Il ciclo del carbonio è uno dei numerosi cicli biogeochimici attraverso i quali i vari composti necessari alla vita, come l'acqua, azoto, zolfo, carbonio e fosforo, vengono riciclati continuamente attraverso processi metabolici, geologici e meteorologici processi. Il carbonio esiste come anidride carbonica nell'atmosfera ed è disciolto negli oceani, come carbonio organico negli organismi viventi e come parte dei minerali dei sedimenti come il carbonato di calcio. Normalmente, i movimenti di carbonio tra questi diversi serbatoi si bilanciano efficacemente in modo che la quantità di carbonio in ciascuno sia relativamente costante o cambi solo nel corso dei millenni. Dalla rivoluzione industriale, tuttavia, gli esseri umani hanno bruciato combustibili fossili e rilasciato enormi quantità di carbonio nell'atmosfera, il che potrebbe avere impatti di vasta portata sul clima e sugli ecosistemi.
Fattori biologici
Il carbonio è uno degli elementi più importanti per la vita ed è, per definizione, parte di tutte le molecole organiche. L'anidride carbonica nell'atmosfera viene trasformata in carbonio organico da piante fotosintetiche, alghe e fitoplancton, noti anche come "produttori". Quasi tutti gli altri organismi, inclusi tutti gli animali, alla fine ottengono il loro carbonio da questi produttori. Tutti gli organismi, produttori compresi, rilasciano anidride carbonica a seguito della respirazione cellulare, il processo mediante il quale i carboidrati vengono metabolizzati per liberare l'energia necessaria alla vita. Tra gli effetti della fotosintesi e della respirazione cellulare, i cicli del carbonio tra l'atmosfera e la biosfera. Le eccezioni più importanti sono quegli organismi, principalmente fitoplancton e altri animali con conchiglie fatte di calcio of carbonato, che sono sepolti sotto i sedimenti sul fondo dell'oceano prima che il loro carbonio possa essere rilasciato attraverso decomposizione. Questo carbonio viene efficacemente rimosso dalle parti biologiche e atmosferiche del ciclo del carbonio, assumendo infine la forma di calcare o, in determinate condizioni, petrolio, carbone o gas naturale.
Fattori geologici
Nello stesso momento in cui si stanno formando lentamente più calcare e minerali contenenti carbonio, i sedimenti esistenti vengono lentamente erosi dalle forze del vento e delle precipitazioni. Il calcare e altri sedimenti vengono dissolti dall'acqua piovana, rilasciando carbonio nella biosfera. Anche la subduzione, che si verifica quando una placca tettonica è costretta sotto un'altra, è una parte importante del ciclo del carbonio. I sedimenti contenenti carbonio vengono spinti abbastanza sotto la superficie da fondersi, rilasciando infine il loro carbonio. Questo carbonio viene rilasciato improvvisamente, come parte di eruzioni vulcaniche, e gradualmente, come perdite attraverso sorgenti termali, fessure e prese d'aria.
Combustibili fossili
L'impatto principale dell'uomo sul ciclo del carbonio è attraverso la combustione di combustibili fossili, che rilascia nell'atmosfera carbonio altrimenti sepolto. I combustibili fossili, che includono petrolio, gas naturale e carbone, sono utilizzati in quasi ogni aspetto dell'economia globale. Le automobili sono l'esempio più visibile, ma più anidride carbonica viene effettivamente prodotta dagli impianti a carbone e gas naturale che producono energia elettrica sia per uso industriale che residenziale. Anche l'agricoltura industriale funziona con l'energia dei combustibili fossili. Tutti i fertilizzanti artificiali sono sintetizzati da un processo che brucia combustibili fossili, solitamente gas naturale. Vari studi hanno monitorato i cambiamenti nell'anidride carbonica nell'ultimo mezzo secolo. Lo studio più lungo è stato avviato nel 1958 da Charles Keeling alle Hawaii e mostra un rapido aumento dei livelli di carbonio atmosferico. L'evidenza delle carote di ghiaccio suggerisce che i livelli di carbonio sono più alti di quanto non siano stati in mezzo milione di anni
deforestazione
La diffusa deforestazione, in particolare nelle aree tropicali, provoca il rilascio di più carbonio attraverso la decomposizione e il sequestro di meno carbonio attraverso la fotosintesi, il processo mediante il quale le piante e alcuni batteri utilizzano l'energia della luce solare per costruire carboidrati dall'anidride carbonica dal atmosfera. Sebbene alcune aree siano state messe da parte come riserve naturali, molte altre sono vulnerabili all'incendio e al disboscamento ai fini della raccolta del legname e della bonifica dei terreni agricoli.
L'effetto serra
La principale preoccupazione per l'aumento dei livelli di anidride carbonica deriva dal fatto che l'anidride carbonica è un gas serra. Intrappola la radiazione infrarossa dalla superficie terrestre che altrimenti scapperebbe nello spazio, isolando efficacemente il pianeta e aumentandone la temperatura. L'International Panel on Climate Change delle Nazioni Unite, insieme a molte persone nella comunità scientifica, crede che gli esseri umani stiano sconvolgendo il ciclo del carbonio abbastanza da cambiare drasticamente il clima globale, con conseguenze potenzialmente enormi per la biodiversità, l'agricoltura, il clima e la salute generale di ogni ecosistema sul pianeta.