増加する大気中の二酸化炭素（CO₂）濃度

最初に、現時点でわかっている大気中CO₂の収支関係をおさらいしておきましょう。産業革命以降、われわれ人類は石炭や石油、天然ガスといった化石燃料の消費を加速度的に増加させ大量のCO₂を排出してきた結果、大気中のCO₂濃度を上昇させてきました。しかし、大気中のCO₂濃度の精密観測が実施されるようになると、その増加率が化石燃料の消費量から予想される増加率よりも小さいことが明らかとなりました。このことから、海洋や陸上生物圏がCO₂を吸収しているのではないかと考えられるようになりました。海洋はCO₂を溶かし込むことで吸収源になることが可能です。また、陸上生物圏は、森林減少等でCO₂を放出する一方、森林の成長によってバイオマスや土壌有機物を増加させることでCO₂の吸収源となることができます。地球表層における過去150年間におけるCO₂の収支の推定については、ココが知りたい地球温暖化「海から二酸化炭素が放出された？」に詳しく述べられているので、そちらを参照してください。ここでは、現在の化石燃料起源のCO₂の排出量と大気への蓄積量、さらに海洋・陸上植物圏の吸収量のそれぞれについて見ておきましょう。図1に2000年から2005年の5年間の平均的なCO₂の流れを示しました。化石燃料起源のCO₂が毎年約260億トン（CO₂換算による重さ）排出され、大気中には毎年150億トン蓄積しています。この両者の差分である110億トンは海洋と陸上植物が吸収していることになります。なお、海洋と陸上植物それぞれの吸収量の推定値（図の35億トンおよび75億トン）には20億トン以上の不確かさがあり、それらの推定精度を高めるための研究が現在も続けられています。

図12000年から2005年の5年間の平均的な地球表層におけるCO₂の正味の循環

人間は呼吸でどのくらいのCO₂を排出しているのか？

それでは、全人類が呼吸によっていったいどのくらいのCO₂を排出しているのでしょうか？ 呼気に含まれるCO₂の量は条件によってさまざまに変わるため正確な値を求めることは困難ですが、地球規模のCO₂収支とおよその比較を行うためと割り切って概算を行ってみましょう。人の呼気中のCO₂濃度は運動量とともに増加し、安静時の約1%から重作業時の9%まで変化します。ここでは、軽作業時の呼気中のCO₂濃度である約3%を一日の平均値として採用することにします。また、男女の平均呼吸率（平均的な生活行動をした場合に一日に呼吸する空気の量）は約19m³/dayと推定されています。CO₂1m³の重さは約1.8kgで、CO₂濃度の平均値は3%ですから、人が一日に吐き出すCO₂量は約1kgとなります。

2008年時点での世界人口はおよそ65億人と推定されていますから、人が一日に吐き出すCO₂を1kgとして1年間に全人類が吐き出すCO₂の量を計算すると約24億トンとなります。この量は化石燃料の消費によって全世界から排出されるCO₂量の約9%に相当します。ですから、原理的には呼吸を止めるか、または、（呼吸を止めては生きてゆけないので）何らかの方法で呼気に含まれるCO₂をすべて回収できるとすれば、大気中のCO₂増加率をある程度減らすことができる計算になります。

人類の呼吸は大気中CO₂濃度を増加させているといえるのか？

全人類が吐き出すCO₂がかなりの量になることがわかりましたが、それをもって人間の呼吸が大気中のCO₂濃度の増加に寄与していると考えてよいのでしょうか？ そもそも呼吸とは、食物から体内に取り込まれた栄養素を酸素によって分解することでエネルギーを取り出し、最終生成物であるCO₂を排出するプロセスです。ですから、呼吸によって排出されるCO₂は食物に含まれる炭水化物やタンパク質、脂質といった有機物に含まれる炭素に由来するものなのです。これらの食物が穀物や野菜などの植物であれば、そこに含まれる炭素の起源が大気中のCO₂であることは明らかです。また、その食物が魚や動物の肉であったとしても、それらが成長するための食物をたどっていけば必ず植物に行き当たります。つまり、地球上に存在するいかなる動物も、植物が太陽エネルギーを利用して光合成によって生産した有機物を利用しており、人間も例外ではないのです（このような関係を食物連鎖とよぶ）。したがって、人が吐き出すCO₂は、元をたどれば大気中に存在していたCO₂ですから、結局大気中のCO₂を増やしも減らしもしていないことになります。このような状態をカーボンニュートラルであるとよびます。

ところで、われわれは食物に含まれる有機物のすべてを消化して体内に吸収するわけではなく、かなりの部分を体外に排出しています。これらの排出物も最終的には微生物的分解を経て大気中にCO₂として帰ってゆきます。そして、大気中にもどされたCO₂は再び植物によって利用されます。このような物質の循環を生物的循環とよび、人間もその循環を構成する一員とみなすことができます（図2）。CO₂（炭素）が生物的循環のループを定常的にめぐっている限り、大気中のCO₂の増減はほとんどありません。一方、化石燃料の消費によるCO₂は、このような生物的循環の外にあるため^[注1]、その消費が大気中の濃度を変化させる可能性が高いといえるのです。また、森林減少は植物の光合成による生産量を減らしバイオマスや土壌有機物の分解を促進するため、大気中のCO₂濃度を増加させる可能性があります。幸い、現時点で陸上生物圏はCO₂の吸収源として働いているようですが、将来温暖化が進むと寒冷な地域での土壌有機物の分解速度が速まり、陸上生物圏がCO₂の発生源となる可能性もあります。

図2生物的な炭素循環の模式図。茶色の矢印はCO₂、緑色の矢印は有機物の流れを示す。生物的炭素循環におけるCO₂の出入りであれば（人間の呼吸もその一つである）大気中のCO₂濃度を極端に変化させることはない

本当にカーボンニュートラルか？

それでは、われわれが食料を生産し消費する過程はカーボンニュートラルだから、いくら食料を無駄にしたとしても大丈夫といえるのでしょうか？ そもそも、本当にカーボンニュートラルなのでしょうか？ というのは、今われわれが口にする食料には海外からの輸入食材がかなりの量含まれていることはよく知られていることです。ですから、その輸送の過程で化石燃料起源のCO₂が排出されているはずです。また、冬場のビニールハウス栽培で温度を維持するための熱源やトラクター等の農業機械の利用などにも化石燃料が使用されていますし、化学肥料の生産過程でも相当量のCO₂が排出されています。このように、現代の農業自体が化石燃料なしには成立しない状況なのです。つまり、食料自体はカーボンニュートラルなのですが、その生産・流通過程で大量の化石燃料が使用されているのが現状です。ですから、食料を無駄にしないことは当然として、できるだけ余計なエネルギーを利用せずに自然の生物的循環の中で生産された食料を消費するように努力することが化石燃料起源のCO₂の排出を減らすことにつながるのです。