碳循环

碳是构成有机化合物的基础元素，地球上碳元素的分布非常广泛。所有的有机物都含有碳元素。碳以它独特的方式，在它的生物库和非生物库中循环流动，构成了地球上的“碳循环”。在地球的大气圈(atmosphere)、水圈(hydrosphere)、岩石圈(geosphere)、生物圈(biosphere)中，碳元素以不同的形式存在。这四者是地球上碳的“贮存库”，存在于其中的碳时时处于运动之中，在不同的“贮存库”中进行循环流动。

大气圈中的碳

大气圈中碳的主要存在方式是二氧化碳。随着现代社会的发展，甲烷、氯氟烃等也成为大气中不可忽视的含碳气体。

碳以不同的方式、途径进入大气：植物和动物的呼吸作用——此过程消耗氧气，有机分子（如葡萄糖）被分解并释放出能量，产物则为二氧化碳；动植物尸体的腐败——动植物死亡后，细菌、真菌等微生物会将他们的尸体分解，其中的含碳化合物也发生降解，有氧条件下产生二氧化碳，无氧条件下产生甲烷；有机材料的燃烧——最值得关注的是煤、石油、天然气等化石燃料的燃烧，这个过程将曾经深埋于地下的化石燃料中的碳最终释放出来；海水中溶解的二氧化碳重新回到大气；火山活动等释放的气体，主要包括水蒸气、二氧化碳和二氧化硫。

另一方面，碳通过以下几种方式脱离大气：植物的光合作用——植物捕获和利用太阳能、将无机物（二氧化碳和水）合成为有机物（如葡萄糖）、释放氧气的过程；海洋对大气中二氧化碳的吸收——在两极地区，因为海水的温度较低，吸收作用更为显著；硅酸盐岩石的风化——碳酸（二氧化碳与水化合生成碳酸）与风化的岩石相互作用生成碳酸氢根离子，后者流入海洋，最终转化为海水中的碳酸盐。

尽管二氧化碳在大气中所占的比例非常小，却在地球上诸多生命过程中发挥了至关重要的作用。作为“温室气体”的一员，二氧化碳更是受到了人类的密切关注。

水圈中的碳

大气中的二氧化碳溶解在水中生成碳酸，碳酸可进一步电离生成氢离子和碳酸氢根离子。在广袤的海洋中，大部分碳以碳酸氢根离子的形式存在。大气和海洋中的碳随时处于交换状态。溶解在海水中的二氧化碳可被海洋生物利用，进入生物圈；亦可在一定条件下重返大气圈。

岩石圈中的碳

在岩石圈中，碳以碳酸钙的形式存在于石灰石、大理石、白垩等天然矿物中。

软体动物中，贝类的外壳和珍珠都是生物体自身形成的矿物。它们的形成过程复杂，但都是以海水中的碳酸氢根离子为原料。矿物的主要成分都是碳酸钙。

生物圈中的碳

碳通过自养生物从其他非生物碳库流入生物圈。顾名思义，自养生物可以在营养利用方面自给自足。它们仅依靠大气和水中的二氧化碳便可存活。为了完成必需的生命活动，它们还需要从外界获得能量，几乎所有的自养生物都利用太阳能。绿色植物是最令人关注的自养生物。它们利用二氧化碳和水，不但制造了自身代谢所需要的物质（葡萄糖），还为地球上的其他生命直接或间接地提供了食物。另一方面，碳也可从生物圈进入岩石圈。比如，软体动物的贝壳（主要成分为碳酸钙），可以通过沉积作用最终变成石灰石。

地球上的碳循环(carbon cycle)：植物的光合作用(photosynthesis)和海洋吸收(ocean uptake)消耗着大气中的二氧化碳，而动植物的呼吸作用(plant respiration, animal respiration)、尸体腐败(organisms decay)、工业废弃物的排放(factory emissions)成为大气中二氧化碳的主要来源。