在夏威夷莫納羅亞火山的月球表面般的山頂附近，一臺紅外分析儀即將創造歷史。預計在下個月的某個時候，它將記錄到大氣中二氧化碳的每日濃度超過百萬分之 400 (ppm)，這個數值在該關鍵監測點上數百萬年來從未達到過。
不會有氣球或喧鬧的慶祝活動來慶祝這一事件。監測溫室氣體的研究人員會將其視為一個令人不安的標誌，表明人類有能力改變大氣的化學成分，並以此改變地球的氣候。英國諾維奇東英吉利大學的氣候研究員科琳·勒奎爾表示，當達到百萬分之 400 時，各國將很難控制全球變暖，她說，其影響“正非常危險地接近全球各國政府承諾不應超過的 2 攝氏度目標”。
可能需要一段時間，也許是幾年，全球二氧化碳濃度才能在全年平均值上超過百萬分之 400。但在莫納羅亞達到該值意義重大，因為研究人員自 1958 年以來一直在那裡監測該氣體，比任何其他地點都長。“現在是時候評估我們身在何處，以及我們將走向何方了，”加利福尼亞州拉霍亞斯克裡普斯海洋研究所的地球化學家拉爾夫·基林說，他負責監督該中心在莫納羅亞的二氧化碳監測工作。這個氣體記錄，被稱為基林曲線，是由他的父親查爾斯·基林開始的。
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圖片來源：斯克裡普斯海洋研究所/加州大學聖地亞哥分校
當開始監測時，二氧化碳水平為百萬分之 316，僅比工業革命前的百萬分之 280 高一點。但自從夏威夷開始測量以來，數值一直遵循向上傾斜的趨勢，沒有停止的跡象（參見“上升趨勢”）。其他溫室氣體的排放量也在增加，據馬薩諸塞州劍橋麻省理工學院的大氣科學家羅納德·普林表示，4 月份大氣中二氧化碳的總當量濃度約為百萬分之 478。
勒奎爾和全球碳專案的其他成員彙編的資料表明，2011 年人類向大氣排放了約 104 億噸碳。其中約一半每年被海洋和陸地植被等碳“匯”吸收；其餘的則留在空氣中，提高了全球二氧化碳濃度。
“現在真正的問題是：未來碳匯將如何變化？”北卡羅來納州布恩阿巴拉契亞州立大學的環境科學家格雷格·馬蘭德說，他幫助彙編排放資料。
自從基林開始測量以來，碳匯已經大幅增長，當時碳排放總量約為每年 25 億噸。但氣候模型表明，陸地和海洋不會長期保持這種速度。
“在某個時候，地球將無法再繼續幫助我們，尤其是陸地生物圈，”科羅拉多大學博爾德分校的生物地球化學家吉姆·懷特說。隨著碳匯減緩，更多排放的二氧化碳滯留在大氣中，二氧化碳水平將會更快地上升。
一些研究人員認為，碳匯已經開始堵塞，從而降低了它們吸收更多二氧化碳的能力 (J. G. Canadell et al. Proc. Natl Acad. Sci. USA 104, 18866–18870; 2007)。其他人則不同意。
蒙大拿州米蘇拉蒙大拿大學的生物地球化學家阿什利·巴蘭坦與懷特等人合作，研究了排放記錄以及全球各地的二氧化碳測量值。他們沒有發現碳匯減緩的跡象 (A. P. Ballantyne et al. Nature 488, 70–72; 2012)。但加州大學伯克利分校的氣候建模師尹麗娜表示，很難確定。“我們沒有足夠的觀測網路。”美國國家海洋和大氣管理局運營的全球最大網路，由於預算削減，不得不在 2012 年削減 12 個站點。
一些最關鍵的區域，如熱帶地區，也是監測最少的區域，儘管研究人員正在努力彌補差距。德國和巴西的科學家正在建造一座 300 米高的塔，以監測亞馬遜（參見 Nature 467, 386–387; 2010）。歐洲的綜合碳觀測系統正在整個大陸和一些海洋地點建立站點，以測量二氧化碳和其他溫室氣體。
衛星也可以監測碳源和碳匯。兩顆軌道飛行器已經提供了一些資料，美國宇航局計劃明年發射備受期待的軌道碳觀測站-2（參見第 5 頁）。該衛星的早期版本在 2009 年發射時失敗了。
然而，即使新的資源上線，研究人員仍在努力維持莫納羅亞站的執行。“我能夠為該專案獲得的資金隨著時間的推移而減少，”基林說，他的團隊在全球 13 個地點監測二氧化碳濃度。
“我們選擇像鴕鳥一樣掩耳盜鈴有點愚蠢，”懷特談到資金困難時說。“我們不想知道大氣中有多少二氧化碳，但我們應該進行更多的監測。”