在夏威夷莫纳罗亚火山的月球表面般的山顶附近，一台红外分析仪即将创造历史。预计在下个月的某个时候，它将记录到大气中二氧化碳的每日浓度超过百万分之 400 (ppm)，这个数值在该关键监测点上数百万年来从未达到过。
不会有气球或喧闹的庆祝活动来庆祝这一事件。监测温室气体的研究人员会将其视为一个令人不安的标志，表明人类有能力改变大气的化学成分，并以此改变地球的气候。英国诺维奇东英吉利大学的气候研究员科琳·勒奎尔表示，当达到百万分之 400 时，各国将很难控制全球变暖，她说，其影响“正非常危险地接近全球各国政府承诺不应超过的 2 摄氏度目标”。
可能需要一段时间，也许是几年，全球二氧化碳浓度才能在全年平均值上超过百万分之 400。但在莫纳罗亚达到该值意义重大，因为研究人员自 1958 年以来一直在那里监测该气体，比任何其他地点都长。“现在是时候评估我们身在何处，以及我们将走向何方了，”加利福尼亚州拉霍亚斯克里普斯海洋研究所的地球化学家拉尔夫·基林说，他负责监督该中心在莫纳罗亚的二氧化碳监测工作。这个气体记录，被称为基林曲线，是由他的父亲查尔斯·基林开始的。
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图片来源：斯克里普斯海洋研究所/加州大学圣地亚哥分校
当开始监测时，二氧化碳水平为百万分之 316，仅比工业革命前的百万分之 280 高一点。但自从夏威夷开始测量以来，数值一直遵循向上倾斜的趋势，没有停止的迹象（参见“上升趋势”）。其他温室气体的排放量也在增加，据马萨诸塞州剑桥麻省理工学院的大气科学家罗纳德·普林表示，4 月份大气中二氧化碳的总当量浓度约为百万分之 478。
勒奎尔和全球碳项目的其他成员汇编的数据表明，2011 年人类向大气排放了约 104 亿吨碳。其中约一半每年被海洋和陆地植被等碳“汇”吸收；其余的则留在空气中，提高了全球二氧化碳浓度。
“现在真正的问题是：未来碳汇将如何变化？”北卡罗来纳州布恩阿巴拉契亚州立大学的环境科学家格雷格·马兰德说，他帮助汇编排放数据。
自从基林开始测量以来，碳汇已经大幅增长，当时碳排放总量约为每年 25 亿吨。但气候模型表明，陆地和海洋不会长期保持这种速度。
“在某个时候，地球将无法再继续帮助我们，尤其是陆地生物圈，”科罗拉多大学博尔德分校的生物地球化学家吉姆·怀特说。随着碳汇减缓，更多排放的二氧化碳滞留在大气中，二氧化碳水平将会更快地上升。
一些研究人员认为，碳汇已经开始堵塞，从而降低了它们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)。其他人则不同意。
蒙大拿州米苏拉蒙大拿大学的生物地球化学家阿什利·巴兰坦与怀特等人合作，研究了排放记录以及全球各地的二氧化碳测量值。他们没有发现碳汇减缓的迹象 (A. P. Ballantyne et al. Nature 488, 70–72; 2012)。但加州大学伯克利分校的气候建模师尹丽娜表示，很难确定。“我们没有足够的观测网络。”美国国家海洋和大气管理局运营的全球最大网络，由于预算削减，不得不在 2012 年削减 12 个站点。
一些最关键的区域，如热带地区，也是监测最少的区域，尽管研究人员正在努力弥补差距。德国和巴西的科学家正在建造一座 300 米高的塔，以监测亚马逊（参见 Nature 467, 386–387; 2010）。欧洲的综合碳观测系统正在整个大陆和一些海洋地点建立站点，以测量二氧化碳和其他温室气体。
卫星也可以监测碳源和碳汇。两颗轨道飞行器已经提供了一些数据，美国宇航局计划明年发射备受期待的轨道碳观测站-2（参见第 5 页）。该卫星的早期版本在 2009 年发射时失败了。
然而，即使新的资源上线，研究人员仍在努力维持莫纳罗亚站的运行。“我能够为该项目获得的资金随着时间的推移而减少，”基林说，他的团队在全球 13 个地点监测二氧化碳浓度。
“我们选择像鸵鸟一样掩耳盗铃有点愚蠢，”怀特谈到资金困难时说。“我们不想知道大气中有多少二氧化碳，但我们应该进行更多的监测。”