.04%)。[3]自第一次工業革命開始起,此一濃度比18世紀中葉前10,000年間的280ppm平均值已增加50%。[4][3][5]歸因是人類的活動。[6]燃燒化石燃料是歸因中的主項,也是氣候變化的主因。[7]其他大型人為來源包括生產水泥、砍伐森林和燃燒生物質。
二氧化碳(CO2)在可見光下呈透明狀,有兩個紅外線活性振動頻率會吸收和發射紅外線輻射。 二氧化碳吸收並發射波長為4.26微米(μm,波數:2,347cm−1)(非對稱伸縮振動模式)和14.99μm (波數:667cm−1)(彎曲振動模式)的紅外線輻射。這種氣體的溫室效應在影響地球表面溫度方面有重要的作用。[8]地球表面的光發射在波數200至2,500cm−1之間的紅外線區間最為強烈,[9]而來自太陽的光發射在可見光區間最為強烈。大氣中二氧化碳的振動頻率吸收红外線光,將能量困在靠近表面的位置,而讓地表和低層大氣變暖。經此吸收之後,更少的能量會到達高層大氣,因此高層大氣的溫度會更低。[10]
大氣中二氧化碳和其他溫室氣體(例如甲烷、一氧化二氮和臭氧)濃度增加後,會增加對紅外線輻射的吸收和發射,導致全球平均氣溫上升和海洋酸化。另一直接影響是二氧化碳施肥效應(英语:CO2 fertilization effect)。這些變化導致氣候變化,而對自然環境、生態系統和人類社會產生一系列的間接影響。二氧化碳對整體暖化的影響比所有其他溫室氣體的總和還要大。[5]這種活動為地球的快速碳循環造成不平衡,其在大氣中的壽命會隨著累積量升高而增加。[11]此表示當這些碳轉移活動開始消退時,累積化石碳中的一部分(預計為20-35%)將在大氣中持續存在數千年。[12][13][14]碳循環是地球海洋、土壤、岩石和生物圈之間碳交換的生物地球化學循環。植物和其他光合自營生物透過光合作用將大氣中二氧化碳和水製成碳水化合物。幾乎所有其他生物體都以由此產生的碳水化合物作為能量和碳化合物的主要來源。
目前大氣中二氧化碳濃度是1,400萬年以來的最高水準。[15]大約5億年前的寒武紀時期,大氣中二氧化碳的濃度高達4,000ppm,而在最近200萬年的第四紀冰河時期,大氣中的二氧化碳濃度低至180ppm。[4]將過去4.2億年的溫度記錄重建後,顯示大氣中二氧化碳濃度在泥盆紀(4億年前),並在三疊紀(2.2至2億年前)期間達到約2,000ppm的峰值,而在侏羅紀時期(2.01-1.45億年前)的濃度是目前的四倍。。[16][17]