碳循環是碳在地球生物圈、土壤圈、地圈、水圈和大氣圈之間進行交換的生物地球化學循環。 碳是生物化合物的主要成分，也是許多礦物如石灰石的主要成分。 與氮循環和水循環一起，碳循環包括一系列事件，這些事件對于使地球能夠維持生命至關重要。 它描述了碳在整個生物圈中被回收和再利用時的運動，以及碳封存到碳匯和從碳匯釋放的長期過程。 目前，陸地和海洋中的碳匯每年約占人為碳排放量的四分之一。

許多世紀以來，人類通過改變土地利用，以及最近從地圈中工業規模開采化石碳（煤炭、石油和天然氣開采以及水泥制造），擾亂了生物碳循環。 到 2020 年，大氣中的二氧化碳比工業化前水平增加了近 52%，迫使太陽對大氣和地球表面的加熱增加。 由于溶解的二氧化碳、碳酸和其他化合物，增加的二氧化碳還使海洋表面的酸度增加了約 30%，并從根本上改變了海洋化學。 大部分化石碳是在過去半個世紀中開采出來的，而且開采率繼續迅速上升，導致了人為造成的氣候變化。 由于地球系統巨大而有限的慣性，對碳循環和對人類文明至關重要的生物圈的xxx影響仍將展開。 恢復這一自然系統的平衡是一項國際優先事項，在《巴黎氣候協定》和可持續發展目標 13 中都有描述。

碳循環首先由 Antoine Lavoisier 和 Joseph Priestley 描述，并由 Humphry Davy 推廣。 全球碳循環現在通常分為以下通過交換途徑相互連接的主要碳庫：

• 氣氛
• 陸地生物圈
• 海洋，包括溶解的無機碳以及生物和非生物海洋生物群
• 沉積物，包括化石燃料、淡水系統和非生命有機材料。
• 地球內部（地幔和地殼）。 這些碳儲存通過地質過程與其他成分相互作用。

儲層之間的碳交換是各種化學、物理、地質和生物過程的結果。 海洋包含地球表面附近xxx的活性碳庫。大氣、海洋、陸地生態系統和沉積物之間的碳自然流動相當平衡； 因此，在沒有人為影響的情況下，碳含量將大致穩定。

地球大氣中的碳主要以兩種形式存在：二氧化碳和甲烷。 這兩種氣體都吸收并保留大氣中的熱量，并對溫室效應負有部分責任。 與二氧化碳相比，甲烷每單位體積產生更大的溫室效應，但它的濃度比二氧化碳低得多，而且比二氧化碳更短暫，這使得二氧化碳成為兩者中更重要的溫室氣體。

二氧化碳主要通過光合作用從大氣中去除，并進入陸地和海洋生物圈。 二氧化碳還直接從大氣中溶解到水體（海洋、湖泊等）中，并隨著雨滴從大氣中落下而溶解在降水中。 當溶解在水中時，二氧化碳與水分子發生反應并形成碳酸，從而導致海洋酸度升高。 然后它可以通過風化被巖石吸收。 它還可以酸化它接觸到的其他表面或被沖入海洋。

截至 2020 年，過去兩個世紀的人類活動使大氣中的碳含量增加了近 50%，主要以二氧化碳的形式存在，這既通過改變生態系統從大氣中提取二氧化碳的能力，又通過排放 直接，例如，通過燃燒化石燃料和制造混凝土。

在遙遠的未來（2 到 30 億年），由于太陽隨著年齡的增長而發生的預期變化，二氧化碳通過碳酸鹽-硅酸鹽循環被吸收到土壤中的速度可能會增加。 預期的太陽光度增加可能會加快地表風化的速度。 這最終將導致大氣中的大部分二氧化碳以碳酸鹽的形式被擠壓到地殼中。 一旦大氣中的二氧化碳濃度低于大約百萬分之 50（不同物種的容忍度不同），C3 光合作用將不再可能。