Harvat mahdolliset elementit ovat yhtä monipuolisia kuin hiili. Hiiliatomissa on neljä valenssielektronia, mikä tekee siitä kykenevän muodostamaan enemmän yhdisteitä kuin mikään muu alkuaine, ja tämä tosiasia tekee siitä välttämättömän elävien organismien kehityksessä. Tämä monipuolinen ja runsas elementti kiertää säännöllisesti maapallon ilmakehän, hydrosfäärin, geosfäärin ja biosfäärin läpi, jotka sisältävät pääasiassa hiilivarastoluettelon.
Ilmakehä on erityisen tärkeä hiilen kierrossa, koska se on hiilidioksidisäiliö. Hiilidioksidi on kaasu, ja biosfäärin fotosynteesilaitokset, jotka muodostavat toisen tärkeän säiliön hiilen kierrossa, riippuvat siitä hengityksestä. Hydrosfäärillä, joka sisältää kaikki maailman valtameret, on epäilemättä merkittävämpi vaikutus, koska valtameret kattavat 70 prosenttia planeetan pinta-alasta. Geosfääri puolestaan lukitsee hiilin kiinteisiin rakenteisiin, jotka kestävät vuosituhansia, ja vapauttaa sen tulivuoren toiminnan kautta.
Hiilisyklin määritelmä
Yritetään selvittää, mistä hiilisykli alkaa, on vähän kuin yritä selvittää ensin, kana tai muna, mutta aloitetaan geosfääristä. Hiilen, joka on lukittu ikuisesti sedimenttikiviin, vapautuu tulivuorien ilmakehään hiilidioksidina. Osa siitä käytetään kasvien hengitykseen, ja osa liukenee valtameriin. Jotkut palaavat myös takaisin maan päälle sedimentiksi, joka muodostuu eonien aikana eroosion ja muiden luonnollisten prosessien vaikutuksesta.
Elävät olennot, jotka erittävät hiilidioksidia osana hengitysprosessiaan, auttavat ylläpitämään hiilidioksidin pitoisuutta ilmakehässä. Lisäksi suurin osa - mutta ei kaikki - merivedessä liukenevasta hiilidioksidista imeytyy takaisin ilmakehään. Tällä tavalla hiili kiertää loputtomasti maapallon ekosysteemien läpi.
Ilmapiiri säiliönä hiilenkierrossa
Hiilidioksidin osuus on vain noin 0,04 prosenttia ilmakehän kaasuista. Viimeisten 800 000 vuoden ajan hiilidioksidipitoisuus on pysynyt alle 300 miljoonasosassa. Se alkoi kuitenkin nousta teollisen vallankumouksen aikana, ja viimeisten 50 vuoden aikana se on noussut keskimäärin 0,6 ppm vuodessa. Vuonna 2018 Havaijin Mauna Loa-observatorion tutkijat ilmoittivat pitoisuuden olevan 410,79 ppm (katso Resurssit). Tutkijat pitävät nousua ihmisen toiminnassa.
Nopea nousu häiritsee hiilen kiertoa. Osa ylimääräisestä hiilidioksidista imeytyy valtameriin tai käytetään hengitykseen, mutta suurin osa siitä pysyy ilmakehässä, jossa se yhdistyy muiden hivekaasujen kanssa lämmitysvaikutuksen aikaansaamiseksi planeetalla. Se on kasvihuonekaasu, ja sen ilmakehän nopea nousu on tutkijoita huolestunut.
Meret ovat toinen keskeinen hiilidioksidisäiliö
Valtameret absorboivat noin 25 prosenttia ilmakehän hiilidioksidista. Merieläimet pystyvät muuntamaan sen ruumiinsa kuoreiksi, jotka lopulta putoavat merenpohjaan sedimenttinä. Lisäksi levät ja muut fotosynteettiset merikasvit käyttävät hiilidioksidia suoraan hengitykseen.
Kun hiilidioksidi liukenee meriveteen, se tuottaa hiilihappoa. Ilmakehän hiilidioksidin nousevat määrät lisäävät siten vastaavan määrän valtamerten happamoitumista. Tällä on haitallinen vaikutus merieläimiin, koska se tekee niiden kuorista heikompia ja hauraampia. Vielä pahempaa on, että jossain vaiheessa valtameret muuttuvat liian happamiksi absorboimaan ilmakehästä enää hiilidioksidia. Se voisi laukaista ilmakehän hiilidioksidin kiihtyvän nousun ylikierrokselle ja aiheuttaa meteorisen nousun maan pintalämpötilassa.