CO 2 emissions from the burning of fossil fuels are the primary cause of global warming. Much attention has been focused on the CO 2 directly emitted by each country, but relatively little attention has been paid to the amount of emissions associated with the consumption of goods and services in each country. Consumption-based accounting of CO 2 emissions differs from traditional, production-based inventories because of imports and exports of goods and services that, either directly or indirectly, involve CO 2 emissions. Here, using the latest available data, we present a global consumption-based CO 2 emissions inventory and calculations of associated consumption-based energy and carbon intensities. We find that, in 2004, 23% of global CO 2 emissions, or 6.2 gigatonnes CO 2 , were traded internationally, primarily as exports from China and other emerging markets to consumers in developed countries. In some wealthy countries, including Switzerland, Sweden, Austria, the United Kingdom, and France, >30% of consumption-based emissions were imported, with net imports to many Europeans of >4 tons CO 2 per person in 2004. Net import of emissions to the United States in the same year was somewhat less: 10.8% of total consumption-based emissions and 2.4 tons CO 2 per person. In contrast, 22.5% of the emissions produced in China in 2004 were exported, on net, to consumers elsewhere. Consumption-based accounting of CO 2 emissions demonstrates the potential for international carbon leakage. Sharing responsibility for emissions among producers and consumers could facilitate international agreement on global climate policy that is now hindered by concerns over the regional and historical inequity of emissions.

What We're In For What would our climate future look like if we stopped building any new infrastructure that used fossil fuels? Davis et al. (p. 1330 ; see the Perspective by Hoffert ) made the assumption that all existing infrastructure will be used until the end of its lifetime, after which it will be replaced by infrastructure that does not produce CO 2 . They then calculated the amount of additional CO 2 that will be added to the atmosphere. The outcome is that the concentration of atmospheric CO 2 would remain below 430 parts per million (ppm) (present levels are 390 ppm) and global mean temperatures would increase to 1.3°C above preindustrial values (about 0.5°C above present), well below current targets of 450 ppm and 2°C, respectively.

We present ocean chemistry calculations based on ocean general circulation model simulations of atmospheric CO 2 emission, stabilization of atmospheric CO 2 content, and stabilization of atmospheric CO 2 achieved in total or in part by injection of CO 2 to the deep ocean interior. Our goal is to provide first‐order results from various CO 2 pathways, allowing correspondence with studies of marine biological effects of added CO 2 . Parts of the Southern Ocean become undersaturated with respect to aragonite under the Intergovernmental Panel on Climate Change Special Report on Emissions Scenarios (SRES) A1, A2, B1, and B2 emission pathways and the WRE pathways that stabilize CO 2 at 650 ppm or above. Cumulative atmospheric emission of 5000 Pg C produces aragonite undersaturation in most of the surface ocean; 10,000 Pg C also produces calcite undersaturation in most of the surface ocean. Stabilization of atmospheric CO 2 at 450 ppm produces both calcite and aragonite undersaturation in most of the deep ocean. The simulated SRES pathways produce global surface pH reductions of ∼0.3–0.5 units by year 2100. Approximately this same reduction is produced by WRE650 and WRE1000 stabilization scenarios and by the 1250 Pg C emission scenario by year 2300. Atmospheric emissions of 5000 Pg C and 20,000 Pg C produce global surface pH reductions of 0.8 and 1.4 units, respectively, by year 2300. Simulations of deep ocean CO 2 injection as an alternative to atmospheric release show greater chemical impact on the deep ocean as the price for having less impact on the surface ocean and climate. Changes in ocean chemistry of the magnitude shown are likely to be biologically significant.

CO 2 released from combustion of fossil fuels equilibrates among the various carbon reservoirs of the atmosphere, the ocean, and the terrestrial biosphere on timescales of a few centuries. However, a sizeable fraction of the CO 2 remains in the atmosphere, awaiting a return to the solid earth by much slower weathering processes and deposition of CaCO 3 . Common measures of the atmospheric lifetime of CO 2 , including the e-folding time scale, disregard the long tail. Its neglect in the calculation of global warming potentials leads many to underestimate the longevity of anthropogenic global warming. Here, we review the past literature on the atmospheric lifetime of fossil fuel CO 2 and its impact on climate, and we present initial results from a model intercomparison project on this topic. The models agree that 20–35% of the CO 2 remains in the atmosphere after equilibration with the ocean (2–20 centuries). Neutralization by CaCO 3 draws the airborne fraction down further on timescales of 3 to 7 kyr.

The social cost of carbon (SCC) is a commonly employed metric of the expected economic damages from carbon dioxide (CO2) emissions. Although useful in an optimal policy context, a world-level approach obscures the heterogeneous geography of climate damage and vast differences in country-level contributions to the global SCC, as well as climate and socio-economic uncertainties, which are larger at the regional level. Here we estimate country-level contributions to the SCC using recent climate model projections, empirical climate-driven economic damage estimations and socio-economic projections. Central specifications show high global SCC values (median, US$417 per tonne of CO2 (tCO2); 66% confidence intervals, US$177–805 per tCO2) and a country-level SCC that is unequally distributed. However, the relative ranking of countries is robust to different specifications: countries that incur large fractions of the global cost consistently include India, China, Saudi Arabia and the United States. Global estimates of the economic impacts of CO2 emissions may obscure regional heterogeneities. A modular framework for estimating the country-level social cost of carbon shows consistently unequal country-level costs.

Net anthropogenic emissions of carbon dioxide (CO2) must approach zero by mid-century (2050) in order to stabilize the global mean temperature at the level targeted by international efforts1–5. Yet continued expansion of fossil-fuel-burning energy infrastructure implies already ‘committed’ future CO2 emissions6–13. Here we use detailed datasets of existing fossil-fuel energy infrastructure in 2018 to estimate regional and sectoral patterns of committed CO2 emissions, the sensitivity of such emissions to assumed operating lifetimes and schedules, and the economic value of the associated infrastructure. We estimate that, if operated as historically, existing infrastructure will cumulatively emit about 658 gigatonnes of CO2 (with a range of 226 to 1,479 gigatonnes CO2, depending on the lifetimes and utilization rates assumed). More than half of these emissions are predicted to come from the electricity sector; infrastructure in China, the USA and the 28 member states of the European Union represents approximately 41 per cent, 9 per cent and 7 per cent of the total, respectively. If built, proposed power plants (planned, permitted or under construction) would emit roughly an extra 188 (range 37–427) gigatonnes CO2. Committed emissions from existing and proposed energy infrastructure (about 846 gigatonnes CO2) thus represent more than the entire carbon budget that remains if mean warming is to be limited to 1.5 degrees Celsius (°C) with a probability of 66 to 50 per cent (420–580 gigatonnes CO2)5, and perhaps two-thirds of the remaining carbon budget if mean warming is to be limited to less than 2 °C (1,170–1,500 gigatonnes CO2)5. The remaining carbon budget estimates are varied and nuanced14,15, and depend on the climate target and the availability of large-scale negative emissions16. Nevertheless, our estimates suggest that little or no new CO2-emitting infrastructure can be commissioned, and that existing infrastructure may need to be retired early (or be retrofitted with carbon capture and storage technology) in order to meet the Paris Agreement climate goals17. Given the asset value per tonne of committed emissions, we suggest that the most cost-effective premature infrastructure retirements will be in the electricity and industry sectors, if non-emitting alternatives are available and affordable4,18. A comprehensive assessment of ‘committed’ carbon dioxide emissions—from existing and proposed fossil-fuel-based infrastructure—finds that these emissions may exceed the level required to keep global warming within 1.5 degrees Celsius.

Current international climate mitigation efforts aim to stabilize levels of greenhouse gases in the atmosphere. However, human‐induced climate warming will continue for many centuries, even after atmospheric CO 2 levels are stabilized. In this paper, we assess the CO 2 emissions requirements for global temperature stabilization within the next several centuries, using an Earth system model of intermediate complexity. We show first that a single pulse of carbon released into the atmosphere increases globally averaged surface temperature by an amount that remains approximately constant for several centuries, even in the absence of additional emissions. We then show that to hold climate constant at a given global temperature requires near‐zero future carbon emissions. Our results suggest that future anthropogenic emissions would need to be eliminated in order to stabilize global‐mean temperatures. As a consequence, any future anthropogenic emissions will commit the climate system to warming that is essentially irreversible on centennial timescales.

We investigate the functioning of the ocean’s biological pump by analyzing the vertical transfer efficiency of particulate organic carbon (POC). Data evaluated include globally distributed time series of sediment trap POC flux, and remotely sensed estimates of net primary production (NPP) and sea surface temperature (SST). Mathematical techniques are developed to compare these temporally discordant time series using NPP and POC flux climatologies. The seasonal variation of NPP is mapped and shows regional‐ and basin‐scale biogeographic patterns reflecting solar, climatic, and oceanographic controls. Patterns of flux are similar, with more high‐frequency variability and a subtropical‐subpolar pattern of maximum flux delayed by about 5 days per degree latitude increase, coherent across multiple sediment trap time series. Seasonal production‐to‐flux analyses indicate during intervals of bloom production, the sinking fraction of NPP is typically half that of other seasons. This globally synchronous pattern may result from seasonally varying biodegradability or multiseasonal retention of POC. The relationship between NPP variability and flux variability reverses with latitude, and may reflect dominance by the large‐amplitude seasonal NPP signal at higher latitudes. We construct algorithms describing labile and refractory flux components as a function of remotely sensed NPP rates, NPP variability, and SST, which predict POC flux with accuracies greater than equations typically employed by global climate models. Globally mapped predictions of POC export, flux to depth, and sedimentation are supplied. Results indicate improved ocean carbon cycle forecasts may be obtained by combining satellite‐based observations and more mechanistic representations taking into account factors such as mineral ballasting and ecosystem structure.

CO(2) emissions from the burning of fossil fuels are conventionally attributed to the country where the emissions are produced (i.e., where the fuels are burned). However, these production-based accounts represent a single point in the value chain of fossil fuels, which may have been extracted elsewhere and may be used to provide goods or services to consumers elsewhere. We present a consistent set of carbon inventories that spans the full supply chain of global CO(2) emissions, finding that 10.2 billion tons CO(2) or 37% of global emissions are from fossil fuels traded internationally and an additional 6.4 billion tons CO(2) or 23% of global emissions are embodied in traded goods. Our results reveal vulnerabilities and benefits related to current patterns of energy use that are relevant to climate and energy policy. In particular, if a consistent and unavoidable price were imposed on CO(2) emissions somewhere along the supply chain, then all of the parties along the supply chain would seek to impose that price to generate revenue from taxes collected or permits sold. The geographical concentration of carbon-based fuels and relatively small number of parties involved in extracting and refining those fuels suggest that regulation at the wellhead, mine mouth, or refinery might minimize transaction costs as well as opportunities for leakage.