náhled|upright=1.5|Koncentrace CO2 v atmosféře naměřená v observatoři Mauna Loa na Havaji v letech 1958 až 2023 (také nazývaná Keelingova křivka). Nárůst CO2 v tomto období je jasně viditelný. Koncentrace je vyjádřena v μmol na mol, neboli ppm. V atmosféře Země je oxid uhličitý stopovým plynem, který hraje zásadní roli ve skleníkovém efektu, uhlíkovém cyklu, fotosyntéze a oceánském uhlíkovém cyklu. Je to jeden ze tří hlavních skleníkových plynů v atmosféře Země. Koncentrace oxidu uhličitého (CO2) v atmosféře dosáhla v roce 2024 hodnoty 427 ppm (0,0427 %) na molární bázi, což představuje 3341 gigatun CO2. Jedná se o nárůst o 50 % od začátku průmyslové revoluce, kdy během 10 000 let před polovinou 18. století činila koncentrace maximálně 280 ppm. Nárůst je způsoben lidskou činností.

Současný nárůst koncentrací CO2 je způsoben především spalováním fosilních paliv. Mezi další významné lidské činnosti, při nichž dochází k emisím CO2, patří výroba cementu, odlesňování a spalování biomasy. Nárůst atmosférických koncentrací CO2 a dalších dlouhodobě působících skleníkových plynů, jako je metan, zvyšuje absorpci a emisi infračerveného záření atmosférou. To vede ke zvyšování průměrné globální teploty a okyselování oceánů. Dalším přímým účinkem je efekt hnojení CO2. Nárůst koncentrací CO2 v atmosféře má řadu dalších důsledků v oblasti působení klimatu na životní prostředí a životní podmínky lidí.

Oxid uhličitý je skleníkový plyn. Absorbuje a vyzařuje infračervené záření na svých dvou infračervených vlnových délkách, které jsou 4,26 μm (2 347 cm−1) (antisymetrický vibrační mód) a 14,99 μm (667 cm−1) (ohybový vibrační mód). CO2 hraje významnou roli při ovlivňování povrchové teploty Země prostřednictvím skleníkového efektu. Emise světla z povrchu Země je nejintenzivnější v infračervené oblasti mezi 200 a 2500 cm−1, na rozdíl od emise světla z mnohem teplejšího Slunce, která je nejintenzivnější ve viditelné oblasti. Absorpce infračerveného světla při vibračních frekvencích atmosférického CO2 zachycuje energii v blízkosti povrchu a ohřívá povrch Země a její spodní atmosféru. Do horní atmosféry se dostává méně energie, která je proto díky této absorpci chladnější.

Současná koncentrace CO2 v atmosféře je nejvyšší za posledních 14 milionů let. Koncentrace CO2 v atmosféře dosahovaly během kambria před asi 500 miliony let až 4 000 ppm a klesly na 180 ppm během čtvrtohorního zalednění v posledních dvou milionech let.] Rekonstruované záznamy teplot za posledních 420 milionů let ukazují, že koncentrace CO2 v atmosféře dosáhly maxima přibližně 2 000 ppm. K tomuto maximu došlo během devonu (před 400 miliony let). Další maximum nastalo v triasu (před 220–200 miliony let).

Situace 20. let 21. století a trendy

Situace 20. let 21. století Od počátku průmyslové revoluce se koncentrace CO2 v atmosféře zvyšuje, což způsobuje globální oteplování a okyselování oceánů. V říjnu 2023 byla průměrná hladina CO2 v zemské atmosféře, upravená o sezónní výkyvy, 422,17 částic na milion objemových (ppm). Údaje jsou měsíčně zveřejňovány Národním úřadem pro oceány a atmosféru (NOAA). V období 10 000 let až do poloviny 18. století byla tato hodnota přibližně 280 ppm.

Každá miliontina CO2 v atmosféře představuje přibližně 2,13 gigatun uhlíku, neboli 7,82 gigatun CO2.

V roce 2021 bylo poukázáno na to, že „současné tempo nárůstu koncentrace hlavních skleníkových plynů (oxid uhličitý, metan a oxid dusný) je bezprecedentní alespoň za posledních 800 000 let“.

Odhaduje se, že od roku 1850 do roku 2024 bylo lidskou činností vypuštěno do ovzduší 2 650 gigatun CO2, přičemž roční emise činí průměrně 42 gigatun. Po absorpci oceány a pevninou zůstává v atmosféře přibližně 1 050 gigatun.

Část (odhadovaných 20–35 %) fosilního uhlíku, který byl dosud přeměněn, zůstane v atmosféře ve formě zvýšených hladin CO2 po mnoho tisíc let poté, co tyto aktivity přeměny uhlíku začnou ustupovat.

Roční a regionální výkyvy Koncentrace CO2 v atmosféře se mírně mění v závislosti na ročním období, klesají během jara a léta na severní polokouli, kdy rostliny spotřebovávají tento plyn, a stoupají během podzimu a zimy na severní polokouli, kdy rostliny přecházejí do stavu klidu nebo odumírají a rozkládají se. Úroveň klesá přibližně o 6 nebo 7 ppm (asi 50 Gt) od května do září během vegetačního období na severní polokouli a poté stoupá přibližně o 8 nebo 9 ppm. Severní polokoule dominuje v ročním cyklu koncentrace CO2, protože zde má pevnina mnohem větší rozlohu a rostlinnou biomasu ve středních zeměpisných šířkách (30–60 stupňů) než jižní polokoule. Koncentrace dosahují vrcholu v květnu, kdy na severní polokouli začíná jaro, a klesají na minimum v říjnu, ke konci vegetačního období.

Koncentrace se také liší podle regionů, nejvýrazněji v blízkosti země, zatímco ve vyšších polohách jsou rozdíly mnohem menší. V městských oblastech jsou koncentrace obecně vyšší a v interiérech mohou dosáhnout až desetinásobku úrovně pozadí.

Měření a předpovědi provedené v nedávné minulosti náhled|Koncentrace oxidu uhličitého v atmosféře se postupně zvyšuje.Fig. 1 of

Data z roku 2009 ukázala, že globální průměrná koncentrace CO2 rostla tempem přibližně 2 ppm/rok a zrychlovala se. Denní průměrná koncentrace atmosférického CO2 v observatoři Mauna Loa poprvé překročila 400 ppm dne 10. května 2013, ačkoli této koncentrace bylo již dosaženo v Arktidě v červnu 2012. Údaje z roku 2013 ukázaly, že koncentrace oxidu uhličitého v atmosféře je tak vysoká „poprvé za 55 let měření – a pravděpodobně za více než 3 miliony let historie Země“. V roce 2018 byly naměřeny koncentrace CO2 ve výši 410 ppm.

Techniky měření náhled|Pozorování oxidu uhličitého v letech 2008 až 2017 ukazující sezónní výkyvy a rozdíly mezi severní a jižní polokoulíKoncentrace oxidu uhličitého v atmosféře se vyjadřují v objemových částech na milion (zkratka ppmv, ppm(v) nebo pouze ppm). Pro převod z obvyklých jednotek ppmv na hmotnost ppm (zkratka ppmm nebo ppm(m)) vynásobte poměrem molární hmotnosti CO2 k molární hmotnosti vzduchu, tj. vynásobte 1,52 (44,01 děleno 28,96).

První reprodukovatelně přesná měření atmosférického CO2 pocházejí z měření vzorků v baňkách, která provedl Charles David Keeling v Caltechu v 50. letech 20. století. Měření na Mauna Loa probíhají od roku 1958. Kromě toho se měření provádějí také na mnoha dalších místech po celém světě. Mnoho měřicích stanic je součástí větších globálních sítí. Data z globálních sítí jsou často veřejně dostupná.

Datové sítě Existuje několik sítí pro měření povrchu (včetně baňkových a kontinuálních in situ), včetně NOAA/ERSL, WDCGG, a RAMCES. Data sítě NOAA/ESRL Baseline Observatory Network a Scripps Institution of Oceanography Network jsou hostována v CDIAC v ORNL. Data Světového datového centra pro skleníkové plyny (WDCGG), které je součástí GAW, jsou hostována JMA. Databáze Reseau Atmospherique de Mesure des Composes an Effet de Serre (RAMCES) je součástí IPSL.

Na základě těchto měření jsou vytvářeny další produkty, které integrují data z různých zdrojů. Tyto produkty se také zabývají otázkami, jako je nespojitost a řídkost dat. GLOBALVIEW-CO2 je jedním z těchto produktů.

Analytické metody pro zkoumání zdrojů CO2 Spalování dlouho pohřbených fosilních paliv uvolňuje CO2 obsahující uhlík s jiným izotopovým poměrem než živé rostliny, což umožňuje rozlišit mezi přirozeným a antropogenním příspěvkem ke koncentraci CO2.

Na severní polokouli, kde žije většina světové populace (a odkud pocházejí emise), jsou vyšší koncentrace CO2 v atmosféře než na jižní polokouli. Tento rozdíl se s nárůstem antropogenních emisí zvětšil.

Hladiny O2 v zemské atmosféře klesají, protože reaguje s uhlíkem ve fosilních palivech a vytváří CO2.

Příčiny současného nárůstu

Antropogenní emise CO2 náhled|upright=1.5| USA, Čína a Rusko se od roku 1850 podílely na nejvyšších kumulativních emisích CO2. Zatímco absorpce a uvolňování CO2 probíhá neustále v důsledku přírodních procesů, nárůst hladiny CO2 v atmosféře je způsoben především lidskou (antropogenní) činností. Antropogenní emise uhlíku přesahují množství, které mohou být absorbovány nebo vyrovnány přírodními propady. Oxid uhličitý se tak postupně hromadí v atmosféře a v květnu 2022 byla jeho koncentrace o 50 % vyšší než v předindustriálním období.

Těžba a spalování fosilních paliv, při nichž se uvolňuje uhlík, který byl po miliony let uložen pod zemí, vedlo ke zvýšení koncentrace CO2 v atmosféře. V roce 2019 se v důsledku těžby a spalování geologického fosilního uhlíku lidmi uvolnilo více než 30 gigatun CO2 (9 miliard tun uhlíku) ročně. Toto větší narušení přirozené rovnováhy je zodpovědné za nedávný nárůst koncentrace CO2 v atmosféře. V současné době není přibližně polovina oxidu uhličitého uvolněného při spalování fosilních paliv absorbována vegetací a oceány a zůstává v atmosféře.

Spalování fosilních paliv, jako je uhlí, ropa a zemní plyn, je hlavní příčinou zvýšené antropogenní produkce CO2; druhou hlavní příčinou je odlesňování. V roce 2010 bylo z fosilních paliv a výroby cementu po celém světě uvolněno 9,14 gigatun uhlíku (GtC, což odpovídá 33,5 gigatunám CO2 nebo asi 4,3 ppm v zemské atmosféře), zatímco v roce 1990 to bylo 6,15 GtC. Kromě toho změna využívání půdy přispěla v roce 2010 0,87 GtC, ve srovnání s 1,45 GtC v roce 1990. V období 1751 až 1900 bylo spálením fosilních paliv do atmosféry uvolněno přibližně 12 GtC ve formě CO2, zatímco v letech 1901 až 2013 to bylo přibližně 380 GtC.

Mezinárodní energetická agentura odhaduje, že 1 % nejvyšších emitentů na světě mělo v roce 2021 uhlíkovou stopu přesahující 50 tun CO2, což je více než 1 000krát více než u 1 % nejnižších emitentů. Globální průměrná uhlíková stopa související s energií je přibližně 4,7 tuny CO2 na osobu.

Role v přírodních procesech na Zemi

Skleníkový jev náhled|vlevo|Skleníkové plyny propouštějí sluneční záření atmosférou, čímž ohřívají planetu, ale poté absorbují a odrážejí infračervené záření (teplo), které planeta vyzařuje. náhled|CO2 snižuje tok tepelného záření vyzařovaného do vesmíru (což způsobuje velký pokles v blízkosti 667 cm−1), čímž přispívá ke skleníkovému efektu. náhled|Absorpční koeficienty vodní páry a oxidu uhličitého v dlouhovlnném infračerveném spektru. Pro vlnové délky kolem 15 mikronů je CO2 mnohem silnějším absorbérem než vodní pára. Na Zemi je oxid uhličitý nejvýznamnějším přímým skleníkovým plynem, který je ovlivňován lidskou činností. Voda je zodpovědná za většinu (asi 36–70 %) celkového skleníkového efektu a role vodní páry jako skleníkového plynu závisí na teplotě. Oxid uhličitý je často zmiňován v souvislosti s jeho zvýšeným vlivem jako skleníkového plynu od předindustriální éry (1750). V roce 2013 bylo odhadnuto, že nárůst CO2 je zodpovědný za 1,82 W m−2 ze změny radiační síly na Zemi o 2,63 W m−2 (asi 70 %).

Přirozený skleníkový efekt Země umožňuje život, jak jej známe, a oxid uhličitý v atmosféře hraje významnou roli při zajišťování relativně vysoké teploty na Zemi. Skleníkový efekt je proces, při kterém tepelné záření z planetární atmosféry ohřívá povrch planety nad teplotu, kterou by měl bez atmosféry.

Koncept, že více CO2 v atmosféře zvyšuje teplotu povrchu, poprvé publikoval Svante Arrhenius v roce 1896. Zvýšený radiační forcing způsobený zvýšeným obsahem CO2 v zemské atmosféře je založen na fyzikálních vlastnostech CO2 a nenasycených absorpčních oknech, kde CO2 absorbuje odcházející dlouhovlnnou energii. Zvýšená síla způsobuje další změny v energetické bilanci Země a v dlouhodobém horizontu i v jejím klimatu.

Koloběh uhlíku náhled|vlevo|Tento diagram uhlíkového cyklu znázorňuje pohyb uhlíku mezi pevninou, atmosférou a oceány v miliardách tun uhlíku ročně. Žlutá čísla představují přirozené toky, červená čísla představují vliv člověka a bílá čísla představují uložený uhlík.