炭素は、地球上のすべての有機物の基礎であり、生物間で交換される過程と、有機物の化石化、岩石の風化、火山活動などによって長い時間をかけて循環する過程の2つの主要な過程で、生態系の中でリサイクルされています。しかし、農業の増加や化石燃料の燃焼など、人間の活動が自然の炭素循環のバランスに大きな影響を与えています。

生物学的炭素循環

すべての生物は、炭素元素の原子を含む有機分子で構成されています。炭素は大気中では二酸化炭素として存在し、水と反応して炭酸水素塩を形成します。一次生産者（独立栄養生物）は、光合成によって二酸化炭素と炭酸水素塩をグルコースなどの有機炭素化合物に変換し、成長や維持などのエネルギー源とします。

従属栄養生物は、成長や維持のための有機炭素を、独立栄養生物を食べることによって受け取ります。このプロセスの副産物は水と二酸化炭素で、これらは呼吸によって大気中に放出され、循環を続けます。

炭素は、動物の排泄物や生物の死骸の腐敗物としても環境に戻ます。細菌や菌類などの分解者は、これらの物質を二酸化炭素と有機化合物に分解します。

長期的な地中循環

炭素は、大気中、大水域、海洋堆積物、土壌、動物の化石、地球内部などに長期間にわたって蓄積されます。大気中の二酸化炭素は海中に溶け込み、水分子と反応して炭酸塩に変化します。この炭酸塩がカルシウムイオンと結合して、サンゴやカキなど多くの海洋生物の炭酸カルシウムの殻を構成しています。これらの生物が死ぬと、その遺骸は分解されて海底に沈み、次第に堆積物の一部となることがあります。この堆積物は最終的に石灰岩を形成し、地球上で最大の炭素貯蔵庫を構成します。

寿命の長い大木は、何世紀にもわたって体内に炭素を蓄えることができます。

生物の遺骸は、より長期的な吸収源（炭素貯蔵庫）として、石炭、石油、天然ガスなどの化石燃料の形で、何百万年もかけて地球の奥深くに炭素を貯蔵しています。地表の奥深くに蓄えられた炭素は、火山の噴火によって地表や大気中に戻ってきます。

人間による炭素循環への影響

化石燃料や木材の燃焼により、大量の二酸化炭素が大気中に放出され、地球の気候を変化させています。さらに、森林伐採や農業の増加は、土壌中の有機物の量を減らし、炭素の貯蔵量を減少させ、大気中のメタンなどの温室効果ガスのレベルを上げることで、自然の炭素循環に影響を与えています。