碳是地球上储量最丰富的元素之一，自然界中的碳存储量为26×1015t，主要存储在五个碳库中。

地球上最大的两个碳库是岩石圈和化石燃料，其碳量约占地球上碳总量的99.9%。这两个库中的碳活动缓慢，实际上起着储存库的作用。

地球上还有三个碳库：大气圈库、水圈库和生物库。这三个库中的碳在生物和无机环境之间迅速交换，容量小而活跃，实际上起着交换库的作用。

 

 

碳循环分为两部分：

大气——陆地生态系统的生物循环

大气——海洋之间地球化学循环（碳的地质循环）

 

1.碳的生物循环过程

 

从图中可以看出，从大气中CO2——植物——动物——微生物之间的食物链水平上的循环。

（1）碳进入生物体的途径：是绿色植物光合作用

（2）碳在生物体之间的传递途径：是食物链

（3）碳返回大气的途径：是生物呼吸，微生物的分解作用。

大气中CO2通过海洋与大气界面进入海洋，通过海洋环流、海洋生物和海洋化学之间的关系转化为碳的化合物，从海洋上层进入到海洋深层（即大气——海洋之间循环）。

 

2.碳的地球化学循环

在这个过程中主要通过溶解度泵、生物碳酸盐泵、生物泵3个方面的作用，形成浓度梯度。

溶解度泵是由物理过程，如热通量、涡动、扩散等为媒介的碳的物理交换过程。

CO2溶解度是由温度决定的，温度降低，CO2溶解度增加，高纬度的冷水因密度增加易与中层水交换，结果使上层CO2转换至中深层次。

生物碳酸盐泵：海洋中有许多具有钙质壳的浮游植物，如球石藻，形成碳酸盐沉淀，降低海水中碳的含量。

 

生物泵：在海洋表层，浮游植物通过光合作用 将海洋中溶解的无机碳转化为有机碳，水中CO2分压下降，促进大气CO2向海水扩散，有机碳通过直接沉降或经食物链转化后 再    沉降到海底形成沉积物，从而使碳得以 从空气移到海洋表面，再从表面运移到深海中。      

生物泵是调节动力：如果没有海洋浮游植物通过光合作用吸收海水溶解的CO2，降低海洋表层CO2分压，海洋是不可能对大气CO2含量起调节作用。

 

 

 

人类活动对碳循环的干预，主要表现为加快碳的排放，导致大气中CO2等温室气体浓度不断升高。而人类活动主要是以下3个方面：

（1）化石燃料的使用：2000年-2005年，由于化石燃料和水泥工业平均碳排放已经达到每年72亿吨碳。   

（2）建筑、设施等需要的水泥，焚烧石灰石，释放CO2。   

（3）土地利用方式改变：造成土壤碳的排放仅次于化石燃料的燃烧。

 

从图中可以看出，大气中CO2浓度快速上升，特别是从1948年到2008年（60年时间），大气中CO2浓度上升了75ppm，年平均升高1.25ppm。

 

大气中CO2浓度升高，带来的后果就是温室效应增强，全球气候变暖。从图中可以看出，随着大气CO2浓度升高，气温也在不断升高。

 

 

温室效应增强，气温升高，会带来一系列的环境问题

（1）从生物圈上看，海平面上升，淹没大片的海岸湿地，陆地生物区系变化。

（2）从生态系统水平来看：

 ①在农业生态系统中，农作物减产，病虫害加重，影响牲畜食欲。

 ②在森林生态系统中，导致干旱，增加森林火灾风险，害虫增加，影响森林对物质的吸收。

 ③在水生生态系统中，使海洋静水层和沉淀层的微生物活动加快，水中含氧量减少，影响许多海洋生物生存，导致藻类繁殖速度加快，使鱼类产量减少。

（3）从生物群落来看，影响生物群落结构，使植物群落中有些优势种的竞争能力下降。

（4）从物种水平来看，加速物种的灭绝，加速某些物种的迁移

（5）从种群水平来看，改变某些草食性动物的食性，导致某些种群的相互作用强度增大。

（6）从个体水平来看，提高水分利用率，提高光合作用，促使作物生长，改变植物形态结构。