二氧化碳含量

二氧化碳（carbon dioxide，CO₂）含量通常指大气中CO₂的体积混合比浓度，单位为微摩尔每摩尔（μmol/mol）或百万分率（ppm）。现代观测始于1958年美国夏威夷冒纳罗亚天文台（Mauna Loa Observatory），记录显示CO₂浓度呈逐年上升趋势。

大气二氧化碳浓度历史变化示意

工业革命前的平衡

在工业革命前（约1750年），大气CO₂浓度长期稳定在约280 ppm，主要通过火山释放与岩石风化、海洋吸收及光合作用之间的碳循环维持平衡。

工业革命后的急剧增加

自18世纪后期起，人类大规模燃烧煤炭、石油和天然气，同时砍伐森林，导致CO₂排放远超自然吸收能力。2025年全球平均浓度已超过420 ppm，增幅达50%以上。

季节与年际波动

北半球夏季植被茂盛时，光合作用吸收CO₂使浓度下降；冬季呼吸作用占主导则浓度上升。此外，厄尔尼诺等气候事件会影响海洋与陆地碳汇强度，引起年际波动。

海洋碳泵

海洋是最大的活性碳库，通过物理溶解和生物泵吸收CO₂。海水对CO₂的吸收遵从亨利定律，但吸收速率受温度、碱度和盐度影响。铁限制浮游植物在光合作用中吸收CO₂，形成有机碳沉降到深海。太平洋赤道、北大西洋和南海区域是高效生物泵区域。

陆地生态系统

森林、草原、土壤通过光合作用与分解作用参与碳循环。热带雨林和泥炭地是重要碳汇，但森林砍伐和土壤扰动会释放大量CO₂。

机制

海洋浮游植物如硅藻和颗石藻在生长中需要铁元素。在广阔的高营养盐低叶绿素（HNLC）海域（如南大洋、赤道太平洋），铁缺乏限制了浮游植物繁殖。人工铁施肥实验表明，添加铁可促使藻华爆发，大量吸收CO₂，但长期碳封存效率受上涌和再矿化影响。

争议与发展

铁施肥作为地球工程手段仍存争议，可能引发生态系统改变。自然铁来源（如沙尘沉降）在冰期时增强，为冰期低CO₂浓度提供解释。

• 地面站点：温室气体观测站（GAW）在全球设立数百个站点。
• 卫星遥感：OCO-2、GOSAT等卫星可反演柱浓度。
• 海洋调查：全球海洋碳观测网通过航次测量海-气通量。

CO₂浓度是气候变化的核心指标，用于估算辐射强迫、评估碳预算与减排政策。同时，古代CO₂浓度（如冰芯气泡）重建揭示了地球气候系统对温室气体的敏感性。

总结

大气二氧化碳含量持续上升，主要源于人类活动；海洋与陆地碳汇功能显著但有限。理解其动态平衡对应对气候变化至关重要。

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