Ile jest dwutlenku węgla w atmosferze i dlaczego to ważne?

Dwutlenku węgla w atmosferze jest około 0,04% objętości suchego powietrza, czyli ponad 420 cząsteczek na każdy milion. Ten niewielki ułamek silnie pochłania ciepło wypromieniowywane przez Ziemię i wciąż rośnie. Różne liczby w wiadomościach biorą się z miejsca i pory pomiaru. Majowy szczyt z jednej stacji to nie średnia dla całej planety.

Ile dwutlenku węgla jest w powietrzu i skąd biorą się różne liczby?

Średnią globalną z 2025 roku wyliczono w raporcie Global Carbon Budget 2025. Wynosi ona 425,64 ppm, czyli około 0,04% objętości powietrza (w zaokrągleniu 0,0426%). Skrót ppm oznacza części na milion: na każdy milion cząsteczek przypada ponad 425 cząsteczek CO₂. Formalnie jest to ułamek molowy suchego powietrza, liczony bez pary wodnej, żeby wilgotność nie przesuwała wyniku.

Za tym ułamkiem stoi ogromna masa gazu. W bilansie węglowym 1 ppm odpowiada 2,124 GtC, czyli gigatony samego węgla, więc atmosfera mieści około 904 GtC, ponad 3,3 biliona ton CO₂.

Skąd więc w wiadomościach 432 ppm? To wartość z jednej stacji, z jednego miesiąca i z późniejszego roku. Majowy szczyt krzywej Keelinga, mierzony na hawajskiej Mauna Loa, wyniósł w tym roku według NOAA 432,3 ppm. Na półkuli północnej najwyższy jest maj: zimą rozkładająca się roślinność oddaje CO₂, a od wiosny fotosynteza go pochłania. Przez ten cykl sezonowy pojedynczy miesiąc zwykle odbiega od średniej rocznej.

Druga półkula przesuwa wynik w przeciwną stronę. Mauna Loa po raz pierwszy przekroczyła w maju 430 ppm. Wtedy pomiary na półkuli południowej wciąż pozostawały poniżej tego progu. Cykl sezonowy przebiega tam odwrotnie. Nad miastami i lądami stężenie bywa wyraźnie wyższe, bo w pobliżu źródeł emisji gaz nie zdążył się jeszcze wymieszać.

Dwie liczby porównasz dopiero wtedy, gdy sprawdzisz rok pomiaru, miesiąc albo średnią roczną oraz zasięg. Jedna stacja w maju daje szczyt sezonowy. Średnia globalna z sieci stacji morskich daje wartość niższą, ale reprezentatywną dla całej planety.

0,04 procenta, od których zależą temperatura Ziemi i kwasowość oceanu

O sile gazu cieplarnianego decyduje to, co jego cząsteczka robi z promieniowaniem podczerwonym – udział w objętości ma tu znaczenie drugorzędne. Azot i tlen, razem około 99% suchego powietrza, przepuszczają ciepło wypromieniowywane przez Ziemię prawie bez strat. Cząsteczka CO₂ pochłania je silnie w paśmie absorpcji 15 μm, blisko maksimum promieniowania ogrzanej powierzchni planety.

Pochłonięta energia jest wypromieniowana ponownie, częściowo z powrotem w dół. Im więcej CO₂, tym wyżej leży warstwa, z której ciepło ucieka w kosmos. Tam jest zimniej i wypromieniowanie słabnie. Powstaje nierównowaga zwana wymuszaniem radiacyjnym: dodatkowy strumień energii w watach na metr kwadratowy. Według indeksu gazów cieplarnianych NOAA CO₂ daje 2,33 W/m². To 66% efektywnego wymuszania radiacyjnego wszystkich długożyciowych gazów ujętych w indeksie. Pozostałą część tworzą głównie metan, podtlenek azotu i gazy przemysłowe.

Dlaczego więc kluczowy jest CO₂, skoro para wodna pochłania więcej ciepła? Ilość pary w powietrzu ustala temperatura: nadmiar skrapla się i spada z deszczem w ciągu kilku dni. Para wodna wzmacnia ocieplenie, ale go nie wywołuje – reaguje na zmianę zapoczątkowaną przez inny gaz. CO₂ zostaje w atmosferze przez stulecia, dlatego to on jest pokrętłem, którym człowiek kręci bezpośrednio.

Drugi skutek nie zależy od temperatury. Ocean pochłania część nadwyżki, a rozpuszczony CO₂ tworzy kwas węglowy. Zgodnie z opracowaniem NOAA o zakwaszeniu pH powierzchniowych wód oceanu spadło od rewolucji przemysłowej. Średni spadek wynosi ok. 0,1. Skala pH jest logarytmiczna, więc ten spadek oznacza wzrost kwasowości o ok. 30%. Zakwaszenie utrudnia budowę muszli i szkieletów organizmom, które korzystają z węglanu wapnia.

Spalanie paliw kopalnych i zmiany użytkowania gruntów zwiększyły od 1750 roku ilość CO₂ w atmosferze. Przy azocie czy tlenie podobna zmiana byłaby nieosiągalna.

Droga od 278 ppm do podwojenia

Przez tysiąclecia przed epoką przemysłową stężenie CO₂ trzymało się blisko jednego poziomu. Od połowy XVIII wieku rośnie, a jego dalszy przebieg zależy od tego, ile węgla spalimy w najbliższych dekadach.

Naturalny zakres i odcisk człowieka

Rdzenie lodowe z Antarktydy przechowują pęcherzyki dawnego powietrza z kilkuset tysięcy lat, więc da się z nich odczytać stężenie w kolejnych epokach. W cyklach glacjalnych CO₂ spadało w epokach lodowcowych wyraźnie poniżej poziomu przedindustrialnego, a w interglacjałach do niego wracało. Tym poziomem jest około 278 ppm z 1750 roku. Żaden naturalny cykl zapisany w rdzeniach lodowych nie zbliżył się do dzisiejszej wartości.

Horyzonty od setek tysięcy do kilku milionów lat porządkuje ocena IPCC. W 2019 roku stężenie było najwyższe od co najmniej 2 milionów lat – tak stwierdza podsumowanie I Grupy Roboczej IPCC, przy wysokim poziomie ufności. Dłuższe horyzonty opierają się na rekonstrukcjach mniej pewnych niż rdzenie lodowe. Podobne do dzisiejszych stężenia ostatni raz panowały w pliocenie, kilka milionów lat temu. Klimat był wtedy wyraźnie cieplejszy, lądolody mniejsze, a poziom morza wyższy o wiele metrów. To analogia, a nie prognoza. Pokazuje stan, do którego planeta zmierzałaby, gdyby takie stężenie utrzymywało się przez bardzo długi czas.

Przyroda emituje rocznie więcej CO₂ niż człowiek – przez oddychanie organizmów, rozkład biomasy i odgazowanie oceanu – ale w obiegu węgla te strumienie równoważą się z pochłanianiem. Nadwyżkę zdradza stosunek izotopów ¹³C/¹²C. Paliwa kopalne powstały z roślin, które wolą lżejszy izotop, więc ich spalanie obniża udział ¹³C w atmosferze i właśnie to widać w pomiarach. Wulkany takiego śladu nie zostawiają. Ocean CO₂ pochłania, zamiast go oddawać. IPCC ocenia, że przyrosty od 1750 roku daleko przekraczają zmiany naturalne.

Scenariusze do końca stulecia

Scenariusze emisyjne IPCC pokazują dalszy przebieg krzywej jako rozgałęzienie. Punktem odniesienia jest podwojenie poziomu przedindustrialnego, czyli około 556 ppm. Według danych Światowej Organizacji Meteorologicznej stężenie z 2024 roku było o 52% wyższe niż przed 1750 rokiem. W efekcie ponad połowę drogi do podwojenia już przeszliśmy.

W uproszczeniu scenariusze układają się w trzy gałęzie.

• Zero netto około połowy stulecia – stężenie osiąga szczyt w najbliższych dekadach, zostaje poniżej 556 ppm i przed 2100 rokiem zaczyna spadać.
• Utrzymanie emisji na dzisiejszym poziomie – stężenie rośnie przez cały wiek i przekracza 556 ppm w jego drugiej połowie.
• Dalszy wzrost emisji – podwojenie następuje długo przed końcem stulecia, a w 2100 roku krzywa wciąż stromo się wznosi.

Dlaczego stężenie rośnie, nawet gdy emisje przestają rosnąć?

Emisja jest dopływem, a stężenie zapasem. Dopóki dopływ przewyższa to, co pochłaniają ocean i lądy, zapas rośnie, nawet jeśli sam dopływ przestał się zwiększać. Według zestawienia Global Carbon Budget w latach 2015–2024 stężenie rosło średnio o 2,6 ppm rocznie, co odpowiada 50% całkowitej emisji CO₂ – reszta trafiała do pochłaniaczy. Ten udział pozostający w atmosferze nazywa się airborne fraction.

Rekordowe skoki biorą się po części z wahań pochłaniaczy. W 2024 roku przyrost wyniósł 7,9 ± 0,2 GtC, czyli 3,73 ± 0,1 ppm. Według WMO rekordowy przyrost między 2023 a 2024 rokiem wynika najpewniej z naturalnej zmienności, która nałożyła się na emisje. Lata El Niño zwykle osłabiają lądowe pochłaniacze przez susze i pożary.

Kiedy wzrost by się zatrzymał? Emisje musiałyby spaść do poziomu, który ocean i lądy są w stanie przejąć. Gdy spadną poniżej niego, stężenie zacznie powoli maleć jeszcze przed zerem netto.