Hiilisykli on yksi monista biogeokemiallisista sykleistä, joiden avulla erilaiset elämän kannalta välttämättömät yhdisteet, kuten vesi, typpeä, rikkiä, hiiltä ja fosforia kierrätetään jatkuvasti metabolisen, geologisen ja meteorologisen prosessit. Hiili esiintyy ilmakehässä hiilidioksidina ja liukenee valtameriin, orgaanisena hiilenä elävissä organismeissa ja osana sedimenttimineraaleja, kuten kalsiumkarbonaattia. Normaalisti hiilen liikkeet näiden eri säiliöiden välillä tasapainottuvat tehokkaasti siten, että hiilen määrä kussakin on suhteellisen vakio tai muuttuu vasta vuosituhansien aikana. Teollisen vallankumouksen jälkeen ihmiset ovat kuitenkin polttaneet fossiilisia polttoaineita ja päästäneet ilmakehään valtavia määriä hiiltä, millä voi olla kauaskantoisia vaikutuksia ilmastoon ja ekosysteemeihin.
Biologiset tekijät
Hiili on yksi elämän tärkeimmistä elementeistä, ja se on määritelmänsä mukaan osa kaikkia orgaanisia molekyylejä. Ilmakehän hiilidioksidi muuttuu orgaaniseksi hiileksi fotosynteettisissä kasveissa, levissä ja kasviplanktonissa, jotka tunnetaan myös nimellä "tuottajat". Lähes kaikki muut organismit, mukaan lukien kaikki eläimet, saavat lopulta hiilensä näistä tuottajista. Kaikki organismit, mukaan lukien tuottajat, vapauttavat hiilidioksidia soluhengityksen seurauksena, prosessi, jossa hiilihydraatit metaboloituvat vapauttamaan elämään tarvittavaa energiaa. Fotosynteesin ja soluhengityksen vaikutusten välillä ilmakehän ja biosfäärin väliset hiilisyklit. Tärkeimmät poikkeukset ovat organismit, enimmäkseen kasviplankton ja muut eläimet, joiden kuori on valmistettu kalsiumista karbonaatti, joka haudataan sedimentin alle valtameren pohjaan, ennen kuin hiilen päästää läpi hajoaminen. Tämä hiili poistuu tehokkaasti hiilen kierron biologisista ja ilmakehän osista lopulta kalkkikiven tai tietyissä olosuhteissa öljyn, hiilen tai maakaasun muodossa.
Geologiset tekijät
Samanaikaisesti, kun lisää kalkkikiveä ja hiiltä sisältäviä mineraaleja muodostuu hitaasti, tuulen ja sateen voimat heikentävät hitaasti olemassa olevia sedimenttejä. Kalkkikiveä ja muita sedimenttejä liuottaa sadevesi vapauttaen hiiltä takaisin biosfääriin. Subduktio, joka tapahtuu, kun yksi tektoninen levy pakotetaan toisen alle, on myös tärkeä osa hiilenkiertoa. Hiiltä sisältävät sedimentit työnnetään riittävän kauas pinnan alle, jotta ne sulavat ja lopulta vapauttavat hiilensä. Tämä hiili vapautuu äkillisesti osana tulivuorenpurkauksia ja vähitellen vuotaessaan kuumien lähteiden, halkeamien ja tuuletusaukkojen läpi.
Fossiiliset polttoaineet
Ihmisten ensisijainen vaikutus hiilen kiertoon on fossiilisten polttoaineiden polttaminen, joka vapauttaa muuten haudattua hiiltä ilmakehään. Fossiilisia polttoaineita, jotka sisältävät öljyä, maakaasua ja hiiltä, käytetään lähes kaikilla maailmantalouden osa-alueilla. Autot ovat näkyvin esimerkki, mutta enemmän hiilidioksidia tuottaa itse asiassa hiili- ja maakaasulaitokset, jotka tuottavat sähköä sekä teollisuus- että asuinkäyttöön. Teollinen maatalous käyttää myös fossiilisten polttoaineiden energiaa. Kaikki keinotekoiset lannoitteet syntetisoidaan prosessilla, joka polttaa fossiilisia polttoaineita - yleensä maakaasua. Erilaisissa tutkimuksissa on seurattu hiilidioksidin muutoksia viimeisen puolen vuosisadan aikana. Pisin käynnissä olevan tutkimuksen aloitti Havaijilla Charles Keeling vuonna 1958, ja se osoittaa ilmakehän hiilipitoisuuden nopean nousun. Jääytimistä saatu näyttö osoittaa, että hiilipitoisuus on korkeampi kuin se on ollut puolen miljoonan vuoden aikana
Metsäkadot
Laaja metsänhäviö, erityisesti trooppisilla alueilla, aiheuttaa enemmän hiilen vapautumista hajoamisen kautta ja vähemmän hiilen sitomista fotosynteesi, prosessi, jossa kasvit ja jotkut bakteerit käyttävät auringonvaloa rakentamaan hiilihydraatteja hiilidioksidista ilmapiiri. Vaikka jotkut alueet on varattu luonnonvaraisen luonnon suojelualueiksi, paljon useampi on alttiina polttamiselle ja kaatamiselle puunkorjuun ja viljelymaan raivaamiseksi.
Kasvihuoneilmiö
Suurin huoli hiilidioksiditason noususta johtuu siitä, että hiilidioksidi on kasvihuonekaasu. Se vangitsee maapallon infrapunasäteilyä, joka muuten pakenisi avaruuteen, eristäen planeetan tehokkaasti ja nostaen sen lämpötilaa. YK: n kansainvälinen ilmastonmuutospaneeli uskoo yhdessä useiden tiedeyhteisön ihmisten kanssa, että ihmiset häiritsevät hiilen kiertoa tarpeeksi muuttaa dramaattisesti maailman ilmastoa, jolla voi olla valtavia seurauksia biologiselle monimuotoisuudelle, maataloudelle, säälle ja jokaisen ekosysteemin yleiselle terveydelle planeetalla.