Karbon dioksida
Lima ratus juta tahun yang lalu, keberadaan karbon dioksida 20 kali lipat lebih besar dari yang sekarang dan menurun 4-5 kali lipat semasa periode Jura dan secara lambat menurun sampai dengan revolusi industri.
Sampai dengan 40% dari gas yang dimuntahkan oleh gunung berapi semasa ledakan subaerial adalah karbon dioksida. Menurut perkiraan paling canggih, gunung berapi melepaskan sekitar 130-230 juta ton ke atmosfer setiap tahun. Karbon dioksida juga dihasilkan oleh mata air panas, seperti yang terdapat di situs Bossoleto dekat Terme Rapolano di Toscana, Italia. Di sini, di depresi yang berbentuk mangkuk dengan diameter
kira-kira 100 m, konsentrasi setempat meningkat sampai dengan lebih dari 75% dalam semalam, cukup untuk membunuh serangga-serangga dan hewan yang kecil, namun menghangat dengan cepat ketika cahaya matahari memancar dan berbaur secara konveksi semasa pagi hari. Konsentrasi setempat yang tinggi yang dihasilkan oleh gangguan air danau dalam yang jenuh dengan diduga merupakan akibat dari
terjadinya 37 kematian di Danau Moboun, Kamerun pada 1984 dan 1700 kematian di Danau Nyos, Kamerun. Namun, emisi yang diakibatkan oleh aktivitas manusia sekarang adalah 130 kali lipat lebih besar dari kuantitas yang dikeluarkan gunung berapi, yaitu sekitar 27 miliar ton setiap tahun.
Terdapat sekitar 50 kali lebih banyak karbon yang terlarut di dalam samudera dalam bentuk dan hidrasi daripada yang terdapat di atmosfer. Samudera berperan sebagai buangan karbon raksasa dan telah menyerap sekitar sepertiga dari emisi yang dihasilkan manusia." Secara umum, kelarutan akan berkurang ketika temperatur air bertambah. Oleh karena itu, karbon dioksida akan dilepaskan dari air samudera ke atmosfer ketika temperatur samudera meningkat.
Kebanyakan yang berada di samudera berbentuk asam karbonat. Sebagian dikonsumsi oleh organisme air sewaktu fotosintesis dan sebagain kecil lainnya tenggelam dan meninggalkan siklus karbon. Terdapat kekhawatiran meningkatnya konsentrasi di udara akan meningkatkan keasaman air laut, sehiggga akan menimbulkan efek-efek yang merugikan terhadap organisme-organisme yang hidup di air.
Karbon dioksida adalah hasil akhir dari organisme yang mendapatkan energi dari penguraian gula, lemak, dan asam amino dengan oksigen sebagai bagian dari metabolisme dalam proses yang dikenal sebagai respirasi sel. Hal ini meliputi semua tumbuhan, hewan, kebanyakan jamur, dan beberapa bakteri. Pada hewan tingkat tinggi, karbon dioksida mengalir di darah dari jaringan tubuh ke
paru-paru untuk dikeluarkan. Pada tumbuh-tumbuhan, karbon dioksida diserap dari atmosfer sewaktu fotosintesis.
Tumbuh-tumbuhan mengurangi kadar karbon dioksida di atomosfer dengan melakukan fotosintesis, disebut juga sebagai asimilasi karbon, yang menggunakan energi cahaya untuk memproduksi materi organik dengan mengkombinasi karbon dioksida dengan air. Oksigen bebas dilepaskan sebagai gas dari penguraian molekul air, sedangkan hidrogen dipisahkan menjadi proton dan elektron, dan digunakan untuk menghasilkan energi
kimia via fotofosforilasi. Energi ini diperlukan untuk fiksasi karbon dioksida pada siklus Kalvin untuk membentuk gula. Gula ini kemudian digunakan untuk pertumbuhan tumbuhan melalui repirasi
Walaupun terdapat lubang angin, karbon dioksida haruslah dimasukkan ke dalam rumah kaca untuk menjaga pertumbuhan tanaman oleh karena konsentrasi karbon dioksida dapat menurun selama siang hari ke level 200 ppm. Tumbuhan memiliki potensi tumbuh 50 persen lebih cepat pada konsentrasi sebesar 1000 ppm.
Tumbuh-tumbuhan juga mengeluarkan selama pernapasan, sehingga tumbuhan yang berada pada tahap pertumbuhan sajalah yang merupakan penyerap bersih. Sebagai contoh, hutan tumbuh akan menyerap berton-ton setiap tahunnya, namun hutan matang akan menghasilkan dari pernapasan dan dekomposisi sel-sel mati sebanyak yang dia gunakan untuk biosintesis
tumbuhan. Walaupun demikian, hutan matang jugalah penting sebagai buangan karbon, membantu menjaga keseimbangan atmosfer bumi. Selain itu, fitoplankton juga menyerap yang larut di air laut, sehingga mempromosikan penyerapan dari atmosfer.
Kandungan karbon dioksida di udara segar bervariasi antara 0.03% (300ppm) sampai dengan 0.06% (600 ppm) bergantung pada lokasi.
Menurut Otoritas Keselamatan Maritim Australia, "Paparan berkepanjangan terhadap konsentrasi karbon dioksida yang sedang dapat menyebabkan asidosis dan efek-efek merugikan pada metabolisme kalsium fosforus yang menyebabkan peningkatan endapan kalsium pada jaringan lunak. Karbon dioksida beracun kepada jantung dan menyebabkan menurunnya gaya kontraktil. Pada konsentrasi tiga persen berdasarkan volume di udara, ia bersifat
narkotik ringan dan menyebabkan peningkatan tekanan darah dan denyut nadi, dan menyebabkan penurunan daya dengar. Pada konsentrasi sekitar lima persen berdasarkan volume, ia menyebabkan stimulasi pusat pernapasan, pusing-pusing, kebingungan, dan kesulitan pernapasan yang diikuti sakit kepala dan sesak napas. Pada konsentrasi delapan persen, ia menyebabkan sakit kepala, keringatan, penglihatan buram, tremor, dan kehilangan kesadaran setelah paparan selama lima sampai sepuluh menit."
Oleh karena bahaya kesehatan yang diasosiasikan dengan paparan karbon dioksida, Administrasi Kesehatan dan Keselamatan Kerja Amerika Serikat menyatakan bahwa paparan rata-rata untuk orang dewasa yang sehat selama waktu kerja 8 jam sehari tidak boleh melebihi 5000 ppm (0.5%). Batas aman maksimum untuk balita, anak-anak, orang tua, dan individu dengan masalah kesehatan
kardiopulmonari (jatung dan paru-paru) secara signifikan lebih kecil. Untuk paparan dalam jangka waktu pendek (di bawah 10 menit), batasan dari Institut Nasional untuk Kesehatan dan Keamanan Kerja Amerika Serikat (NIOSH) adalah 30000 ppm (3%). NIOSH juga menyatakan bahwa konsentrasi karbon dioksida yang melebihi 4% adalah langsung berbahaya bagi keselamatan jiwa dan kesehatan.
Adaptasi terhadap peningkatan kadar dapat terjadi pada manusia. Inhalasi yang berkelanjutan dapat ditoleransi pada konsentrasi inspirasi tiga persen paling sedikit selama satu bulan dan empat persen konsentrasi insiparsi selama lebih dari satu minggu. Diajukan juga bahwa konsentrasi insipirasi sebesar 2.0 persen dapat digunakan untuk ruangan tertutup (seperti kapal selam)
oleh karena adaptasi ini bersifat fisiologis dan reversibel. Penurunan kinerja atau pada aktivitas fisik yang normal tidak terjadi pada tingkat konsentrasi ini.
Gambaran-gambaran ini berlaku untuk karbon dioksida murni. Dalam ruangan tertutup yang dipenuhi orang, konsentrasi karbondioksida akan mencapai tingkat yang lebih tinggi daripada konsentrasi di udara bebas. Konsentrasi yang lebih besar dari 1000 ppm akan menyebabkan ketidaknyamanan terhadap 20% penghuni dan ketidaknyamanan ini akan meningkat seiring dengan meningkatnya
konsentrasi. Ketidaknyamanan ini diakibatkan oleh gas-gas yang dikeluarkan sewaktu pernapasan dan keringatan manusia, bukan oleh. Pada konsentrasi 2000 ppm, mayoritas penghuni akan merasakan ketidaknyamanan yang signifikan dan banyak yang akan mual-mual dan sakit kepala. Konsentrasi antara 300 ppm sampai dengan 2500 ppm digunakan sebagai indikator kualitas udara dalam ruangan.
Keracunan karbon dioksida akut dikenal sebagai lembap hitam. Para penambang biasanya akan membawa sesangkar burung kenari ketika mereka sedang bekerja untuk memperingati mereka ketika kadar karbon dioksida mencapat tingkat yang berbahaya. Burung kenari akan terlebih dahulu mati sebelum kadar mencapai tingkat yang berbahaya untuk manusia. Karbon dioksida menyebabkan kematian yang luas di Danau
Nyos di Kamerun pada tahun 1996. Karbon dioksida yang lebih berat yang dikeluarkan mendorong oksigen keluar, menyebabkan kematian hampir 2000 orang.