二氧化碳是空氣中常見的化合物，碳與氧反應生成其化學式為CO2，一個二氧化碳分子由兩個氧原子與一個碳原子通過共價鍵構成，常溫下是一種無色無味氣體，密度比空氣大，能溶于水，與水反應生成碳酸，不支持燃燒。
二氧化碳CO2平均約占大氣體積的387ppm。大氣中的二氧化碳含量隨季節變化，這主要是由于植物生長的季節性變化而導致的。當春夏季來臨時，植物由于光合作用消耗二氧化碳，其含量隨之減少；反之，當秋冬季來臨時，植物不但不進行光合作用，反而制造二氧化碳，其含量隨之上升。二氧化碳常壓下為無色、無味、不支持燃燒、不可燃的氣體，二氧化碳不供給呼吸。是一種溫室氣體因為它發送可見光，強烈吸收紅外線。二氧化碳的濃度于2009年增長了約二百萬分之一。
海洋是地表最重要的儲水庫，也是全球碳的第二大循環系統。通過對海洋循環以及CO2溶于海水的系統模擬證實，化石燃料燃燒產生的約40%的CO2會被海洋吸收。海洋中吸收與釋放的CO2的量旗鼓相當。因此，海洋可被視為地球上最大的CO2水池，其循環回路見圖。海洋不僅從大氣中吸收CO2，同時將其自身儲存的CO2釋放至大氣中，海洋能作為CO2的存儲池也是因為其吸收CO2的量略大于釋放的量。同樣由上文所述，海洋中的碳循環系統巨大，是由許多次級系統組成，容易受環境、人類活動和火山噴發等行為影響。該系統也是也是一個耗能結構，通過消耗太陽能使其能耗維持在一個很高的水平。 海洋可被視作從大氣中吸收CO2同時釋放出有機碳和碳酸鹽沉淀的非線性的動力系統。由于海洋可以儲存CO2并輸出CO2及其鹽類,同時緩沖由于大氣中CO2濃度的增加所帶來的影響，所以其輸入及輸出關系是非線性的。該系統是自發循環的，生物處理在這樣一個自主的系統中不可或缺。海洋對于CO2的反饋作用利弊都有，它可以調整大氣的CO2濃度及熱平衡。因此研究海洋中CO2的反應過程至關重要。 如果海洋碳庫可被作為一個獨立的系統，土地和大氣看做是環境，河道和大氣中的CO2及其鹽類，以往由于人類活動造成的污染帶入的碳類以及化石燃料燃燒和森林砍伐所促成的CO2及其鹽類可認為是系統的碳輸入量。因為該系統規模巨大，成分復雜，很難用傳統的方法來描述其中的過程。
二氧化碳密度較空氣大，當二氧化碳少時對人體無危害，但其超過一定量時會影響人（其他生物也是）的呼吸，原因是血液中的碳酸濃度增大，酸性增強，并產生酸中毒。空氣中二氧化碳的體積分數為1%時，感到氣悶，頭昏，心悸；4%-5%時感到眩暈。6%以上時使人神志不清、呼吸逐漸停止以致死亡.主要征狀有：頭痛、頭愫暈、耳鳴、氣急、胸悶、乏力、心跳加快，面頰發紺、煩躁、譫妄、呼吸困難，如情況持續，就會出現嗜睡、淡漠、昏迷、反射消失、瞳孔散大、大小便失禁、血壓下降甚至死亡。
血清（血漿）中檢測CO?的含量是代謝性酸堿中度的指標之一，基本上代表了血漿中酸堿堿儲備的情況。
主要是溫室效應。因為二氧化碳具有保溫的作用，會逐漸使地球表面溫度升高。近100年，全球氣溫升高0.6℃，照這樣下去，預計到21世紀中葉，全球氣溫將升高1.5——4.5℃。由溫室效應所引起的海平面升高，也會對人類的生存環境產生巨大的影響。兩極海洋的冰塊也將全部融化。所有這些變化對野生動物而言無異于滅頂之災。
截至2013年5月，地球大氣層中的二氧化碳濃度已超過400 ppm（百萬分之400）。2000至2009年間的濃度增長率為每年2.0 ppm，且逐年加速。濃度比工業化之前的280 ppm濃度高得多，而人為因素是導致二氧化碳濃度急劇上升的主要原因。釋放出的二氧化碳中，57%進入大氣層，其余的則進入海洋，造成海洋酸化。
多達四成的地面二氧化碳排放是由于火山爆發。據估計，每年火山爆發釋放約130-230萬公噸（145-255萬噸）二氧化碳到大氣中。溫泉等也產生大量二氧化碳。在意大利的一個城市，當地的二氧化碳濃度一夜之間上升到75%以上，足以殺死昆蟲和小動物，但在白天當陽光照射因為升溫相當快，導致氣體對流而分散。人類排放的二氧化碳超過火山爆發排放量130倍以上：一年270億公噸。
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