Chu trình carbon
Trong sinh quyển

Carbon là thành phần thiết yếu của sự sống trên Trái Đất. Khoảng một nửa trọng lượng khô của phần lớn các sinh vật là carbon. Nó có vai trò quan trọng trong kết cấu, hóa sinh học và dinh dưỡng của mọi tế bào. Các sinh khối giữ khoảng 575 tỉ tấn carbon, phần lớn trong số này dưới dạng gỗ. Đất giữ khoảng 1.500 tỉ tấn, chủ yếu dưới dạng carbon hữu cơ, và có lẽ với khoảng một phần ba của nó là các dạng carbon vô cơ, như carbonat calci.
Sinh vật tự dưỡng là các sinh vật có khả năng tạo ra các hợp chất hữu cơ của chính chúng bằng cách sử dụng carbon dioxide từ không khí hay từ trong nước mà trong đó chúng sống. Để làm điều này, chúng cần có nguồn năng lượng từ bên ngoài. Gần như mọi sinh vật tự dưỡng đều sử dụng bức xạ mặt trời (ánh nắng) để có nguồn năng lượng này, và vì thế quá trình sản xuất của chúng được gọi là quang hợp. Một lượng nhỏ sinh vật tự dưỡng khai thác các nguồn năng lượng hóa học trong quá trình gọi là hóa tổng hợp. Các sinh vật tự dưỡng quan trọng nhất của chu trình carbon là cây cối trong các khu rừng trên cạn và các thực vật phiêu sinh trên mặt đại dương. Quá trình quang hợp về cơ bản có thể coi là tuân theo phản ứng sau: 6CO2 + 6H2O → C6H12O6 + 6O2.
Carbon được di chuyển trong phạm vi sinh quyển như là nguồn thức ăn của các sinh vật dị dưỡng, khi chúng ăn các sinh vật khác hay các bộ phận của sinh vật khác (như hoa, quả, củ). Quá trình này cũng bao gồm cả việc hấp thụ các vật chất hữu cơ từ sinh vật chết của nấm và vi khuẩn (trong quá trình lên men hay phân hủy).
Phần lớn carbon rời khỏi sinh quyển thông qua hô hấp. Khi có mặt oxy, hô hấp hiếu khí diễn ra và giải phóng carbon dioxide vào không khí hay nước bao quanh, tuân tho phản ứng: C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O. Khi không có oxy, hô hấp kị khí xảy ra và giải phóng methan vào môi trường xung quanh, và cuối cùng là thoát vào khí quyển hay thủy quyển (như khí đầm lầy hay khí thoát ra từ trung tiện).
Sự đốt cháy sinh khối (như cháy rừng, đốt củi gỗ để lấy nhiệt v.v.) cũng chuyển một lượng đáng kể carbon vào khí quyển.
Carbon cũng luân chuyển trong phạm vi sinh quyển khi vật chất hữu cơ chết (như than bùn) nập vào trong địa quyển. Mai hay vỏ của động vật chứa calci carbonat cuối cùng cũng có thể chuyển thành đá vôi thông qua quá trình trầm tích hóa.
Còn nhiều vấn đề với chu trình carbon trong lòng biển thẳm cần phải nghiên cứu thêm. Chẳng hạn, phát hiện gần đây cho thấy các sinh vật sống đuôi có cuống (Appendicularia) tạo ra một lượng lớn các ổ dịch nhầy, tới mức chúng có thể chuyển cả một lượng lớn carbon vào lòng biển thẳm, cũng lớn như đã được phát hiện trước đây bởi các bẫy trầm tích. Do kích thước và thành phần của chúng, các ổ này hiếm khi thu thập được trong các bẫy trầm tích, vì thế phần lớn các phân tích sinh địa hóa học đã bỏ qua chúng một cách sai lầm.
Carbon lưu giữ trong sinh quyển chịu ảnh hưởng của một số quá trình ở các thang thời gian khác nhau. Trong khi sản xuất chủ đạo ròng tuân theo chu kỳ hàng ngày và chu kỳ mùa, carbon có thể được lưu giũ tới vài trăm năm trong cây gỗ và tới hàng nghìn năm trong đất. Các thay đổi trong các vũng carbon dài hạn này (như chặt phá hay trồng rừng hoặc thông qua các thay đổi có liên quan tới nhiệt độ trong sự hô hấp của đất) có thể ảnh hưởng tới sự thay đổi khí hậu toàn cầu.