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地球在历史的早期，也和火星、金星相似，大气中的CO 2 占有很大的比重。据Preston Cloud（1968）的研究,CO 2 约占大气总量的50%。CO 2 的来源除了混沌初期的残留部分外，大多是通过地壳破碎带释放，或其他气体转化而来，如由CH 4 与其他大气成分化学反应产生的CO 2 和H 2 。另一部分是由地壳中的烃类物质，如由石油、天然气、煤炭等生成，以CO 2 、CH 4 等形成渗透到地表，进入大气层，并转化成CO 2 保存在大气中。
大气中的CO 2 含量在太古代（距今26亿年）前约为40%到了元古代末期（距今约6.4亿年）降到30%左右，到了古生代末（距今2.3亿年）下降到小于10 %，直到第三纪（距今2.2百万年）下降到1%左右，现在仅占0.03 %，成为稀有气体。
大气中CO 2 不断减少的原因,Preston Cloud等人认为主要是由于生物地球子系统日益发达，尤其是植物的光合作用结果，将CO 2 气体分解成为O 2 和C,其中O 2 供给了动物和植物的生长需要，而C则成为植物的组成部分。同时，一切生物，一切碳水化合物，都含有C元素。
大气中的CO 2 含量还具有不断波动的特征，除了受生物影响外，还受到气温变化的影响，如表4.1所示。
据Berner（2001）研究，从6亿年来地球大气中CO 2 浓度的变化具有波动性、节律性和不确定性。
波动性：距今6亿年以来，大气中的CO 2 浓度，具有明显的波动性特征，距今6亿~3.5亿年间有一个很高的波峰，距今4亿~2.5亿年间为一个很低的波谷，距今2.5亿~1亿年为一个不大的波峰，距今大约1亿~0.001亿年间为一不大明显的波谷，大约从距今1万年后CO 2 的浓度开始缓慢地上升。CO 2 浓度的波谷，基本上与地球历史上的冰期有关。
节律性或周期性：地球大气中CO 2 浓度的变化，大体以2亿年为周期。大约与地球的冰期，或银河系周期，或Milankovitch的大周期有关。
不确定性：无论是CO 2 浓度的波动强度，还是波动周期都具有明显的不确定性特征。CO 2 浓度的波动与周期性中，都包括了若干个小的波动与周期，而且都是不一致的，具有明显的不确定性。
从距今6亿年至今的CO 2 浓度总的趋势来看，浓度越来越小，这是另一个特征，可能是由于地球系统的规则所决定的，如图4.2和图4.3所示。
图4.2显示了相当长时期内CO 2 与气温并无直接联系。
图4.1 地球历史时期的大气中CO 2 的变化示意图
图4.2 地球各历史时期全球气温与CO 2 的关系（Berner,2001）
图4.3 1亿年来大气中CO 2 含量变化模式