Untuk reaksi termonuklir yang melibatkan karbon yang memberikan tenaga bagi beberapa bintang, lihatsiklus CNO.
Siklus karbon adalah siklusbiogeokimia di mana karbon dipertukarkan antarabiosfer,geosfer,hidrosfer, danatmosfer Bumi (objek astronomis lainnya bisa jadi memiliki siklus karbon yang hampir sama meskipun hingga kini belum diketahui).
Dalam siklus ini terdapat empat reservoir karbon utama yang dihubungkan oleh jalur pertukaran. Reservoir-reservoir tersebut adalah atmosfer, biosfer teresterial (biasanya termasuk pulafreshwater system dan material non-hayati organik seperti karbon tanah (soil carbon)),lautan (termasukkarbon anorganik terlarut dan biota laut hayati dan non-hayati), dansedimen (termasukbahan bakar fosil). Pergerakan tahuan karbon, pertukaran karbon antar reservoir, terjadi karena proses-proses kimia, fisika, geologi, dan biologi yang bermaca-macam. Lautan mengadung kolam aktif karbon terbesar dekat permukaan Bumi, namun demikianlaut dalam bagian dari kolam ini mengalami pertukaran yang lambat dengan atmosfer.
Neraca karbon global adalah kesetimbangan pertukaran karbon (antara yang masuk dan keluar) antar reservoir karbon atau antara satu putaran (loop) spesifik siklus karbon (misalnya atmosfer - biosfer). Analisis neraca karbon dari sebuah kolam atau reservoir dapat memberikan informasi tentang apakah kolam atau reservoir berfungsi sebagai sumber (source) atau lubuk (sink) karbon dioksida.
Diagram dari siklus karbon. Angka dengan warna hitam menyatakan berapa banyak karbon tersimpan dalam berbagai reservoir, dalam miliar ton ("GtC" berarti Giga Ton Karbon). Angka dengan warna biru menyatakan berapa banyak karbon berpindah antar reservoir setiap tahun. Sedimen, sebagaimana yang diberikan dalam diagram, tidak termasuk ~70 juta GtC batuan karbonat dan kerogen
Bagian terbesar dari karbon yang berada diatmosfer Bumi adalah gaskarbon dioksida (CO2). Meskipun jumlah gas ini merupakan bagian yang sangat kecil dari seluruh gas yang ada di atmosfer (hanya sekitar 0,04% dalam basis molar, meskipun sedang mengalami kenaikan), namun ia memiliki peran yang penting dalam menyokong kehidupan. as-gas lain yang mengandung karbon di atmosfer adalahmetan dankloroflorokarbon atau CFC (CFC ini merupakan gas artifisial atau buatan). Gas-gas tersebut adalahgas rumah kaca yang konsentrasinya di atmosfer telah bertambah dalam dekade terakhir ini, dan berperan dalampemanasan global.
Karbon diambil dari atmosfer dengan berbagai cara:
Ketika matahari bersinar,tumbuhan melakukanfotosintesa untuk mengubah karbon dioksida menjadikarbohidrat, dan melepaskanoksigen ke atmosfer. Proses ini akan lebih banyak menyerap karbon pada hutan dengan tumbuhan yang baru saja tumbuh atau hutan yang sedang mengalami pertumbuhan yang cepat.
Pada permukaan laut ke arah kutub, air laut menjadi lebih dingin dan CO2 akan lebih mudah larut. Selanjutnya CO2 yang larut tersebut akan terbawa olehsirkulasi termohalin yang membawa massa air di permukaan yang lebih berat ke kedalaman laut atau interior laut (lihat bagiansolubility pump).
Di laut bagian atas (upper ocean), pada daerah dengan produktivitas yang tinggi, organisme membentuk jaringan yang mengandung karbon, beberapa organisme juga membentuk cangkang karbonat dan bagian-bagian tubuh lainnya yang keras. Proses ini akan menyebabkan aliran karbon ke bawah (lihat bagianbiological pump).
Pelapukan batuan silikat. Tidak seperti dua proses sebelumnya, proses ini tidak memindahkan karbon ke dalam reservoir yang siap untuk kembali ke atmosfer. Pelapukan batuan karbonat tidak memiliki efek netto terhadap CO2 atmosferik karena ion bikarbonat yang terbentuk terbawa ke laut di mana selanjutnya dipakai untuk membuat karbonat laut dengan reaksi yang sebaliknya (reverse reaction).
Karbon dapat kembali ke atmosfer dengan berbagai cara pula, yaitu:
Melalui pernapasan (respirasi) oleh tumbuhan dan binatang. Hal ini merupakanreaksi eksotermik dan termasuk juga di dalamnya penguraian glukosa (atau molekul organik lainnya) menjadi karbon dioksida dan air.
Melalui pembusukan binatang dan tumbuhan.Fungi ataujamur danbakteri mengurai senyawa karbon pada binatang dan tumbuhan yang mati dan mengubah karbon menjadi karbon dioksida jika tersedia oksigen, atau menjadimetana jika tidak tersedia oksigen.
Melaluipembakaran material organik yang mengoksidasi karbon yang terkandung menghasilkan karbon dioksida (juga yang lainnya seperti asap). Pembakaranbahan bakar fosil sepertibatu bara, produk dari industri perminyakan (petroleum), dangas alam akan melepaskan karbon yang sudah tersimpan selama jutaan tahun di dalam geosfer. Hal inilah yang merupakan penyebab utama naiknya jumlah karbon dioksida di atmosfer.
Produksisemen. Salah satu komponennya, yaitukapur ataugamping ataukalsium oksida, dihasilkan dengan cara memanaskan batu kapur atau batu gamping yang akan menghasilkan juga karbon dioksida dalam jumlah yang banyak.
Di permukaan laut di mana air menjadi lebih hangat, karbon dioksida terlarut dilepas kembali ke atmosfer.
Erupsi vulkanik atau ledakan gunung berapi akan melepaskan gas ke atmosfer. Gas-gas tersebut termasukuap air, karbon dioksida, danbelerang. Jumlah karbon dioksida yang dilepas ke atmosfer secara kasar hampir sama dengan jumlah karbon dioksida yang hilang dari atmosfer akibat pelapukan silikat; Kedua proses kimia ini yang saling berkebalikan ini akan memberikan hasil penjumlahan yang sama dengan nol dan tidak berpengaruh terhadap jumlah karbon dioksida di atmosfer dalam skala waktu yang kurang dari 100.000 tahun.
Sekitar 1900gigaton karbon ada di dalam biosfer.Karbon adalah bagian yang penting dalam kehidupan di Bumi. Ia memiliki peran yang penting dalam struktur,biokimia, dannutrisi pada semuaselmakhluk hidup. Dan kehidupan memiliki peranan yang penting dalam siklus karbon:
Autotroph adalah organisme yang menghasilkan senyawa organiknya sendiri dengan menggunakan karbon dioksida yang berasal dari udara dan air di sekitar tempat mereka hidup. Untuk menghasilkansenyawa organik tersebut mereka membutuhkan sumber energi dari luar. Hampir sebagian besarautotroph menggunakan radiasi matahari untuk memenuhi kebutuhan energi tersebut, dan proses produksi ini disebut sebagaifotosintesis. Sebagian kecilautotroph memanfaatkan sumber energi kimia, dan disebutkemosintesis.Autotroph yang terpenting dalam siklus karbon adalah pohon-pohonan di hutan dan daratan danfitoplankton di laut. Fotosintesis memiliki reaksi 6CO2 + 6H2O → C6H12O6 + 6O2
Karbon dipindahkan di dalam biosfer sebagai makananheterotrof pada organisme lain atau bagiannya (seperti buah-buahan). Termasuk di dalamnya pemanfaatan material organik yang mati (detritus) oleh jamur dan bakteri untukfermentasi ataupenguraian.
Sebagian besar karbon meninggalkan biosfer melalui pernapasan ataurespirasi. Ketika tersedia oksigen,respirasi aerobik terjadi, yang melepaskan karbon dioksida ke udara atau air di sekitarnya dengan reaksi C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O. Pada keadaan tanpa oksigen,respirasi anaerobik lah yang terjadi, yang melepaskan metan ke lingkungan sekitarnya yang akhirnya berpindah ke atmosfer atau hidrosfer.
Pembakaran biomassa (seperti kebakaran hutan, kayu yang digunakan untuk tungku penghangat atau kayu bakar, dll.) dapat juga memindahkan karbon ke atmosfer dalam jumlah yang banyak.
Karbon juga dapat berpindah dari bisofer ketika bahan organik yang mati menyatu dengan geosfer (seperti gambut). Cangkang binatang darikalsium karbonat yang menjadi batu gamping melalui proses sedimentasi.
Sisanya, yaitu siklus karbon di laut dalam, masih dipelajari. Sebagai contoh, penemuan terbaru bahwa rumahlarvaceanmucus (biasa dikenal sebagai "sinkers") dibuat dalam jumlah besar yang mana mampu membawa banyak karbon ke laut dalam seperti yang terdeteksi oleh perangkap sedimen[1]Diarsipkan 2007-09-27 diWayback Machine.. Karena ukuran dan kompisisinya, rumah ini jarang terbawa dalam perangkap sedimen, sehingga sebagian besar analisis biokimia melakukan kesalahan dengan mengabaikannya.
Penyimpanan karbon di biosfer dipengaruhi oleh sejumlah proses dalam skala waktu yang berbeda: sementaraproduktivitas primer netto mengikuti siklus harian dan musiman, karbon dapat disimpan hingga beberapa ratus tahun dalam pohon dan hingga ribuan tahun dalam tanah. Perubahan jangka panjang pada kolam karbon (misalnya melaluide- atauafforestation) atau melalui perubahan temperatur yang berhubungan dengan respirasi tanah) akan secara langsung memengaruhi pemanasan global.
Laut mengandung sekitar 36.000gigaton karbon, di mana sebagian besar dalam bentuk ion bikarbonat. Karbon anorganik, yaitu senyawa karbon tanpa ikatan karbon-karbon atau karbon-hidrogen, adalah penting dalam reaksinya di dalam air. Pertukaran karbon ini menjadi penting dalam mengontrolpH di laut dan juga dapat berubah sebagai sumber (source) atau lubuk (sink) karbon. Karbon siap untuk saling dipertukarkan antara atmosfer dan lautan. Pada daerahupwelling, karbon dilepaskan ke atmosfer. Sebaliknya, pada daerahdownwelling karbon (CO2) berpindah dari atmosfer ke lautan. Pada saat CO2 memasuki lautan, asam karbonat terbentuk:
CO2 + H2O⇌ H2CO3
Reaksi ini memiliki sifat dua arah, mencapai sebuah kesetimbangan kimia. Reaksi lainnya yang penting dalam mengontrol nilai pH lautan adalah pelepasan ion hidrogen dan bikarbonat. Reaksi ini mengontrol perubahan yang besar pada pH:
Model siklus karbon dapat digabungkan ke dalammodel iklim global, sehingga reaksi interaktif dari lautan dan biosfer terhadap nilai CO2 pada masa depan dapat dimodelkan. Ada ketidakpastian yang besar dalam model ini, baik dalam sub model fisika maupun biokimia (khususnya pada sub model terakhir). Model-model seperti itu biasanya menunjukkan bahwa ada timbal balik yang positif antara temperatur dan CO2. Sebagai contoh, Zeng dkk. (GRL, 2004[2]Diarsipkan 2007-02-12 diWayback Machine.) menemukan dalam model mereka bahwa terdapat pemanasan ekstra sebesar 0,6 °C (yang sebaliknya dapat menambah jumlah CO2 atmosferik yang lebih besar).
