貯蔵庫と流れ
地球の炭素はいくつかの貯蔵庫に分かれています。IPCC（2021年）によれば、産業化以前の大気には約590ギガトン炭素（GtC）、陸上植生に約450〜650GtC、土壌に約1,500〜2,400GtC、永久凍土に約1,400GtCがあります。海洋は約38,000GtCで最大の活性貯蔵庫であり、大部分は深層の溶存無機炭素です。岩石圏の石灰岩や堆積物には数千万GtC、化石燃料の埋蔵量も数千GtC規模です。貯蔵庫間の流れも大きく、陸上植物は光合成で毎年約120GtCを吸収し、ほぼ同量が呼吸と分解で大気に戻ります。海洋と大気は毎年約80GtCずつガスを交換します。海洋表層の植物プランクトンがつくった有機物が沈んで深層に炭素を運ぶ過程は「生物ポンプ」と呼ばれます。
速い循環と遅い循環
光合成、呼吸、海洋・大気交換からなる「速い炭素循環」は数年から数千年の規模で働きます。一方「遅い炭素循環」は数十万〜数百万年の規模で働きます。大気中の二酸化炭素は雨水に溶けて炭酸となりケイ酸塩岩を風化させ、その産物は川を通じて海に運ばれ炭酸塩岩として堆積します。プレートが沈み込むと炭素は火山活動で再び大気に戻ります。ウォーカー、ヘイズ、カスティング（1981年）は、気温が上がると風化が速まり二酸化炭素をより多く除去するこの過程が、地球の気候を長期的に安定させる「サーモスタット」だと説明しました。バーナー（2003年）はこの長期循環と化石燃料の形成が地質時代の大気組成を決めてきたことを整理しました。
人間による攪乱とフィードバック
レヴェルとスース（1957年）は人類が化石燃料を燃やして「大規模な地球物理学的実験」を行っていると警告し、キーリング（1960年）がハワイのマウナロアで始めた観測は、大気中の二酸化炭素が年々増える「キーリング曲線」を示しました。濃度は産業化以前の約280ppmから2023年には約420ppmに増えました。グローバル・カーボン・バジェット（フリードリングシュタインら、2023年）によれば、近年人間は化石燃料と土地利用変化で年約11GtCを排出し、そのうち約半分が大気に残り、約4分の1を海洋が、約4分の1を陸域生態系が吸収しています（サビンら、2004年、パンら、2011年）。海洋の吸収は代わりに海洋酸性化を引き起こし、サンゴや貝類を脅かします（ドニーら、2009年）。温暖化が永久凍土の融解や土壌呼吸を増やしてさらに炭素を放出させる正のフィードバックも懸念されています（シューアら、2015年）。こうした理解は温室効果研究とカーボンニュートラル政策の科学的基礎です。
よくある質問
- 炭素循環を簡単に言うと？
- 炭素が空気、海、動植物、土、岩の間を絶えず移動する地球全体の循環です。植物は炭素を吸収し、呼吸や燃焼は再び空気に戻します。
- 人間の活動は炭素循環をどう変えましたか？
- 化石燃料の燃焼と森林破壊によって、長く地中にあった炭素を大気に急速に放出し、大気中の二酸化炭素濃度は産業化以前より約50％高くなりました。
出典確認日：2026-10-26
参考文献
- IPCC (2021). Climate Change 2021: The Physical Science Basis, Chapter 5: Global Carbon and Other Biogeochemical Cycles and Feedbacks. Cambridge: Cambridge University Press.
- Friedlingstein, P., et al. (2023). Global Carbon Budget 2023. Earth System Science Data, 15(12), 5301–5369.
- Keeling, C. D. (1960). The concentration and isotopic abundances of carbon dioxide in the atmosphere. Tellus, 12(2), 200–203.
- Revelle, R., & Suess, H. E. (1957). Carbon dioxide exchange between atmosphere and ocean. Tellus, 9(1), 18–27.
- Berner, R. A. (2003). The long-term carbon cycle, fossil fuels and atmospheric composition. Nature, 426(6964), 323–326.
- Walker, J. C. G., Hays, P. B., & Kasting, J. F. (1981). A negative feedback mechanism for the long-term stabilization of Earth's surface temperature. Journal of Geophysical Research, 86(C10), 9776–9782.
- Sarmiento, J. L., & Gruber, N. (2006). Ocean Biogeochemical Dynamics. Princeton: Princeton University Press.
- Falkowski, P., et al. (2000). The global carbon cycle: A test of our knowledge of earth as a system. Science, 290(5490), 291–296.
- Sabine, C. L., et al. (2004). The oceanic sink for anthropogenic CO2. Science, 305(5682), 367–371.
- Pan, Y., et al. (2011). A large and persistent carbon sink in the world's forests. Science, 333(6045), 988–993.
- Archer, D. (2010). The Global Carbon Cycle. Princeton: Princeton University Press.
- Doney, S. C., Fabry, V. J., Feely, R. A., & Kleypas, J. A. (2009). Ocean acidification: The other CO2 problem. Annual Review of Marine Science, 1, 169–192.
- Schuur, E. A. G., et al. (2015). Climate change and the permafrost carbon feedback. Nature, 520(7546), 171–179.