戴安娜·帕塔基（Diane Pataki）很清楚，當人口數量達到相當龐大的規模時，空氣對於人類排放廢氣的反應會有多敏感。她是一名環境生物學家，就職於加州及猶他州的多所大學，曾協助建立了一個生態研究課題，在大城市這種新型的生態系統中，追蹤原子的運動。
《地球物理研究快報》曾經刊登過帕塔基的眾多作品，其中2006年的一篇文章描述了在大城市內部及周圍，空氣對人類活動的反應是如何迅速。隨著人們行為的變化，原子比例每個小時都會發生波動。通過這種方式，空氣記錄了我們的影響，帕塔基與她的團隊也揭示了我們作為一個整體是如何影響大氣的。
被作為研究對象的生態系統是猶他州的鹽湖城，但在其他城市中心進行的研究也揭示了類似結果，這其中包括：洛杉磯、菲尼克斯、巴爾的摩和巴黎。因為傳統的生態學家都將目光集中在野外，因此這項研究中的一項發現直到最近才引起生態學家的注意，那就是城市居民與機器製造出的富碳氣體罩，帕塔基與同伴們稱之為「城市CO2穹頂」。
這個詞用得頗有些不當，「城市CO2穹頂」並沒有確定的形狀，內外之間也沒有明確的界限。它很像是一個沒有橡膠層的氣球，內部充滿了人們呼出的富碳廢氣，其密度一般比空氣更大，因此更傾向於貼在整個城市的地面上，形成無定型的隆起。模糊的邊界會化掉並隨風飄散，底層則會不斷補入廢氣。
每一座大城市都有一個這樣的穹頂，不過大小形狀和構成比例就各有不同了，取決於當地的環境與文化。比如洛杉磯的CO2穹頂因為受太平洋的西風影響，被壓縮到了周圍的山坳中，而上方被一層空氣封住，因此城市廢氣不會向上逃逸。它會有節奏地膨脹或收縮，當太陽照射使穹頂中的空氣升溫時，垂直方向的厚度可以達到大約半英里（800米），到了晚上差不多就只有一半高度了。
鹽湖城的地勢更為開闊，城市上方的穹頂邊界沒那麼清晰，可以在不同的氣象條件下更為自由地搖晃或擴張。但是在穹頂內部所發生的一切，則最為清晰地展示出人類與空氣之間的原子關聯。
在2004年12月到2005年1月間，帕塔基和她的同事們分析了鹽湖城內部與周邊空氣的化學及同位素平衡，發現穹頂內每天都會出現兩次CO2濃度井噴的現象，第一次是在黎明前的幾個小時，到了下午鄰近傍晚時又會再次出現。通過分析煙霧中的特徵同位素指紋圖，該團隊可以追蹤穹頂中額外的碳原子，判斷在確切時間化石能源的燃燒增長情況，這也反映了當地居民的生活習慣。
第一次高峰多數是由寒夜裡的天然氣取暖所致，而第二次增長則是因為上班族們被堵在了路上。然而令人驚訝的是，有時大約會有一半的二氧化碳來自於人類與機器之外。溫暖的夏夜裡，主城區中的樹木、草坪、花園甚至半裸露的土壤，都會因為微生物的降解與植物呼吸釋放出大量CO2。而當太陽再次升起，植物開始進行光合作用後，穹頂中的CO2濃度也會隨之下降，就像全球大氣成分隨著季節變換而變化一樣。
一家名為SLCO2的網站會登出猶他大學的數據，顯示鹽湖城上方的CO2濃度通常是在工作日更高，這應該是因為工作日行駛的車輛更多。二氧化碳濃度在白天會上升，而這段時間人們與機械的活動也更為頻繁，從大量監測站所獲取的周數據看上去都像海浪一般。最高濃度出現在人們打開家中壁爐的時候，而冬天的寒冷會使得穹頂無法過度膨脹，這樣排放物就會被限制在更小的範圍內。
或許你已經猜到，在人口最為密集的地方，二氧化碳的濃度也會異常高。最近，波士頓大學的科學家發現在他們的城市裡，CO2的濃度通常會比郊區的哈佛森林（平均393ppm左右）要高出20ppm以上，而森林不過位於城市西側一個半小時車程而已。熙熙攘攘的科托努是中非國家貝寧的一座城市，研究發現這裡的CO2濃度超過世界平均水平的兩倍，這要歸因於當地的交通、家庭與工業排放。科學家們在監測印第安納波利斯的空氣時，發現當地近期的CO2濃度突然上升，他們非常驚訝，直到後來才想起，當時正逢印第安納波利斯500英里大獎賽召開。不過這種突增並非是由賽車所致，而是來自於數以十萬計的觀眾前往小鎮觀賽時所開的車。
在這樣的穹頂下，居住著全美3/4的人口，那麼一切是怎麼與我們的生活息息相關的？大城市空氣中的有毒污染物威脅人體健康，這已廣為人知，但此處要關注的並非這一點。故事主角是巨大穹頂中的碳原子，而不是可能由它們產生的骯髒化合物。在這些化合物中，無色無味的二氧化碳最為常見，而它在城市穹頂中的濃度尚不足以從生理上危害到任何人。
事實上，科托努CO2穹頂中雙倍於一般地區的碳，似乎也確實促進了當地植物的繁榮。根據前述研究，城市中污染最嚴重的地區，草會以廢氣作為生長原料。在科托努嗅一嗅花朵的芬芳，香郁的氣味分子中有1/5的碳原子就來自不遠處的轎車、卡車和煙囪。
儘管植物會在富含二氧化碳的大城市中感到陶醉，但我們可不喜歡這樣。當我們吸入二氧化碳時，我們僅僅是原封不動地把它們又呼了出來，還加了我們自己產生的那部分。不過這並非是說城市中的碳完全不會影響我們，事實與此相去甚遠。
大城市中CO2穹頂中的大部分碳都來自空氣以外，在南太平洋的島嶼和北極苔原上你也可以發現同樣的物質。大氣中大部分二氧化碳，依次來自於生物圈、火山噴發與海洋逸散。但是在城市CO2穹頂中，大約有1/4來自化石燃料。
這也就是為什麼戴安娜·帕塔基這些科學家的工作如此重要的原因之一。說起溫室氣體的排放，城市區域已然是我們與大氣之間的主要紐帶。自從工業革命以來，全世界的二氧化碳濃度一直在上升，並且到本世紀末，將會達到工業革命以前的兩倍。儘管仍然有人否認人類是這一次上升的幕後推手，但數據卻說明了一切。
是的，森林中發生的火災及降解過程都會向空氣中釋放CO2，但在20世紀，這些原因所貢獻的比例很小。此外，同位素分析表明，增長的那部分主要來自於化石燃料而非生物性碳。
是的，相比過去而言，增長的大量人口也向大氣中呼出更多的CO2，但在城市CO2穹頂中，這也只是很小的一部分，通常在1％左右，對於整個星球而言更是微不足道。
是的，火山會噴出二氧化碳，但即便很活躍的火山，比如菲律賓的皮納圖博火山或華盛頓州的聖海倫斯火山，也只是在一段時間裡影響局部地區。然而另一方面，我們的影響卻是全球性的，並且無休無止。在地球科學時事通訊《EOS》上刊登的一篇文章中，火山學家特倫斯·格拉赫（Terrance Gerlach）用質樸的術語說明，火山排放出的CO2不足人類排放的百分之一。根據他的計算，我們排放三天，就相當於全世界的火山排放一年。根據格拉赫的數據，我們目前每年大約排放350億噸二氧化碳，相當於700次皮納圖博火山噴發，而像聖海倫斯火山在1980年那樣的爆發，需要至少每天9次才能趕上我們的排放量。
就像格拉赫指出的，將我們自己和地球上最強大的幾種力量對比，「是揭示人類碳足跡規模的生動視角」。而另一方面，通過煤炭、天然氣和石油向空氣中無休無止排放的碳，正在將我們的整個大氣層改造成一個巨大的CO2穹頂。