碳库与通量
地球上的碳分布在多个碳库中。据IPCC（2021年），工业化前大气中约有590吉吨碳（GtC），陆地植被约450至650GtC，土壤约1500至2400GtC，永久冻土约1400GtC。海洋约38000GtC，是最大的活跃碳库，主要以溶解无机碳形式存在于深海。岩石圈的石灰岩和沉积物储存数千万GtC，化石燃料储量也达数千GtC。碳库之间的通量也很大：陆地植物每年通过光合作用吸收约120GtC，几乎同等数量经呼吸和分解返回大气；海洋与大气每年交换约80GtC。表层浮游植物产生的有机物下沉、把碳带入深海的过程称为“生物泵”。
快循环与慢循环
由光合作用、呼吸和海气交换构成的“快碳循环”在数年至数千年尺度上运行，而“慢碳循环”则在数十万至数百万年尺度上运行。大气二氧化碳溶于雨水形成碳酸，风化硅酸盐岩石，产物经河流进入海洋并沉积为碳酸盐岩；板块俯冲后，碳又通过火山活动返回大气。沃克、海斯与卡斯廷（1981年）指出，气温升高会加快风化、移除更多二氧化碳，这一过程是长期稳定地球气候的“恒温器”。伯纳（2003年）总结了这一长期循环和化石燃料形成如何决定地质时期的大气成分。
人类扰动与反馈
雷维尔与休斯（1957年）警告人类燃烧化石燃料是在进行“大规模地球物理实验”；基林（1960年）在夏威夷莫纳罗亚开始的观测得出“基林曲线”，显示大气二氧化碳逐年上升，从工业化前约280ppm增至2023年约420ppm。全球碳收支（弗里德林斯坦等，2023年）显示，近年人类每年通过化石燃料和土地利用变化排放约11GtC，其中约一半留在大气，约四分之一被海洋吸收，约四分之一被陆地生态系统吸收（萨宾等，2004年；潘等，2011年）。海洋吸收也导致海洋酸化，威胁珊瑚和贝类（多尼等，2009年）。变暖使永久冻土融化、土壤呼吸增强，从而释放更多碳的正反馈同样令人担忧（舒尔等，2015年）。这些认识是温室效应研究和碳中和政策的科学基础。
常见问题
- 如何简单理解碳循环？
- 碳在空气、海洋、动植物、土壤和岩石之间不断迁移的全球循环。植物吸收碳，呼吸和燃烧又把碳送回空气。
- 人类活动如何改变了碳循环？
- 燃烧化石燃料和砍伐森林把长期埋藏地下的碳迅速释放到大气中，使大气二氧化碳浓度比工业化前高出约50%。
来源核查日期：2026-10-26
参考文献
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