Kolcykeln är en av flera biogeokemiska cykler genom vilka de olika föreningar som är nödvändiga för livet, såsom vatten, kväve, svavel, kol och fosfor återvinns kontinuerligt genom metaboliskt, geologiskt och meteorologiskt processer. Kol finns som koldioxid i atmosfären och upplöses i haven, som organiskt kol i levande organismer och som en del av sedimentmineraler som kalciumkarbonat. Normalt balanserar kolförflyttningar mellan dessa olika behållare effektivt så att mängden kol i var och en är relativt konstant eller ändras först under årtusenden. Sedan den industriella revolutionen har människor dock bränt fossila bränslen och släppt ut stora mängder kol i atmosfären, vilket kan ha långtgående effekter på klimat och ekosystem.
Biologiska faktorer
Kol är ett av de viktigaste elementen för livet och är per definition en del av alla organiska molekyler. Koldioxid i atmosfären förvandlas till organiskt kol av fotosyntetiska växter, alger och fytoplankton, även känt som "producenter". Nästan alla andra organismer, inklusive alla djur, får i slutändan sitt kol från dessa producenter. Alla organismer, inklusive producenter, släpper ut koldioxid till följd av cellulär andning, den process genom vilken kolhydrater metaboliseras för att frigöra den energi som behövs för livet. Mellan effekterna av fotosyntes och cellulär andning, kolcykler mellan atmosfären och biosfären. De viktigaste undantagen är de organismer, mestadels växtplankton och andra djur med skal av kalcium karbonat, som begravs under sediment vid havets botten innan deras kol kan släppas igenom sönderfall. Detta kol avlägsnas effektivt från de biologiska och atmosfäriska delarna av kolcykeln, så småningom i form av kalksten eller, under vissa förhållanden, olja, kol eller naturgas.
Geologiska faktorer
Samtidigt som mer kalk- och kolinnehållande mineraler bildas långsamt, urholkas befintliga sediment långsamt av vind- och nederbördskrafterna. Kalksten och andra sediment löses upp av regnvatten och släpper ut kol tillbaka till biosfären. Subduktion, som sker när en tektonisk platta tvingas under en annan, är också en viktig del av kolcykeln. Sediment som innehåller kol trycks tillräckligt långt under ytan för att de smälter och så småningom släpper ut sitt kol. Detta kol släpps plötsligt ut som en del av vulkanutbrott och gradvis som läckage genom varma källor, sprickor och ventiler.
Fossila bränslen
Människors primära inverkan på kolcykeln är genom förbränning av fossila bränslen, som släpper ut annars begravt kol i atmosfären. Fossila bränslen, som inkluderar petroleum, naturgas och kol, används i nästan alla aspekter av den globala ekonomin. Bilar är det mest synliga exemplet, men mer koldioxid produceras faktiskt av kol- och naturgasanläggningar som producerar el för både industriellt och bostadsbruk. Industriellt jordbruk drivs också med energi från fossila bränslen. Alla konstgjorda gödningsmedel syntetiseras genom en process som bränner fossila bränslen - vanligtvis naturgas. Olika studier har spårat förändringar i koldioxid under det senaste halva århundradet. Den längsta studien påbörjades 1958 av Charles Keeling på Hawaii och den visar en snabb ökning av atmosfäriska kolnivåer. Bevis från iskärnor tyder på att kolnivåerna är högre än de har varit på en halv miljon år
Avskogning
Utbredd avskogning, särskilt i tropiska områden, gör att mer kol släpps ut genom sönderdelning och mindre kol kolbindas via fotosyntes, den process genom vilken växter och vissa bakterier använder solenergins energi för att bygga kolhydrater ur koldioxid från atmosfär. Även om vissa områden har avsatts som bevarat av vilda djur är mycket mer utsatta för bränning och avverkning för timmerskörd och rensning av jordbruksmark.
Växthuseffekten
Den största oro för ökande koldioxidnivåer kommer från det faktum att koldioxid är en växthusgas. Det fångar infraröd strålning från jordens yta som annars skulle fly ut i rymden, effektivt isolera planeten och öka dess temperatur. FN: s internationella panel för klimatförändringar, tillsammans med många människor i vetenskapssamhället, anser att människor stör koldioxidcykeln tillräckligt för att förändra det globala klimatet drastiskt, med potentiellt enorma konsekvenser för biologisk mångfald, jordbruk, väder och den allmänna hälsan för varje ekosystem på planet.
