الكربون هو أساس كل المواد العضوية على الأرض ، ويتم إعادة تدويره من خلال النظام البيئي في عمليتين أساسيتين: واحدة يتم فيها تبادل الكربون بين الكائنات الحية ، والأخرى يتم فيها تدوير الكربون على مدى فترات طويلة من الزمن من خلال البقايا العضوية المتحجرة ، وعوامل التجوية للصخور والنشاط البركاني. أثرت الأنشطة البشرية ، بما في ذلك الممارسات الزراعية المتزايدة وحرق الوقود الأحفوري ، بشكل كبير على توازن دورة الكربون الطبيعية.
تتكون جميع الكائنات الحية من جزيئات عضوية تحتوي على ذرات عنصر الكربون. يوجد الكربون في الغلاف الجوي كغاز ثاني أكسيد الكربون ، والذي يتفاعل مع الماء لتكوين البيكربونات. أثناء عملية التمثيل الضوئي ، يقوم المنتجون الأوليون (أو ذاتيي التغذية) بتحويل ثاني أكسيد الكربون والبيكربونات إلى مركبات عضوية تحتوي على الكربون ، مثل الجلوكوز ، لتوفير الطاقة للنمو والصيانة والعمليات الأخرى.
تتلقى الكائنات غيرية التغذية الكربون العضوي للنمو والصيانة عن طريق استهلاك ذاتيي التغذية. من خلال عملية التنفس الخلوي ، يتم تكسير هذه الجزيئات العضوية لتحرير الطاقة المخزنة داخلها. المنتجات الثانوية لهذه العملية هي الماء وثاني أكسيد الكربون ، والذي يتم إطلاقه في الغلاف الجوي من خلال التنفس ، واستمرار الدورة.
يمكن أن يعود الكربون أيضاً إلى البيئة كنفايات حيوانية أو كمواد متحللة من كائنات حية ميتة. تحلل المُحلِّلات ، مثل البكتيريا والفطريات ، هذه المواد إلى ثاني أكسيد الكربون والمركبات العضوية.
يتم تخزين الكربون لفترات طويلة من الزمن في الغلاف الجوي ، و أجسام المياة الكبيرة ، و رواسب المحيطات ، و التربة ، و بقايا الحيوانات المتحجرة ، و داخل الأرض. ثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي يصبح مذابا في ماء المحيط ، و يتفاعل مع جزيئات الماء و يتم تحويله إلى كربونات. و تشكل هذه الكربونات ، إلى جانب أيونات الكالسيوم ، أصداف كربونات الكالسيوم للعديد من الكائنات البحرية ، مثل المرجان و المحار. و عندما تموت هذه الكائنات ، تتفكك بقاياها و قد تغرق في قاع المحيط و تصبح تدريجيا جزءا من الرواسب. و تشكل هذه الرواسب في نهاية المطاف الحجر الجيري ، الذي يشكل أكبر خزان للكربون على وجه الأرض.
يمكن للأشجار الكبيرة طويلة العمر تخزين الكربون في أجسامها لعدة قرون. كبالوعة طويلة المدى (خزان الكربون) ، تخزن بقايا الكائنات الحية الكربون في شكل وقود أحفوري _ مثل الفحم والنفط والغاز الطبيعي _ في أعماق الأرض على مدى ملايين السنين. يمكن أن يعود الكربون المخزن في أعماق سطح الأرض إلى السطح والغلاف الجوي أثناء الانفجارات البركانية.
يؤدي حرق الوقود الأحفوري والخشب إلى إطلاق كميات كبيرة من ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي ، مما يؤدي إلى تغيير المناخ العالمي. بالإضافة إلى ذلك ، تؤثر إزالة الغابات وزيادة الممارسات الزراعية على دورة الكربون الطبيعية عن طريق تقليل كمية المواد العضوية في التربة ، وتقليل تخزين الكربون ، وزيادة مستويات غازات الاحتباس الحراري ، مثل الميثان ، في الغلاف الجوي.
