大气二氧化碳浓度再创新高

根据NOAA全球监测实验室的年度报告，2023年全球平均大气二氧化碳浓度为百万分之419.3（简称“ppm”），创下历史新高。2022年至2023年间增加了2.8ppm，这是大气中二氧化碳含量连续第12年增加超过2ppm。

大气中二氧化碳含量的现代记录始于夏威夷莫纳罗亚天文台（Mauna Loa Observatory）的观测记录。该图显示了该站自1958年以来以百万分之一(ppm)为单位的每月平均二氧化碳测量值。北半球夏季植被的生长减少了大气中的二氧化碳，而冬季植被的腐烂则增加了大气中的二氧化碳。Credit:NOAA Climate.gov

二氧化碳水平上升的长期趋势是由人类活动造成的。在莫纳罗亚，每年的最高月值出现在五月。2023年5月，二氧化碳浓度达到424ppm，创下新纪录。

从NASA数据看，2024年4月的二氧化碳平均浓度达到426.57ppm。Credit:NASA

二氧化碳浓度上升主要是由于人们燃烧化石燃料获取能源。煤炭和石油等化石燃料含有植物数百万年来通过光合作用从大气中吸收的碳；我们只需几百分钟就能将这些碳返回到大气中。自20世纪中叶以来，燃烧化石燃料的年排放量每十年增加一次，根据《2023 年全球碳预算》，从20世纪 60 年代的每年近110亿吨二氧化碳增加到 2023 年的估计 366 亿吨。

20世纪60年代，全球大气二氧化碳的增长率约为每年0.8±0.1 ppm。在接下来的半个世纪中，年增长率增加了两倍，在2010年代达到每年2.4 ppm。过去60年来，大气中二氧化碳的年增长率比以前的自然增长率快约100倍，例如11,000-17,000年前最后一个冰河时代末期发生的自然增长率。

自1750年工业革命开始以来，大气中的二氧化碳含量(蓝线)随着人类排放量(灰线)的增加而增加。20世纪中叶，排放量缓慢上升至每年50亿吨(10亿吨等于10亿吨)左右，到本世纪末，排放量飙升至每年350亿吨以上。Credit:NOAA Climate.gov
为什么二氧化碳很重要？
二氧化碳是地球上最重要的温室气体:一种吸收和辐射热量的气体。与氧或氮(构成我们大气的主要成分)不同，温室气体吸收地球表面辐射的热量，并向各个方向重新释放——包括返回地球表面。如果没有二氧化碳，地球的自然温室效应将太弱，无法保持全球平均表面温度在冰点以上。通过向大气中排放更多的二氧化碳，人们正在加速自然温室效应，导致全球气温上升。
二氧化碳在地球系统中很重要的另一个原因是，它会像汽水中的气泡一样溶解在海洋中。它与水分子发生反应，产生碳酸并降低海洋的pH值(提高其酸度)。自从工业革命开始以来，海洋表层水的pH值已经从8.21下降到8.10。这种pH值的下降被称为海洋酸化
（左）健康的海洋蜗牛有一个透明的壳，有光滑的脊。。(右图)暴露在酸性、腐蚀性更强的水中的贝壳浑浊、粗糙、坑坑洼洼，布满了“扭结”和薄弱点。Credit: Climate/NOAA PMEL
过去和未来的二氧化碳
在过去的百万年或更长的时间里，二氧化碳浓度的自然增加周期性地使地球的温度升高。暖期(间冰期)开始时，由于地球围绕太阳的轨道及其旋转轴的变化，北半球入射的阳光略有增加。随着海洋变暖，它们释放出二氧化碳——就像一罐汽水在炎热的夏日里变质了一样。大气中额外的二氧化碳极大地放大了最初由太阳驱动的变暖。
根据一英里厚的冰芯中捕获的气泡和其他古气候证据，我们知道，在过去几百万年的冰河时代周期中，大气中的二氧化碳含量从未超过百万分之300。在18世纪中期工业革命开始之前，大气中的二氧化碳含量为百万分之280或更少。

根据冰芯数据(浅紫色线)，与2022年浓度(亮紫色点)相比，过去80万年大气中二氧化碳(CO2)的百万分之一(ppm)。该线的峰谷显示冰期(低二氧化碳)和变暖的间冰期(高二氧化碳)。在这段时间里，二氧化碳含量从未超过百万分之300(浅紫色点，在30万到40万年前)。过去60年的增长速度是以往自然增长速度的100倍。事实上，在地质时间尺度上，从上一个冰河时代结束到现在的增长(紫色虚线)看起来几乎是瞬间的。Credit: NOAA Climate
到1958年莫纳罗亚火山观测站开始连续观测时，全球大气中的二氧化碳含量已经达到了百万分之315。今天的二氧化碳含量比人类历史上任何时候都要高。事实上，上一次大气中二氧化碳含量如此之高是在大约300万年前，在上新世中期暖期，当时全球表面温度比前工业时代高出4.5-7.2华氏度(2.5-4摄氏度)。海平面比1900年至少高出16英尺（4.87），甚至可能高达82英尺（25米）。

如果全球能源需求继续快速增长，而我们主要依靠化石燃料来满足这一需求，那么到本世纪末，人类每年排放的二氧化碳可能达到750亿吨或更多。大气中的二氧化碳含量可能达到 800ppm或更高——这是地球上近 5000万年以来从未出现过的情况。

到本世纪末年度二氧化碳排放量（左）和由此产生的大气二氧化碳浓度（右）的未来可能的社会经济路径。共享的社会经济路径是关于未来人口增长、全球和区域经济活动以及技术进步的一套内部一致的假设。模型使用这些途径来预测未来一系列可能的二氧化碳排放量；为简单起见，图像仅显示平均值。Credit: NOAA Climate

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参考[1]Climate Change: Atmospheric Carbon Dioxidehttps://www.climate.gov/news-features/understanding-climate/climate-change-atmospheric-carbon-dioxide[2]Record-breaking increase in CO2 levels in world’s atmospherehttps://www.theguardian.com/environment/article/2024/may/09/carbon-dioxide-atmosphere-record[3]https://science.nasa.gov/climate-change/https://gml.noaa.gov/webdata/ccgg/trends/co2/co2_mm_mlo.txt