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全球范围的碳循环
碳循环概念的提出，起源于人类普遍关心的温室效应。
氧化碳气体若无休止地增长下去，温室效应就会愈演愈烈。
其实，大气中的二氧化碳气体也在不停地向土壤、水体等地球的其他圈层转移，这就是所谓的碳循环。现在已很清楚，碳循环影响大气中二氧化碳的浓度，从而改变日－地热辐射平衡，同时也改变了植物合成有机物质的速度和数量。
而全球碳的存有量约2.6×1016吨，但其中96.2％（2.5×1016吨）以碳酸盐的形式贮存于岩石中，如石灰岩、大理岩等，另外2.9％（7.5×1016吨)的碳是地层中的有机化合物，如煤、石油等。这些固体或液体状态的碳是全球碳循环的贮存库。实际上参与圈层间交换与循环的碳只占其总量的0.9％。在这部分参与循环的碳中，大气中的二氧化碳气体约占1.6％（3.74×1012吨），构成现存生物量的有机碳大约占1％（2.34×1012吨），其余的是海水中和海底沉积物中的固体碳了（1.8236×1014吨）。
碳的循环方式可以有5种：
1.细胞级循环，主要指植物的光合作用与动物的呼吸。
2.植物级循环，指植物吸收有机碳而生长，死亡后尸体分解并释放二氧化碳。
3.食物链循环，即植物的非木质化部分被吞食后转化为动物组织，并沿食物链传递。
4.生物地球化学循环，包括地球生物系统、人类活动（例如燃烧煤和石油）及火山活动等与大气的碳交换。例如陆地植物从大气和水中可利用的二氧化碳约占6～7％，其中1／3被呼吸消耗并重返大气或水中。
5.大范围循环，包括陆地生态系统与大气间、海水深层与表层间、海水与大气间的碳循环。
这5种方式共同存在，相互影响，相互制约。
实际上，在全球碳循环系统中，占全球面积70％的海洋比陆地作用更重要。因为大气中的二氧化碳气体除少量被陆地植物通过光合作用吸收外，绝大部分是通过海洋的物理－生化过程而同化吸收的，以固态碳的方式向海洋深部转移。就是说海洋浮游生物通过光合作用和呼吸作用，将空气中的二氧化碳转化为有机体。这些浮游生物又被消耗者吞食而进入食物链旅行，最终先后死亡而沉积在海底。
南大洋、北冰洋及其相邻海域就是全球最大的二氧化碳穴，寒冷气候条件及冷水环流使那里的海水含有丰富的氧和营养盐，可以供养庞大数量的浮游生物来吸收大气中的二氧化碳。根据计算，南大洋和北冰洋海域的营养盐每年可维持浮游生物消耗大约3×109t以上的碳，相当于人类向大气排放二氧化碳总量的一半。然而目前的实际吸收能力却只占理论能力的一半。究竟是什么因素限制着南大洋和北冰洋海域的浮游生物充分利用营养盐而大量繁殖，是当前科学家致力研究的重要问题。
另一个值得重视的二氧化碳穴是北极广阔的苔原冻土带。那里气候寒冷，土壤潮湿，在夏季极昼期持久的日光照射下，苔原植被可通过光合作用吸收大量大气中的二氧化碳气体，同时释放出氧气。冬季来临时，植物由于严寒而死亡，再加上冰雪覆盖，已经转换成枯死植物的固体碳便停留在地表。由于低温，土壤中的固体碳很难分解出二氧化碳气体或其他气态碳氢化合物。如此年复一年，大气中的二氧化碳便以这种方式源源不断地进入土壤，不再重新进入大气。然而，最近的观测资料表明，本应作为二氧化碳穴的北极苔原冻土带，全年释放二氧化碳及甲烷的总量甚至已经超过由光合作用而转换的固体碳量。二氧化碳穴反倒变成气态碳的源区，碳循环的方向出现逆转。造成这种现象的原因很可能是由于气候变暖而促使土壤中的固体碳加快分解。如果真的是这样，就的确是一个值得科学家严重关切的问题了。
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