miniaturadaimagem|320x320px|Concentração atmosférica de CO2 medida no Observatório Mauna Loa, no Havaí, de 1958 a 2023 (também chamada de Curva de Keeling). O aumento de CO2 durante esse período é claramente visível. A concentração é expressa em μmol por mol, ou ppm. Na atmosfera da Terra, o dióxido de carbono é um gás residual que desempenha um papel fundamental no efeito estufa, no ciclo do carbono, na fotossíntese e no . Ele é um dos três principais gases de efeito estufa na atmosfera da Terra. O vapor d'água é o principal gás de efeito estufa, contribuindo com 50% do efeito estufa, seguido pelo dióxido de carbono, com 20%, segundo medições de 2010. A concentração média global atual de dióxido de carbono (CO2) na atmosfera é de 421 ppm (0,04%) em maio de 2022. Isso representa um aumento de 50% desde o início da Revolução Industrial, em comparação com 280 ppm durante os 10 000 anos anteriores à metade do século XVIII. O aumento se deve à atividade humana.
Em março de 2024, a concentração média mensal de CO2 atingiu um novo recorde de 425,22 partes por milhão (ppm), marcando um aumento de 4,7 ppm em relação a março de 2023. Na última medição, os níveis aumentaram ainda mais para 427,48 ppm. Esse aumento contínuo nas concentrações de CO2 é um indicador claro do estresse ambiental global contínuo, impulsionado principalmente pela queima de combustíveis fósseis, que é a principal causa desse aumento e também um dos principais contribuintes para as mudanças climáticas. Outras atividades humanas importantes que emitem CO2 incluem a produção de cimento, o desmatamento e a queima de biomassa.
O dióxido de carbono é um gás de efeito estufa. Ele absorve e emite radiação infravermelha em suas duas frequências vibracionais ativas no infravermelho. Os dois comprimentos de onda são 4,26 μm (2.347 cm-1) (modo vibracional de alongamento assimétrico) e 14,99 μm (667 cm-1) (modo vibracional de flexão). O CO2 desempenha um papel significativo ao influenciar a temperatura da superfície da Terra por meio do efeito estufa. A emissão de luz da superfície da Terra é mais intensa na região do infravermelho, entre 200 e 2500 cm-1, ao contrário da emissão de luz do Sol, muito mais quente, que é mais intensa na região do visível. A absorção de luz infravermelha nas frequências vibracionais do CO2 atmosférico retém a energia perto da superfície, aquecendo a superfície da Terra e sua atmosfera inferior. Menos energia atinge a atmosfera superior, que, portanto, é mais fria devido a essa absorção.
O aumento das concentrações atmosféricas de CO2 e de outros gases de efeito estufa de longa duração, como o metano, aumenta a absorção e a emissão de radiação infravermelha pela atmosfera. Isto levou a um aumento na temperatura média global e à acidificação dos oceanos. Outro efeito direto é o . O aumento das concentrações atmosféricas de CO2 causa uma série de outros efeitos da mudança climática no meio ambiente e nas condições de vida humana.
A atual concentração atual de CO2 na atmosfera é a mais alta dos últimos 14 milhões de anos. As concentrações de CO2 na atmosfera chegaram a um máximo de 4 000 ppm durante o período Cambriano, há cerca de 500 milhões de anos, e a um mínimo de 180 ppm durante a dos últimos dois milhões de anos. Os registros de temperatura reconstruídos para os últimos 420 milhões de anos indicam que as concentrações atmosféricas de CO2 atingiram um outro pico de aproximadamente 2 000 ppm. Este pico ocorreu durante o período Devoniano (400 milhões de anos atrás). Há um outro pico no período Triássico (220-200 milhões de anos atrás).
Concentração atual e tendências futuras esquerda|miniaturadaimagem|270x270px|Entre 1850 e 2019, o estima que cerca de 2/3 das emissões excessivas de dióxido de carbono foram causadas pela queima de combustíveis fósseis, e um pouco menos da metade disso permaneceu na atmosfera Situação atual Desde o início da Revolução Industrial, a concentração atmosférica de CO2 tem aumentado, causando o aquecimento global e a acidificação dos oceanos. Em outubro de 2023, o nível médio de CO2 na atmosfera da Terra, ajustado para a variação sazonal, era de 422,17 partes por milhão em volume (ppm). Os números são publicados mensalmente pela Administração Oceânica e Atmosférica Nacional (NOAA). O valor foi de cerca de 280 ppm durante os 10 000 anos até meados do século XVIII.
Cada parte por milhão de CO2 na atmosfera representa aproximadamente 2,13 gigatoneladas de carbono, ou 7,82 gigatoneladas de CO2.
Em 2021, foi apontado que “as taxas atuais de aumento da concentração dos principais gases de efeito estufa (dióxido de carbono, metano e óxido nitroso) não têm precedentes em pelo menos os últimos 800 000 anos”.
Estima-se que 2 400 gigatoneladas de CO2 tenham sido emitidas pela atividade humana desde 1850, com uma parte absorvida pelos oceanos e pela terra, e cerca de 950 gigatoneladas permanecendo na atmosfera. Por volta de 2020, a taxa de emissão foi superior a 40 gigatoneladas ao ano.
Uma fração (projetada em 20 a 35%) do carbono fóssil liberado até o momento persistirá na atmosfera como níveis elevados de CO2 por muitos milhares de anos depois que as atividades de emissão de carbono começarem a diminuir.
Flutuações anuais e regionais As concentrações atmosféricas de CO2 flutuam ligeiramente com as estações, caindo durante a primavera e o verão do Hemisfério Norte, à medida que as plantas consomem o gás, e subindo durante o outono e o inverno do Hemisfério Norte, à medida que as plantas ficam dormentes ou morrem e se decompõem. O nível cai cerca de 6 ou 7 ppm (cerca de 50 Gt) de maio a setembro, durante a estação de crescimento do Hemisfério Norte, e depois sobe cerca de 8 ou 9 ppm. O Hemisfério Norte domina o ciclo anual de concentração de CO2 porque tem uma área de terra e biomassa vegetal muito maiores em latitudes médias (30 a 60 graus) do que o Hemisfério Sul. As concentrações atingem um pico em maio, quando começa a primavera no Hemisfério Norte, e diminuem para um mínimo em outubro, próximo ao final da estação de crescimento.
As concentrações também variam em uma base regional, com maior intensidade perto do solo e variações muito menores em maiores altitudes. Em áreas urbanas, as concentrações são geralmente mais altas e, em ambientes fechados, podem chegar a 10 vezes os níveis de fundo.
Medições e previsões feitas no passado recente
Dados de 2009 revelaram que a concentração média global de CO2 estava aumentando a uma taxa de aproximadamente 2 ppm/ano e acelerando. A concentração média diária de CO2 atmosférico no Observatório Mauna Loa ultrapassou pela primeira vez 400 ppm em 10 de maio de 2013, embora essa concentração já tivesse sido atingida no Ártico em junho de 2012. Os dados de 2013 mostraram que a concentração de dióxido de carbono na atmosfera foi tão alta "pela primeira vez em 55 anos de medição — e provavelmente mais de 3 milhões de anos de história da Terra". Em 2018, as concentrações de CO2 foram medidas em 410 ppm. miniaturadaimagem|320x320px|Observações de dióxido de carbono de 2008 a 2017 mostrando as variações sazonais e a diferença entre os hemisférios norte e sul
Técnicas de medição As concentrações de dióxido de carbono na atmosfera são expressas em partes por milhão por volume (abreviado como ppmv, ou ppm(v), ou apenas ppm). Para converter das unidades usuais de ppmv para ppm de massa (abreviado como ppmm ou ppm(m)), deve-se multiplicar pela razão entre a massa molar do CO2 e a do ar, ou seja, vezes 1,52 (44,01 dividido por 28,96).
As primeiras medições reprodutíveis e precisas de CO2 atmosférico foram feitas por Charles Keeling, da Caltech, na década de 1950. As medições em Mauna Loa estão em andamento desde 1958. Além disso, as medições também são feitas em muitos outros locais em todo o mundo. Muitos locais de medição fazem parte de redes globais maiores. Os dados da rede global são geralmente disponibilizados ao público.
Redes de dados Há várias redes de medição de superfície (incluindo em frascos e contínua in situ), incluindo NOAA/, WDCGG e RAMCES. Os dados da NOAA/ESRL Baseline Observatory Network e da Scripps Institution of Oceanography Network estão hospedados no do ORNL. Os dados do World Data Centre for Greenhouse Gases (WDCGG), parte do , são hospedados pelo JMA. O banco de dados do Reseau Atmospherique de Mesure des Composes an Effet de Serre (RAMCES) faz parte do .
A partir dessas medições, são criados outros produtos que integram dados de várias fontes. Estes produtos também abordam questões como descontinuidade e dispersão de dados. O GLOBALVIEW-CO2 é um deles.
Métodos analíticos para investigar fontes de CO2
A queima de combustíveis fósseis há muito enterrados libera CO2 contendo carbono de diferentes proporções isotópicas em relação às plantas vivas, permitindo a distinção entre contribuições naturais e causadas por humanos para a concentração de CO2. As concentrações atmosféricas de CO2 são maiores no hemisfério norte, onde vive a maioria da população mundial (e de onde se originam as emissões), em comparação com o hemisfério sul. Essa diferença aumentou com o avanço das emissões antropogênicas. Os níveis de O2 atmosférico estão diminuindo na atmosfera da Terra à medida que ele reage com o carbono dos combustíveis fósseis para formar CO2.
Causas do aumento atual esquerda|miniaturadaimagem|270x270px|Os EUA, a China e a Rússia contribuíram cumulativamente com as maiores quantidades de CO2 desde 1850. Embora a absorção e a liberação de CO2 sempre ocorram como resultado de processos naturais, sabe-se que o recente aumento dos níveis de CO2 na atmosfera se deve principalmente à atividade humana (antropogênica). As emissões antropogênicas de carbono excedem a quantidade que pode ser absorvida ou equilibrada pelos sumidouros naturais. Assim, o dióxido de carbono se acumulou gradualmente na atmosfera e, em maio de 2022, sua concentração estava 50% acima dos níveis pré-industriais.
A extração e a queima de combustíveis fósseis, liberando carbono armazenado no subsolo por muitos milhões de anos, aumentaram a concentração atmosférica de CO2. A ponto de, em 2019, a extração e a queima de carbono fóssil geológico pelos seres humanos liberarem mais de 30 gigatoneladas de CO2 (9 bilhões de toneladas de carbono) por ano. Essa maior perturbação do equilíbrio natural é responsável pelo recente crescimento da concentração atmosférica de CO2. Atualmente, cerca de metade do dióxido de carbono liberado pela queima de combustíveis fósseis não é absorvido pela vegetação e pelos oceanos e permanece na atmosfera.
A queima de combustíveis fósseis, como carvão, petróleo e gás natural, é a principal causa do aumento do CO2 antropogênico; o desmatamento é a segunda maior causa. Em 2010, 9,14 gigatoneladas de carbono (GtC, equivalente a 33,5 gigatoneladas de CO2 ou cerca de 4,3 ppm na atmosfera da Terra) foram liberadas dos combustíveis fósseis e da produção de cimento em todo o mundo, em comparação com 6,15 GtC em 1990. Além disso, a mudança no uso do solo contribuiu com 0,87 GtC em 2010, em comparação com 1,45 GtC em 1990. No período de 1751 a 1900, cerca de 12 GtC foram liberados como CO2 na atmosfera devido à queima de combustíveis fósseis, enquanto de 1901 a 2013 o número foi de cerca de 380 GtC.
A Agência Internacional de Energia estima que o 1% dos maiores emissores a nível global teve pegadas de carbono de mais de 50 toneladas de CO2 em 2021, mais de 1.000 vezes maiores do que as do 1% dos menores emissores. A média global da pegada de carbono relacionada à energia é de cerca de 4,7 toneladas de CO2 por pessoa.
Funções nos processos naturais da Terra miniaturadaimagem|320x320px|Os gases de efeito estufa permitem que a luz solar passe pela atmosfera, aquecendo o planeta, mas absorvem e redirecionam a radiação infravermelha (calor) que o planeta emite
Efeito estufa