Il carbonio è una componente essenziale del sistema terrestre. È fondamentale per l'esistenza della vita sulla Terra per la sua capacità di combinarsi con altri elementi importanti, come ossigeno, azoto e fosforo e con l'idrogeno per formare le molecole organiche che sono essenziali per il metabolismo e la riproduzione cellulare.

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Il carbonio atmosferico sotto forma di anidride carbonica (CO₂) e metano (CH₄) aiuta a regolare il clima terrestre "intrappolando" il calore nell'atmosfera. Questo intrappolamento di energia è noto come effetto serra. Insieme e CO₂ e CH₄, ci sono altri gas che hanno effetto serra (GHG) come il vapore acqueo e il protossido di azoto (N₂O). Da sempre questi gas sono in grado di mantenere il clima terrestre in una fascia abitabile.

Il carbonio ha anche un'importanza socioeconomica significativa perché la combustione di combustibili fossili a base di carbonio è attualmente il mezzo globale dominante di produzione di energia.

I bilanci di un Paese nella produzione di anidride carbonica e metano devono essere inseriti nel contesto dei bilanci globali. Le emissioni di carbonio provenienti da una regione del mondo sono disperse nell'atmosfera globale in modo che gli effetti radiativi delle emissioni regionali siano globali.

L'afflusso di gas a effetto serra da altre parti del mondo è un contributo importante ai bilanci atmosferici del gas serra di un Paese. Stime accurate del bilancio del carbonio di un Paese dipendono dalla conoscenza dei contributi del resto del mondo, e quindi sono necessarie osservazioni globalmente distribuite e conoscenza del bilancio del carbonio globale.

NOTA

Il forzante radiativo è la misura dell'influenza di un fattore (ad esempio l'aumento dell'anidride carbonica o altri gas serra nell'atmosfera) nell'alterazione del bilancio tra energia entrante ed energia uscente nel sistema Terra-atmosfera. Esso è indice del peso di un fattore nel meccanismo dei mutamenti climatici. Un forzante positivo è associato ad un riscaldamento della superficie terrestre, mentre un forzante negativo è associato ad un raffreddamento. È generalmente espresso in W/m².

Nel 2011, il forzante radiativo antropogenico globale (cioè causato dall'uomo) relativo all'anno 1750 era di 2,8 W/m². A partire dal 2017, le osservazioni atmosferiche di importanti specie radiativamente attive (CO₂, CH₄, N₂O, CFC-11, CFC-12 e 15 gas alogenati minori) suggeriscono che il forzante radiativo antropogenico è salito a 3,1 W/m².

Forzante radiativo, relativa al 1750, dovuto al solo biossido di carbonio dal 1979

Forzante radiativo, relativa al 1750, dovuto al solo biossido di carbonio dal 1979. La variazione percentuale dal 1° gennaio 1990 di questo forzante è mostrato sull'asse destro. (fonte NOAA)

Il maggior contributo al forzante radiativo è dato dalla CO₂.

La temperatura globale nel 2016, rispetto alla media nel periodo 1880-1920, è aumentata di 1,25°C in risposta all’aumento del forzante radiativo. Anche altri aspetti del sistema climatico stanno cambiando in risposta all'aumento del forzante radiativo: quantità, distribuzione e tempistica delle precipitazioni, con eventi idrologici estremi sempre più frequenti, intensi e diffusi.

Questi cambiamenti possono avere effetti significativi sulla produzione alimentare globale. Ad esempio, le regioni attualmente produttive potrebbero non essere in grado di sostenere l'agricoltura in futuro, soprattutto se la disponibilità idrica diventa limitata.

Lo stress termico può anche influenzare significativamente l'agricoltura, specialmente alle latitudini tropicali e subtropicali.

Anche se l’anidride carbonica può determinare un aumento della produttività delle piante terrestri (ad es. "Concimazione con CO₂"), si prevede che domineranno gli impatti negativi dei cambiamenti climatici sull'agricoltura.

Nell'oceano, dall'inizio della rivoluzione industriale, la diminuzione del pH delle acque superficiali oceaniche è già diminuito di circa 0,1 unità di pH (una diminuzione del pH di 7,5 a 7,4). Questa crescente acidificazione dell'oceano, insieme al riscaldamento e all'inquinamento dell'acqua, mette in pericolo molti organismi marini, inclusi coralli, molluschi e plancton marino.

L'aumento delle emissioni di CH₄ può portare alla formazione di ozono troposferico, con implicazioni per la qualità dell'aria.

Comprendere e prevedere l'evoluzione futura del ciclo globale del carbonio è fondamentale per affrontare questi problemi.