Il ciclo del carbonio è il mezzo attraverso il quale gli atomi di carbonio vengono scambiati tra gli esseri viventi, la terra, gli oceani e i cieli; rispettivamente biosfera, geosfera, idrosfera e atmosfera. Sulla Terra ci sono circa 1,000,000 di gigatoni di carbonio, la maggior parte dei quali è racchiusa in rocce sedimentarie e non raggiunge mai la superficie. In superficie, il carbonio è continuamente impegnato in uno scambio dinamico di consumo e produzione. Questo scambio attivo è denominato ciclo del carbonio.
L’atmosfera contiene circa 750 gigatonnellate di carbonio, principalmente sotto forma di anidride carbonica (CO2). Alla fine del ciclo del carbonio, il carbonio viene continuamente drenato da 1) il processo di fotosintesi, che utilizza l’anidride carbonica per creare carboidrati, e 2) le parti più fredde degli oceani, che sono in grado di assorbire l’anidride carbonica. Al termine della produzione del ciclo del carbonio, il carbonio atmosferico viene continuamente rifornito dai seguenti processi: respirazione di piante e animali e loro decadimento; la combustione di combustibili fossili; reazioni del calcare; il rilascio di anidride carbonica dalle zone calde dell’oceano; ed eruzioni vulcaniche. La combustione umana di combustibili fossili ha leggermente sbilanciato il ciclo globale del carbonio o il bilancio, determinando un’atmosfera con livelli crescenti di anidride carbonica.
La biosfera contiene circa 600 gigatonnellate di carbonio, che rappresentano il pool di carbonio più condensato sulla Terra. Attraverso il ciclo del carbonio, il carbonio circola dentro e fuori la biosfera mentre piante e animali respirano, espellono, muoiono ed eseguono la fotosintesi. Il suolo sotto forma di materia organica, che piante e animali diventano quando muoiono, contiene circa 1,500 gigatonnellate di carbonio. Parte di questo carbonio affonda in profondità nella Terra nelle rocce sedimentarie, per non emergere mai più. Una parte raggiunge gli oceani e si dissolve. Gli oceani profondi contengono una notevole quantità di carbonio, circa 38,000 gigatonnellate.
Circa 5.5 gigatonnellate di emissioni di combustibili fossili vengono rilasciate nell’atmosfera ogni anno dall’industria umana, creando un ciclo figurativo del carbonio alto-pesante. Sono state formate coalizioni internazionali per limitare queste emissioni, con discreto successo finora. I rimanenti giacimenti di carbone ammontano a circa 3,000 gigatonnellate di carbonio e le rimanenti riserve di petrolio e gas ne costituiscono circa 300.