Ο κύκλος του άνθρακα είναι ένας από τους διάφορους βιογεωχημικούς κύκλους με τους οποίους οι διάφορες ενώσεις είναι απαραίτητες για τη ζωή, όπως το νερό, άζωτο, θείο, άνθρακας και φώσφορος, ανακυκλώνονται συνεχώς μέσω μεταβολικών, γεωλογικών και μετεωρολογικών διαδικασίες. Ο άνθρακας υπάρχει ως διοξείδιο του άνθρακα στην ατμόσφαιρα και διαλύεται στους ωκεανούς, ως οργανικός άνθρακας σε ζωντανούς οργανισμούς, και ως μέρος των ιζημάτων όπως τα ανθρακικά ασβέστια. Κανονικά, οι κινήσεις άνθρακα μεταξύ αυτών των διαφορετικών δεξαμενών εξισορροπούνται αποτελεσματικά έτσι ώστε η ποσότητα άνθρακα σε κάθε μία να είναι σχετικά σταθερή ή να αλλάζει μόνο κατά τη διάρκεια των χιλιετιών. Από τη βιομηχανική επανάσταση, ωστόσο, οι άνθρωποι καίνε ορυκτά καύσιμα και απελευθερώνουν τεράστιες ποσότητες άνθρακα στην ατμόσφαιρα, οι οποίες ενδέχεται να έχουν εκτεταμένες επιπτώσεις στο κλίμα και τα οικοσυστήματα.
Βιολογικοί παράγοντες
Ο άνθρακας είναι ένα από τα πιο σημαντικά στοιχεία για τη ζωή και είναι, εξ ορισμού, μέρος όλων των οργανικών μορίων. Το διοξείδιο του άνθρακα στην ατμόσφαιρα μετατρέπεται σε οργανικό άνθρακα από φωτοσυνθετικά φυτά, φύκια και φυτοπλαγκτόν, επίσης γνωστά ως "παραγωγοί". Σχεδόν όλοι οι άλλοι οργανισμοί, συμπεριλαμβανομένων όλων των ζώων, παίρνουν τελικά τον άνθρακα τους από αυτούς τους παραγωγούς. Όλοι οι οργανισμοί, συμπεριλαμβανομένων των παραγωγών, απελευθερώνουν διοξείδιο του άνθρακα ως αποτέλεσμα της κυτταρικής αναπνοής, τη διαδικασία με την οποία οι υδατάνθρακες μεταβολίζονται για να απελευθερώσουν την απαραίτητη ενέργεια για τη ζωή. Μεταξύ των επιδράσεων της φωτοσύνθεσης και της κυτταρικής αναπνοής, οι κύκλοι άνθρακα μεταξύ της ατμόσφαιρας και της βιόσφαιρας. Οι σημαντικότερες εξαιρέσεις είναι εκείνοι οι οργανισμοί, κυρίως φυτοπλαγκτόν και άλλα ζώα με κελύφη από ασβέστιο ανθρακικό άλας, το οποίο είναι θαμμένο κάτω από ιζήματα στον βυθό του ωκεανού, προτού απελευθερωθεί ο άνθρακας αποσύνθεση. Αυτός ο άνθρακας απομακρύνεται αποτελεσματικά από τα βιολογικά και ατμοσφαιρικά μέρη του κύκλου άνθρακα, λαμβάνοντας τελικά τη μορφή ασβεστόλιθου ή, υπό ορισμένες συνθήκες, πετρελαίου, άνθρακα ή φυσικού αερίου.
Γεωλογικοί παράγοντες
Την ίδια στιγμή που σχηματίζονται αργότερα περισσότερα ασβεστολιθικά και περιέχοντα άνθρακα μέταλλα, τα υπάρχοντα ιζήματα διαβρώνονται αργά από τις δυνάμεις του ανέμου και της καθίζησης. Ο ασβεστόλιθος και άλλα ιζήματα διαλύονται από το νερό της βροχής, απελευθερώνοντας άνθρακα πίσω στη βιόσφαιρα. Η υποαγωγή, η οποία συμβαίνει όταν μια τεκτονική πλάκα πιέζεται κάτω από μια άλλη, είναι επίσης ένα σημαντικό μέρος του κύκλου άνθρακα. Τα ιζήματα που περιέχουν άνθρακα ωθούνται αρκετά κάτω από την επιφάνεια που λιώνουν, απελευθερώνοντας τελικά τον άνθρακα τους. Αυτός ο άνθρακας απελευθερώνεται ξαφνικά, ως μέρος των ηφαιστειακών εκρήξεων, και σταδιακά, καθώς διαρρέει από θερμές πηγές, σχισμές και εξαερισμούς.
Ορυκτά καύσιμα
Ο πρωταρχικός αντίκτυπος των ανθρώπων στον κύκλο του άνθρακα είναι η καύση ορυκτών καυσίμων, η οποία απελευθερώνει αλλιώς θαμμένο άνθρακα στην ατμόσφαιρα. Τα ορυκτά καύσιμα, τα οποία περιλαμβάνουν πετρέλαιο, φυσικό αέριο και άνθρακα, χρησιμοποιούνται σχεδόν σε κάθε πτυχή της παγκόσμιας οικονομίας. Τα αυτοκίνητα είναι το πιο ορατό παράδειγμα, αλλά περισσότερο διοξείδιο του άνθρακα παράγεται στην πραγματικότητα από μονάδες άνθρακα και φυσικού αερίου που παράγουν ηλεκτρική ενέργεια τόσο για βιομηχανική όσο και για οικιακή χρήση. Η βιομηχανική γεωργία χρησιμοποιεί επίσης ενέργεια από ορυκτά καύσιμα Όλα τα τεχνητά λιπάσματα συντίθενται με μια διαδικασία που καίει ορυκτά καύσιμα - συνήθως φυσικό αέριο. Διάφορες μελέτες έχουν εντοπίσει αλλαγές στο διοξείδιο του άνθρακα τον τελευταίο μισό αιώνα. Η πιο μακροχρόνια μελέτη ξεκίνησε το 1958 από τον Charles Keeling στη Χαβάη και δείχνει μια ταχεία αύξηση των ατμοσφαιρικών επιπέδων άνθρακα. Στοιχεία από πυρήνες πάγου δείχνουν ότι τα επίπεδα του άνθρακα είναι υψηλότερα από ό, τι ήταν σε μισό εκατομμύριο χρόνια
Αποψίλωση των δασών
Η εκτεταμένη αποψίλωση των δασών, ιδιαίτερα σε τροπικές περιοχές, προκαλεί την απελευθέρωση περισσότερου άνθρακα μέσω αποσύνθεσης και λιγότερου άνθρακα να αποκολληθεί μέσω φωτοσύνθεση, η διαδικασία με την οποία τα φυτά και ορισμένα βακτήρια χρησιμοποιούν την ενέργεια του ηλιακού φωτός για την παραγωγή υδατανθράκων από διοξείδιο του άνθρακα από ατμόσφαιρα. Αν και ορισμένες περιοχές έχουν παραμεριστεί ως κονσέρβες άγριων ζώων, πολύ περισσότερες είναι ευάλωτες σε καύση και ξυλεία για τους σκοπούς της συγκομιδής ξυλείας και της εκκαθάρισης γεωργικών εκτάσεων.
Το φαινόμενο του θερμοκηπίου
Η κύρια ανησυχία για την αύξηση των επιπέδων διοξειδίου του άνθρακα προέρχεται από το γεγονός ότι το διοξείδιο του άνθρακα είναι αέριο του θερμοκηπίου. Παγιδεύει υπέρυθρη ακτινοβολία από την επιφάνεια της Γης, η οποία διαφορετικά θα διαφύγει στο διάστημα, μονώνοντας αποτελεσματικά τον πλανήτη και αυξάνοντας τη θερμοκρασία του. Η Διεθνής Επιτροπή του ΟΗΕ για την Κλιματική Αλλαγή, μαζί με πολλούς ανθρώπους στην επιστημονική κοινότητα, πιστεύει ότι οι άνθρωποι αναστατώνουν τον κύκλο του άνθρακα αρκετά ώστε αλλάξει δραστικά το παγκόσμιο κλίμα, με δυνητικά τεράστιες συνέπειες για τη βιοποικιλότητα, τη γεωργία, τον καιρό και τη γενική υγεία κάθε οικοσυστήματος στο πλανήτης.