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在温室气体中，二氧化碳（CO 2）是最重要的。大气 CO 2 的天然来源包括脱气从火山中，燃烧和有机质自然腐烂，呼吸通过需氧（使用氧）生物体。平均而言，这些来源通过一组物理、化学或生物过程进行平衡，称为“下沉”，这往往会从大气中去除 CO 2。重要的自然汇包括陆地植被，它们在光合作用过程中吸收 CO 2。

碳循环

碳以各种形式通过大气、水圈和地质构造传输。二氧化碳 (CO 2 )交换的主要途径之一发生在大气和海洋之间；有一部分 CO 2与水结合，形成碳酸 (H 2 CO 3 )，随后失去氢离子 (H + ) 形成碳酸氢根 (HCO 3 - ) 和碳酸根 (CO 3 2- ) 离子。由钙或其他金属离子与碳酸盐反应形成的软体动物壳或矿物沉淀物可能会被埋在地质地层中并最终释放出 CO 2通过火山释放气体。二氧化碳还通过植物的光合作用和动物的呼吸作用进行交换。死亡和腐烂的有机物可能会发酵并释放出 CO 2或甲烷 (CH 4 )，或者可能会被结合到沉积岩中，在那里它被转化为化石燃料。碳氢燃料的燃烧将 CO 2和水 (H 2 O) 返回到大气中。生物和人为途径比地球化学途径快得多，因此对大气成分和温度的影响更大。

许多海洋过程也作为 碳汇。一种称为“溶解度泵”的过程涉及含有溶解 CO 2的表层海水的下降。另一个过程，“生物泵”涉及生活在海洋上层的海洋植被和浮游植物（小型自由漂浮的光合生物）或其他使用 CO 2构建骨骼和其他结构的海洋生物吸收溶解的 CO 2碳酸钙（CaCO 3）。当这些生物体死亡并落入海底时，它们所含的碳被向下输送并最终被深埋。这些天然来源和汇之间的长期平衡会导致大气中 CO 2的背景或自然水平。

相比之下，人类活动增加大气中的CO 2主要通过燃烧水平化石燃料-principally石油和煤炭，其次天然气，用于运输，使用加热，并产生电功率-和通过生产的水泥。其他人为来源包括森林燃烧和土地开垦。目前，人为排放导致每年约有 7 亿吨（70 亿吨）碳排放到大气中。人为排放量约占自然源CO 2总排放量的 3% ，而人类活动造成的这种放大的碳负荷远远超过自然汇的抵消能力（每年可能高达 2-3 亿吨）。

因此，在 1959 年至 2006 年期间，CO 2以平均每年 1.4 ppm 的速度在大气中积累，而在 2006 年至 2018 年期间每年大约为 2.0 ppm。总体而言，这种积累速度是线性的（即随着时间的推移是均匀的）。但是，某些当前的汇，例如海洋，将来可能会成为来源（参见 碳循环反馈）。这可能导致大气CO 2浓度以指数速率增加（即其增加速率也在增加）的情况。