Il carbonio è la base di tutta la materia organica sulla Terra, e viene riciclato attraverso l'ecosistema in due processi primari: uno in cui il carbonio viene scambiato tra organismi viventi, e uno in cui il carbonio viene pedalato per lunghi periodi di tempo attraverso resti organici fossilizzati, agenti atmosferici delle rocce e attività vulcanica. Le attività umane, tra cui l'aumento delle pratiche agricole e la combustione di combustibili fossili, hanno notevolmente influenzato l'equilibrio del ciclo naturale del carbonio.

Ciclo biologico del carbonio

Tutti gli esseri viventi sono composti da molecole organiche che contengono atomi dell'elemento carbonio. Il carbonio esiste nell'atmosfera come gas di biossido di carbonio, che reagisce con l'acqua per formare il bicarbonato. Durante la fotosintesi, i produttori primari (o autotrofi) convertono l'anidride carbonica e il bicarbonato in composti organici contenenti carbonio, come il glucosio, per fornire energia per la crescita, la manutenzione e altri processi.

Gli eterotrofi ricevono carbonio organico per la crescita e la manutenzione consumando autotrofi. Attraverso il processo di respirazione cellulare, queste molecole organiche sono ripartite per rilasciare l'energia immagazzinata al loro interno. I sottoprodotti di questo processo sono l'acqua e l'anidride carbonica, che viene rilasciata nell'atmosfera attraverso la respirazione, continuando il ciclo.

Il carbonio può anche tornare nell'ambiente come rifiuti animali o come materiale in decomposizione da organismi morti. I decompositori, come batteri e funghi, suddividono questi materiali in anidride carbonica e composti organici.

Ciclismo geologico a lungo termine

Il carbonio viene immagazzinato per periodi prolungati di tempo nell'atmosfera, grandi corpi idrici, sedimenti oceanici, suolo, resti animali fossilizzati e l'interno della Terra. L'anidride carbonica proveniente dall'atmosfera si dissolva nell'acqua dell'oceano, reagisce con le molecole d'acqua e viene convertita in carbonati. In combinazione con gli ioni di calcio, questi carbonati costituiscono i gusci di carbonato di calcio di molti organismi marini, come coralli e ostriche. Quando questi organismi muoiono, i loro resti vengono scomposti e possono affondare sul fondo dell'oceano e gradualmente diventare parte del sedimento. Questo sedimento alla fine forma calcare, che costituisce il più grande serbatoio di carbonio sulla Terra.

Grandi alberi longevi possono anche immagazzinare carbonio nei loro corpi per secoli. Come "longer-term sink" (lavandino a più lungo termine) (serbatoio di carbonio), i resti di organismi immagazzinano carbonio sotto forma di combustibili fossili, come carbone, petrolio e gas naturale, in profondità nella terra nel corso di milioni di anni. Il carbonio immagazzinato in profondità sotto la superficie terrestre può ritornare in superficie e nell'atmosfera durante le eruzioni vulcaniche.

Impatti umani sul ciclo del carbonio

La combustione di combustibili fossili e legno sta rilasciando notevoli quantità di anidride carbonica nell'atmosfera, alterando il clima globale. Inoltre, la deforestazione e l'aumento delle pratiche agricole stanno influenzando il ciclo naturale del carbonio riducendo la quantità di materia organica nel suolo, diminuendo lo stoccaggio del carbonio e aumentando i livelli di gas serra, come il metano, nell'atmosfera.