De aarde is niet de enige planeet in het zonnestelsel met een atmosfeer, maar de atmosfeer is de enige waarin de mensheid zou kunnen overleven. Het belangrijkste onderdeel van de atmosfeer van de aarde, zoals dat van Saturnusmaan Titan, is stikstof en het andere overvloedige element is zuurstof. Ongeveer 1 procent van de atmosfeer vormt een groot aantal andere stoffen, waaronder koolstofdioxide, dat een belangrijke rol speelt bij het opwarmen van de planeet.

Atmosferische samenstelling van koolstofdioxide

Kooldioxidegehalte in de atmosfeer zijn niet constant - ze zijn met bijna 40 procent gestegen sinds de industriële revolutie, volgens klimaatwetenschapper Todd Sanford. Ze zijn klein in vergelijking met de belangrijkste atmosferische componenten van stikstof en zuurstof. Wetenschappers drukken ze uit als delen per miljoen, of ppm. In maart 2011 lagen de koolstofdioxidegehaltes op 391 ppm, oftewel 0,0391 procent van de atmosfeer. Dit komt grofweg overeen met een massa van 3 biljoen ton. Na stikstof, zuurstof, waterdamp en argon is koolstofdioxide het op vier na meest voorkomende gas in de atmosfeer.

Kooldioxidespiegels meten

Vanaf de jaren 1950 tot en met 2013 hebben wetenschappers ondernomen een programma om koolstofdioxideniveaus te meten bij Mauna Loa op Hawaï. Het programma, beheerd door het Scripps Institute of Oceanography, heeft een record geproduceerd dat een gestage stijging van het koolstofdioxidegehalte op jaarbasis laat zien. De Keeling Curve, genoemd naar de wetenschapper die oorspronkelijk het programma leidde, levert bewijs voor stijgende kooldioxidegehaltes. Naast een gestage opwaartse stijging van het koolstofdioxidegehalte in de atmosfeer, laat het ook seizoensfluctuaties zien van het koolstofdioxidegehalte in de atmosfeer veroorzaakt door groei en verval van planten op het noordelijk halfrond.

Een broeikasgas

Koolstofdioxide is een broeikasgas; het absorbeert zonlicht gereflecteerd van het oppervlak van de planeet en verwarmt de atmosfeer. Bij afwezigheid zou het zonlicht de ruimte in stralen. Kooldioxide is niet het enige gas dat dit doet - methaan en stikstofoxide zijn zelfs nog krachtiger broeikasgassen. De hogere concentraties kooldioxide en het feit dat de concentraties stijgen, maken koolstofdioxide tot het belangrijkste broeikasgas. Hoewel veel koolstofdioxide in zeewater en grond oplost en als grondstof voor fotosynthese wordt gebruikt, laat de Keeling Curve zien dat de productie van dit gas zijn verbruik overtreft.

Stijging CO2-niveaus

Vanwege zijn vermogen om complexe moleculen te vormen, cycleert koolstof onophoudelijk door het ecosysteem van de bodem en de oceanen naar de atmosfeer. Kooldioxidegehaltes zijn gerelateerd aan deze cyclus; koolstofdioxidegas geproduceerd door vulkanen lost op in de oceanen om ze zuurder te maken en het wordt het uitgangsmateriaal voor fotosynthese. Deze natuurlijke cyclus wordt verstoord door de toevoeging van extra kooldioxide in de atmosfeer, zoals gebeurt door het verbranden van fossiele brandstoffen. Effecten kunnen zijn: stijgende temperaturen en verhoogde oceaanzuurgraad, waardoor het leven in zee in gevaar kan komen.