戴安娜·帕塔基（Diane Pataki）很清楚，当人口数量达到相当庞大的规模时，空气对于人类排放废气的反应会有多敏感。她是一名环境生物学家，就职于加州及犹他州的多所大学，曾协助建立了一个生态研究课题，在大城市这种新型的生态系统中，追踪原子的运动。
《地球物理研究快报》曾经刊登过帕塔基的众多作品，其中2006年的一篇文章描述了在大城市内部及周围，空气对人类活动的反应是如何迅速。随着人们行为的变化，原子比例每个小时都会发生波动。通过这种方式，空气记录了我们的影响，帕塔基与她的团队也揭示了我们作为一个整体是如何影响大气的。
被作为研究对象的生态系统是犹他州的盐湖城，但在其他城市中心进行的研究也揭示了类似结果，这其中包括：洛杉矶、菲尼克斯、巴尔的摩和巴黎。因为传统的生态学家都将目光集中在野外，因此这项研究中的一项发现直到最近才引起生态学家的注意，那就是城市居民与机器制造出的富碳气体罩，帕塔基与同伴们称之为“城市CO2穹顶”。
这个词用得颇有些不当，“城市CO2穹顶”并没有确定的形状，内外之间也没有明确的界限。它很像是一个没有橡胶层的气球，内部充满了人们呼出的富碳废气，其密度一般比空气更大，因此更倾向于贴在整个城市的地面上，形成无定型的隆起。模糊的边界会化掉并随风飘散，底层则会不断补入废气。
每一座大城市都有一个这样的穹顶，不过大小形状和构成比例就各有不同了，取决于当地的环境与文化。比如洛杉矶的CO2穹顶因为受太平洋的西风影响，被压缩到了周围的山坳中，而上方被一层空气封住，因此城市废气不会向上逃逸。它会有节奏地膨胀或收缩，当太阳照射使穹顶中的空气升温时，垂直方向的厚度可以达到大约半英里（800米），到了晚上差不多就只有一半高度了。
盐湖城的地势更为开阔，城市上方的穹顶边界没那么清晰，可以在不同的气象条件下更为自由地摇晃或扩张。但是在穹顶内部所发生的一切，则最为清晰地展示出人类与空气之间的原子关联。
在2004年12月到2005年1月间，帕塔基和她的同事们分析了盐湖城内部与周边空气的化学及同位素平衡，发现穹顶内每天都会出现两次CO2浓度井喷的现象，第一次是在黎明前的几个小时，到了下午邻近傍晚时又会再次出现。通过分析烟雾中的特征同位素指纹图，该团队可以追踪穹顶中额外的碳原子，判断在确切时间化石能源的燃烧增长情况，这也反映了当地居民的生活习惯。
第一次高峰多数是由寒夜里的天然气取暖所致，而第二次增长则是因为上班族们被堵在了路上。然而令人惊讶的是，有时大约会有一半的二氧化碳来自于人类与机器之外。温暖的夏夜里，主城区中的树木、草坪、花园甚至半裸露的土壤，都会因为微生物的降解与植物呼吸释放出大量CO2。而当太阳再次升起，植物开始进行光合作用后，穹顶中的CO2浓度也会随之下降，就像全球大气成分随着季节变换而变化一样。
一家名为SLCO2的网站会登出犹他大学的数据，显示盐湖城上方的CO2浓度通常是在工作日更高，这应该是因为工作日行驶的车辆更多。二氧化碳浓度在白天会上升，而这段时间人们与机械的活动也更为频繁，从大量监测站所获取的周数据看上去都像海浪一般。最高浓度出现在人们打开家中壁炉的时候，而冬天的寒冷会使得穹顶无法过度膨胀，这样排放物就会被限制在更小的范围内。
或许你已经猜到，在人口最为密集的地方，二氧化碳的浓度也会异常高。最近，波士顿大学的科学家发现在他们的城市里，CO2的浓度通常会比郊区的哈佛森林（平均393ppm左右）要高出20ppm以上，而森林不过位于城市西侧一个半小时车程而已。熙熙攘攘的科托努是中非国家贝宁的一座城市，研究发现这里的CO2浓度超过世界平均水平的两倍，这要归因于当地的交通、家庭与工业排放。科学家们在监测印第安纳波利斯的空气时，发现当地近期的CO2浓度突然上升，他们非常惊讶，直到后来才想起，当时正逢印第安纳波利斯500英里大奖赛召开。不过这种突增并非是由赛车所致，而是来自于数以十万计的观众前往小镇观赛时所开的车。
在这样的穹顶下，居住着全美3/4的人口，那么一切是怎么与我们的生活息息相关的？大城市空气中的有毒污染物威胁人体健康，这已广为人知，但此处要关注的并非这一点。故事主角是巨大穹顶中的碳原子，而不是可能由它们产生的肮脏化合物。在这些化合物中，无色无味的二氧化碳最为常见，而它在城市穹顶中的浓度尚不足以从生理上危害到任何人。
事实上，科托努CO2穹顶中双倍于一般地区的碳，似乎也确实促进了当地植物的繁荣。根据前述研究，城市中污染最严重的地区，草会以废气作为生长原料。在科托努嗅一嗅花朵的芬芳，香郁的气味分子中有1/5的碳原子就来自不远处的轿车、卡车和烟囱。
尽管植物会在富含二氧化碳的大城市中感到陶醉，但我们可不喜欢这样。当我们吸入二氧化碳时，我们仅仅是原封不动地把它们又呼了出来，还加了我们自己产生的那部分。不过这并非是说城市中的碳完全不会影响我们，事实与此相去甚远。
大城市中CO2穹顶中的大部分碳都来自空气以外，在南太平洋的岛屿和北极苔原上你也可以发现同样的物质。大气中大部分二氧化碳，依次来自于生物圈、火山喷发与海洋逸散。但是在城市CO2穹顶中，大约有1/4来自化石燃料。
这也就是为什么戴安娜·帕塔基这些科学家的工作如此重要的原因之一。说起温室气体的排放，城市区域已然是我们与大气之间的主要纽带。自从工业革命以来，全世界的二氧化碳浓度一直在上升，并且到本世纪末，将会达到工业革命以前的两倍。尽管仍然有人否认人类是这一次上升的幕后推手，但数据却说明了一切。
是的，森林中发生的火灾及降解过程都会向空气中释放CO2，但在20世纪，这些原因所贡献的比例很小。此外，同位素分析表明，增长的那部分主要来自于化石燃料而非生物性碳。
是的，相比过去而言，增长的大量人口也向大气中呼出更多的CO2，但在城市CO2穹顶中，这也只是很小的一部分，通常在1％左右，对于整个星球而言更是微不足道。
是的，火山会喷出二氧化碳，但即便很活跃的火山，比如菲律宾的皮纳图博火山或华盛顿州的圣海伦斯火山，也只是在一段时间里影响局部地区。然而另一方面，我们的影响却是全球性的，并且无休无止。在地球科学时事通讯《EOS》上刊登的一篇文章中，火山学家特伦斯·格拉赫（Terrance Gerlach）用质朴的术语说明，火山排放出的CO2不足人类排放的百分之一。根据他的计算，我们排放三天，就相当于全世界的火山排放一年。根据格拉赫的数据，我们目前每年大约排放350亿吨二氧化碳，相当于700次皮纳图博火山喷发，而像圣海伦斯火山在1980年那样的爆发，需要至少每天9次才能赶上我们的排放量。
就像格拉赫指出的，将我们自己和地球上最强大的几种力量对比，“是揭示人类碳足迹规模的生动视角”。而另一方面，通过煤炭、天然气和石油向空气中无休无止排放的碳，正在将我们的整个大气层改造成一个巨大的CO2穹顶。