Carbon dioxide trong khí quyển Trái Đất

Đồ thị Keeling về mức CO₂ đo tại Đài quan sát Mauna Loa.

Các nhà khoa học quan tâm đến mức carbon dioxide (CO₂) trong khí quyển Trái Đất bởi vì nó có tác động đến hiệu ứng nhà kính. Mức này đã tăng lên đáng kể trong thế kỷ 21, tăng trung bình 2,0 ppm/năm trong giai đoạn 2000–2009 và có dấu hiệu tăng nhanh hơn kể từ khi đó.^[1][2] Trước thời đại công nghiệp mật độ này bằng 280 ppm, nhưng tăng lên tới 400 ppm (phần triệu) tính đến năm tháng 5 năm 2013^{[cập nhật]},^[3] do chủ yếu từ những nguồn hoạt động của con người ảnh hưởng lên môi trường.^[4] Khoảng 57% lượng khí thải CO₂ làm tăng mật độ của nó trong khí quyển, những phần còn lại đa số làm axít hóa đại dương. Quá trình quang hợp tiêu thụ cacbon dioxide (ở thực vật và sinh vật quang tự dưỡng), và nó cũng là một trong các loại khí nhà kính. Mặc dù mật độ tập trung của CO₂ là khá nhỏ so với các khí khác trong khí quyển, CO₂ là nhân tố quan trọng của khí quyển Trái Đất bởi vì các phân tử CO₂ hấp thụ và phát xạ tia hồng ngoại tại bước sóng 4,26 µm (trong mode dao động giãn bất đối xứng) và 14,99 µm (mode dao động uốn), và vì vậy đóng vai trò quan trọng trong hiệu ứng nhà kính.^[5] Mức hiện tại cao hơn bất kỳ thời gian nào trong 800.000 năm trước,^[6] thậm chí khả năng cao hơn hẳn trong 20 triệu năm qua.^[7]

Mật độ hiện tại

Mật độ trung bình hàng tháng CO₂ năm 2003. Những nơi màu đỏ có mật độ CO₂ ≈ 385 ppm, những nơi có giá trị thấp hơn có màu xanh với mật độ ≈ 360 ppm.

Mức độ CO₂ có thể đo được từ vũ trụ sử dụng cảm biến laser.

Sự tương tự giữa đổ đầy bồn tắm bằng nước với quá trình tăng mật độ CO₂ trong khí quyển.^[8]

Năm 2009, mật độ trung bình toàn cầu của CO₂ trong khí quyển Trái Đất là khoảng 0,0387%,^[9] hay 387 ppm.^[1][10] Biên độ tăng giảm của mật độ gần bằng 3–9 ppmv tương ứng với sự thay đổi các mùa tại Bán cầu bắc. Bắc bán cầu chi phối mật độ tập trung CO₂ bởi vì đa số các nước công nghiệp phát triển nằm tại đây, và nhu cầu tiêu thụ năng lượng tăng cao nhất trong mùa đông tại các nước này. Mật độ CO₂ đạt cực đại vào tháng 5 khi kết thúc mùa lạnh, và bắt đầu mùa xuân tại Bắc bán cầu, giá trị này đạt cực tiểu vào tháng 10 khi năng lượng tái tạo sinh khối từ quang hợp là lớn nhất.^[11]

Tháng 5 năm 2013, kỷ lục đầu tiên trong khoa học Trái Đất khi lượng carbon dioxide đo tại trạm ở núi Mauna Loa lên tới 400 ppm.^[12] Sir Brian Hoskins thuộc Royal Society đây là một dấu mốc "gây sức ép lên chính phủ các nước phải có những hành động mạnh mẽ hơn".^[13] Tạp chí National Geographic đưa tin mức CO₂ trong khí quyển là cao nhất "trong 55 năm kể từ khi thu thập dữ liệu—và có lẽ cao hơn kể từ 3 triệu năm trước trong lịch sử Trái Đất".^[14] Vào tháng 6 năm 2012 ở Bắc Cực cũng đã đạt tới mức này, và theo như giám đốc cơ quan giám sát khí hậu toàn cầu tại Phòng thí nghiệm Nghiên cứu hệ thống Trái Đất thuộc Cục Quản trị Đại dương và Khí quyển Quốc gia (NOAA), "điều này nhắc nhở mọi người rằng chúng ta vẫn chưa khắc phục được, và vấn đề vẫn còn đó."^[15]

Nguồn phát sinh

Khí nhà kính phát ra từ các nhà máy điện.^[16]

Công nghệ	Miêu tả	Phần trăm thứ 50 (g CO2/kWhe)
Thủy điện	Hồ chứa	4
Gió	Cánh đồng điện gió	12
Hạt nhân	các lò phản ứng thế hệ II	16
Sinh khối	nhiều nguồn	18
Nhiệt điện Mặt Trời	Gương parabol	22
Địa nhiệt	Đá khô nóng	45
Solar PV	Silic đa tinh thể	46
Khí tự nhiên	khí chưa qua xử lý	469
Than	than chưa qua xử lý	1001

Các nước thải ra nhiều CO₂ nhất (2008)

Bài chi tiết: Danh sách quốc gia theo lượng khí thải cácbon dioxide

Các quốc gia có lượng khí thải CO₂ lớn nhất

Quốc gia	Lượng CO2 trên một năm (10^6 tấn) (2008)	So với toàn cầu	Chú giải
Toàn cầu	29.888.121	100%	UN[17]
Trung Quốc	7.031.916	23.5%	UN[17]
Hoa Kỳ	5.461.014	18.27%	UN[17]
Liên minh châu Âu (27)	4.177.817	13.98%	UN[18]
Ấn Độ	1.742.698	5.83%	UN[17]
Nga	1.708.653	5.72%	UN[17]
Nhật Bản	1.208.163	4.04%	UN[17]
Đức	786.660	2.63%	UN[17]
Canada	544.091	1.82%	UN[17]
Iran	538.404	1.8%	UN[17]
Anh	522.856	1.75%	UN[17]
Hàn Quốc	509.170	1.7%	UN[17]
México	475.834	1.59%	UN[17]
Ý (cả San Marino)	445.119	1.49%	UN[17]
các quốc gia khác	4.735.726	15.84%	UN[17]

Quan hệ với nồng độ trong đại dương

Các đại dương trên Trái Đất chứa một lượng rất lớn carbon dioxide ở dạng các ion bicacbonat và cacbonat — lớn hơn nhiều so với lượng carbon dioxide trong khí quyển. Bicacbonat được sinh ra từ các phản ứng giữa đá, nước, và carbon dioxide. Ví dụ về sự hòa tan của calci cacbonat:

CaCO
₃ + CO
₂ + H
₂O ⇌ Ca²⁺
+ 2 HCO⁻
₃

Tính không thể đảo ngược và độc đáo của carbon dioxide

carbon dioxide có những tác động lâu dài đặc trưng đối với biến đổi khí hậu mà theo đó phần lớn "không thể hồi phục" trong khoảng thời gian hàng ngàn năm sau khi chấm dứt việc phát thải thậm chí carbon dioxide có khuynh hướng cân bằng với đại dương trong khoảng thời gian tính theo 100 năm. Các khí nhà kính khác như metan và đinitơ oxit không tồn tại theo thời gian giống như carbon dioxide. Thậm chí nếu lượng phát thải khí carbon dioxide ngưng hoàn toàn, nhiệt độ khí quyển sẽ không giảm đáng kể trong khoảng thời gian ngắn.^{[19][20][21][22]}

Tham khảo

1. ^ Tans, Pieter. “Trends in Carbon Dioxide”. NOAA/ESRL. Truy cập ngày 11 tháng 12 năm 2009.
2. Carbon Budget 2009 Highlights, globalcarbonproject.org, Bản gốc lưu trữ ngày 16 tháng 12 năm 2011, truy cập ngày 2 tháng 11 năm 2012
3. “Carbon dioxide passes symbolic mark”. BBC. ngày 10 tháng 5 năm 2013. Truy cập ngày 10 tháng 5 năm 2013.
4. D. M. Etheridge & L. P. Steele, R. L. Langenfelds, R. J. Francey, J.-M. Barnola, V. I. Morgan (1996). “Natural and anthropogenic changes in atmospheric CO₂ over the last 1000 years from air in Antarctic ice and firn”. Journal of Geophysical Research. 101 (D2): 4115–4128. Bibcode:1996JGR...101.4115E. doi:10.1029/95JD03410. ISSN 0148-0227.
5. Petty, G.W. (2004). A First Course in Atmospheric Radiation. Sundog Publishing. tr. 229–251.
6. Amos, Jonathan (ngày 4 tháng 9 năm 2006). “Deep ice tells long climate story”. BBC News. Truy cập ngày 28 tháng 4 năm 2010.
7. Climate Change 2001: The Scientific Basis Lưu trữ 2007-04-27 tại Wayback Machine grida.no
8. US Environmental Protection Agency (EPA), Causes of Climate Change: Climate Change: US EPA
9. Earth System Research Laboratory Global Monitoring Division>“Trends in Atmospheric Carbon Dioxide”.
10. “Current atmospheric CO₂ concentration at http://co2unting.com”. Bản gốc lưu trữ ngày 12 tháng 7 năm 2012. Truy cập ngày 27 tháng 1 năm 2021. Liên kết ngoài trong |title= (trợ giúp)
11. “Frequently Asked Questions”. Carbon Dioxide Information Analysis Center (CDIAC). Bản gốc lưu trữ ngày 17 tháng 8 năm 2011. Truy cập ngày 16 tháng 5 năm 2013.
12. “Up-to-date weekly average CO₂ at Mauna Loa”. NOAA. Truy cập ngày 11 tháng 5 năm 2013.
13. “Scientists call for action to tackle CO₂ levels”. BBC News. ngày 11 tháng 5 năm 2013. Truy cập ngày 12 tháng 5 năm 2013.
14. Kunzig, Robert (ngày 9 tháng 5 năm 2013). “Climate Milestone: Earth's CO₂ Level Passes 400 ppm”. National Geographic. Truy cập ngày 12 tháng 5 năm 2013.
15. “Greenhouse gas levels pass symbolic 400ppm CO₂ milestone”. The Guardian. ngày 1 tháng 6 năm 2012. Truy cập ngày 11 tháng 5 năm 2013.
16. http://srren.ipcc-wg3.de/report/IPCC_SRREN_Annex_II.pdf see page 10 Moomaw, W., P. Burgherr, G. Heath, M. Lenzen, J. Nyboer, A. Verbruggen, 2011: Annex II: Methodology. In IPCC Special Report on Renewable Energy Sources and Climate Change Mitigation.
17. ^ United Nations Statistics Division, Millennium Development Goals indicators: Carbon dioxide emissions (CO₂), thousand tonnes of CO₂ (collected by CDIAC) Human-produced, direct emissions of carbon dioxide only. Excludes other greenhouse gases; land-use, land-use-change and forestry (LULUCF); and natural background flows of CO₂ (xem thêm: chu trình cacbon)
18. United Nations Framework Convention on Climate Change (ngày 23 tháng 10 năm 2011). “UNFCCC Greenhouse Gas Inventory Data - Detailed data by Party”. Unfccc.int. Truy cập ngày 21 tháng 4 năm 2012.
19. Solomon S, Plattner GK, Knutti R, Friedlingstein P (2009). “Irreversible climate change due to carbon dioxide emissions”. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 106 (6): 1704–9. Bibcode:2009PNAS..106.1704S. doi:10.1073/pnas.0812721106. PMC 2632717. PMID 19179281.
20. “2010 in the top three warmest years, 2001–2010 warmest 10-year period”. WMO statement on the global climate in 2010. World Meteorological Organization. 2010. Truy cập ngày 7 tháng 11 năm 2011.
21. Cohen, Judah (ngày 25 tháng 12 năm 2010). “Bundle Up, It's Global Warming”. The New York Times.
22. Carrington, Damian (ngày 4 tháng 7 năm 2011). “Sulphur from Chinese power stations 'masking' climate change”. The Guardian. London.