Le carbone est la base de toute matière organique sur Terre et il est recyclé à travers l’écosystème lors de deux processus primaires : l’un dans lequel le carbone est échangé entre les organismes vivants, et l’autre dans lequel le carbone fluctue sur de longues périodes de temps entre les restes organiques fossilisés, l’érosion des roches et l’activité volcanique. Les activités humaines, y compris l’augmentation des pratiques agricoles et l’utilisation de combustibles fossiles, ont grandement affecté l’équilibre du cycle naturel du carbone.

Cycle biologique du carbone

Tous les êtres vivants sont composés de molécules organiques qui contiennent des atomes de l’élément carbone. Le carbone existe dans l’atmosphère sous forme de dioxyde de carbone gazeux, qui réagit avec l’eau pour former du bicarbonate. Pendant la photosynthèse, les producteurs primaires (ou autotrophes) transforment le dioxyde de carbone et le bicarbonate en composés organiques contenant du carbone, comme le glucose, afin de fournir de l’énergie pour la croissance, l’entretien et d’autres processus.

Les hétérotrophes reçoivent du carbone organique pour la croissance et l’entretien en consommant des autotrophes. Grâce au processus de respiration cellulaire, ces molécules organiques sont décomposées pour libérer l’énergie stockée à l’intérieur. Les sous-produits de ce processus sont l’eau et le dioxyde de carbone, qui est libéré dans l’atmosphère par la respiration, poursuivant le cycle.

Le carbone peut également retourner dans l’environnement sous forme de déchets animaux ou de matières en décomposition provenant d’organismes morts. Les décomposeurs, comme les bactéries et les champignons, décomposent ces matières en dioxyde de carbone et en composés organiques.

Cycle géologique à long terme

Le carbone est stocké pendant de longues périodes dans l’atmosphère, les grands plans d’eau, les sédiments océaniques, le sol, les restes d’animaux fossilisés et l’intérieur de la Terre. Le dioxyde de carbone de l’atmosphère se dissout dans l’eau de l’océan, réagit avec les molécules d’eau et il est converti en carbonates. Combinés à des ions calcium, ces carbonates constituent les coquilles en carbonate de calcium de nombreux organismes marins, comme les coraux et les huîtres. Lorsque ces organismes meurent, leurs restes sont décomposés et peuvent s’enfoncer au fond de l’océan et progressivement faire partie des sédiments. Ces sédiments forment finalement du calcaire, qui constitue le plus grand réservoir de carbone sur Terre.

Les grands arbres avec une longue durée de vie peuvent également stocker du carbone dans leur corps pendant des siècles. En tant que puits (réservoir de carbone) à plus long terme, les restes d’organismes stockent le carbone sous forme de combustibles fossiles, comme le charbon, le pétrole et le gaz naturel, profondément dans la terre pendant des millions d’années. Le carbone stocké profondément sous la surface de la Terre peut revenir vers la surface et l’atmosphère lors d’éruptions volcaniques.

Impacts humains sur le cycle du carbone

La combustion des combustibles fossiles et du bois libère d’importantes quantités de dioxyde de carbone dans l’atmosphère, modifiant le climat mondial. En outre, la déforestation et l’augmentation des pratiques agricoles affectent le cycle naturel du carbone en réduisant la quantité de matière organique dans le sol, en diminuant le stockage du carbone et en augmentant les niveaux de gaz à effet de serre, comme le méthane, dans l’atmosphère.