Циклус угљеника је један од неколико биогеокемијских циклуса којим различита једињења неопходна за живот, попут воде, азот, сумпор, угљеник и фосфор континуирано се рециклирају кроз метаболичке, геолошке и метеоролошке процеси. Угљеник постоји као угљен-диоксид у атмосфери и раствара се у океанима, као органски угљеник у живим организмима и као део седиментних минерала попут калцијум-карбоната. Обично се кретање угљеника између ових различитих резервоара ефикасно уравнотежава тако да је количина угљеника у сваком релативно константна или се мења само током миленијума. Од индустријске револуције, међутим, људи сагоревају фосилна горива и испуштају огромне количине угљеника у атмосферу, што може имати далекосежне утицаје на климу и екосистеме.
Биолошки фактори
Угљеник је један од најважнијих елемената за живот и по дефиницији је део свих органских молекула. Угљен-диоксид у атмосфери фотосинтетске биљке, алге и фитопланктони, познатији и као „произвођачи“, претварају у органски угљеник. Готово сви други организми, укључујући све животиње, на крају добијају свој угљеник од ових произвођача. Сви организми, укључујући произвођаче, ослобађају угљен-диоксид као резултат ћелијског дисања, процеса којим се угљени хидрати метаболишу да би ослободили енергију неопходну за живот. Између ефеката фотосинтезе и ћелијског дисања, угљенични циклуси између атмосфере и биосфере. Најважнији изузеци су они организми, углавном фитопланктони и друге животиње са шкољкама од калцијума карбоната, који су сахрањени под талогом на дну океана пре него што њихов угљеник може да се ослободи распадање. Овај угљеник се ефикасно уклања из биолошких и атмосферских делова угљеничног циклуса, евентуално попримајући облик кречњака или, под одређеним условима, нафте, угља или природног гаса.
Геолошки фактори
У исто време када се полако ствара више кречњака и минерала који садрже угљеник, постојећи седименти полако нагризају снаге ветра и падавина. Кречњак и други седименти се растварају кишницом, ослобађајући угљеник назад у биосферу. Субдукција, која се дешава када је једна тектонска плоча притиснута другом, такође је важан део циклуса угљеника. Седименти који садрже угљеник потискују се довољно испод површине да се топе и на крају ослобађају свој угљеник. Овај угљеник се ослобађа изненада, као део вулканских ерупција, и постепено, као цурење кроз врела, пукотине и отворе.
Фосилна горива
Примарни утицај људи на циклус угљеника је сагоревањем фосилних горива, који иначе сахрањени угљеник ослобађају у атмосферу. Фосилна горива, која укључују нафту, природни гас и угаљ, користе се у готово свим аспектима глобалне економије. Аутомобили су највидљивији пример, али фабрике угља и природног гаса заправо производе више угљен-диоксида који производе електричну енергију како за индустријску тако и за стамбену употребу. Индустријска пољопривреда такође ради на енергију фосилних горива. Сва вештачка ђубрива се синтетишу поступком који сагорева фосилна горива - обично природни гас. Разне студије пратиле су промене у угљен-диоксиду током последњих пола века. Најдужу студију започео је 1958. године Цхарлес Кеелинг на Хавајима и показује брзи пораст нивоа угљеника у атмосфери. Докази из ледених језгара сугеришу да су нивои угљеника виши него што су били у пола милиона година
Крчење шума
Раширена крчење шума, посебно у тропским подручјима, доводи до тога да се више угљеника ослобађа распадањем, а мање угљеника одваја путем фотосинтеза, процес којим биљке и неке бактерије користе енергију сунчеве светлости за изградњу угљених хидрата из угљен-диоксида из атмосфера. Иако су нека подручја издвојена као резервати за заштиту дивљих животиња, много је више подложних паљењу и одсецању у сврхе сече дрвета и крчења пољопривредног земљишта.
Ефекат стаклене баште
Главна забринутост због повећања нивоа угљен-диоксида долази из чињенице да је угљен-диоксид гас са ефектом стаклене баште. Заробљава инфрацрвено зрачење са Земљине површине које би иначе побегло у свемир, ефикасно изолујући планету и повећавајући њену температуру. Међународни панел УН-а за климатске промене, заједно са многим људима из научне заједнице, верује да људи нарушавају циклус угљеника довољно да драстично променити глобалну климу, са потенцијално огромним последицама на биодиверзитет, пољопривреду, време и целокупно здравље сваког екосистема на Планета.