Il ciclo del carbonio è uno dei numerosi cicli biogeochimici con cui i vari composti necessari per la vita, come acqua, azoto, zolfo, carbonio e fosforo, vengono riciclati continuamente attraverso processi metabolici, geologici e meteorologici. Il carbonio esiste come anidride carbonica nell'atmosfera e si dissolve negli oceani, come carbonio organico negli organismi viventi e come parte dei minerali del sedimento come il carbonato di calcio. Normalmente, i movimenti di carbonio tra questi diversi serbatoi si bilanciano efficacemente in modo che la quantità di carbonio in ciascuno sia relativamente costante o cambi solo nel corso dei millenni. Fin dalla rivoluzione industriale, tuttavia, gli esseri umani hanno bruciato combustibili fossili e rilasciato enormi quantità di carbonio nell'atmosfera, che potrebbe avere impatti di vasta portata sul clima e sugli ecosistemi.
Fattori biologici
Carbonio è uno degli elementi più importanti per la vita ed è, per definizione, parte di tutte le molecole organiche. L'anidride carbonica nell'atmosfera viene trasformata in carbonio organico da piante fotosintetiche, alghe e fitoplancton, noti anche come "produttori". Quasi tutti gli altri organismi, inclusi tutti gli animali, in definitiva ottengono il loro carbonio da questi produttori. Tutti gli organismi, inclusi i produttori, rilasciano anidride carbonica come risultato della respirazione cellulare, il processo mediante il quale i carboidrati vengono metabolizzati per rilasciare l'energia necessaria per la vita. Tra gli effetti della fotosintesi e della respirazione cellulare, i cicli di carbonio tra l'atmosfera e la biosfera. Le eccezioni più importanti sono quegli organismi, per lo più fitoplancton e altri animali con gusci fatti di carbonato di calcio, che sono sepolti sotto i sedimenti sul fondo dell'oceano prima che il loro carbonio possa essere rilasciato attraverso la decomposizione. Questo carbonio viene effettivamente rimosso dalle parti biologiche e atmosferiche del ciclo del carbonio, assumendo infine la forma di calcare o, in determinate condizioni, di petrolio, carbone o gas naturale.
Fattori geologici
Nello stesso tempo in cui si stanno formando lentamente più calcare e minerali contenenti carbonio, i sedimenti esistenti vengono lentamente erosi dalle forze del vento e dalle precipitazioni. Il calcare e altri sedimenti vengono dissolti dall'acqua piovana, rilasciando il carbonio nella biosfera. La subduzione, che si verifica quando una placca tettonica è forzata sotto un'altra, è anche una parte importante del ciclo del carbonio. I sedimenti contenenti carbonio vengono spinti abbastanza lontano sotto la superficie da fondersi, rilasciando infine il loro carbonio. Questo carbonio viene rilasciato improvvisamente, come parte delle eruzioni vulcaniche, e gradualmente, come perdite attraverso sorgenti calde, fessure e sfiati.
Combustibili fossili
L'impatto principale degli esseri umani sul ciclo del carbonio è attraverso la combustione di combustibili fossili, che rilascia nell'atmosfera il carbonio altrimenti sepolto. I combustibili fossili, che includono petrolio, gas naturale e carbone, sono utilizzati in quasi tutti gli aspetti dell'economia globale. Le automobili sono l'esempio più visibile, ma una quantità maggiore di anidride carbonica viene effettivamente prodotta da centrali a carbone e gas naturale che producono elettricità sia per uso industriale che residenziale. L'agricoltura industriale funziona anche con l'energia dei combustibili fossili. Tutti i fertilizzanti artificiali sono sintetizzati da un processo che brucia i combustibili fossili - di solito il gas naturale. Vari studi hanno monitorato i cambiamenti nel biossido di carbonio nell'ultimo mezzo secolo. Lo studio più longevo fu iniziato nel 1958 da Charles Keeling alle Hawaii, e mostra un rapido aumento dei livelli di carbonio nell'atmosfera. L'evidenza delle carote di ghiaccio suggerisce che i livelli di carbonio sono più alti di quelli che sono stati in mezzo milione di anni
Deforestazione
La deforestazione diffusa, in particolare nelle aree tropicali, provoca il rilascio di più carbonio attraverso la decomposizione e meno carbonio da sequestrare tramite la fotosintesi, il processo mediante il quale le piante e alcuni batteri usano l'energia della luce solare per costruire carboidrati dal diossido di carbonio dall'atmosfera. Sebbene alcune aree siano state messe da parte come riserve naturali, molte più sono vulnerabili alla combustione e alla bonifica per gli scopi della raccolta del legname e della bonifica dei terreni agricoli.
L'effetto serra
la principale preoccupazione per l'aumento dei livelli di biossido di carbonio deriva dal fatto che il biossido di carbonio è un gas a effetto serra. Intercetta le radiazioni infrarosse dalla superficie terrestre che altrimenti sfuggirebbero nello spazio, isolando efficacemente il pianeta e aumentandone la temperatura. Il gruppo internazionale delle Nazioni Unite sui cambiamenti climatici, insieme a molte persone nella comunità scientifica, ritiene che gli esseri umani stiano sconvolgendo il ciclo del carbonio abbastanza da cambiare drasticamente il clima globale, con conseguenze potenzialmente enormi per la biodiversità, l'agricoltura, le condizioni meteorologiche e la salute generale di ogni ecosistema sul pianeta.
