В біологічному круговороті вуглецю беруть участь тільки органічні сполуки і діоксид вуглецю; фотосинтез і дихання повністю комплементарних. Весь асимілюватися в процесі фотосинтезу вуглець включається до вуглеводи, а в процесі дихання вуглець, що міститься в органічних сполуках, перетворюється на діоксид вуглецю.
Великі фонди вуглецю неорганічного походження - атмосферне діоксид вуглецю, розчинений діоксид вуглецю (головним чином у формі HCO3-), вугільна кислота і карбонатні відклади - беруть участь у кругообігу вуглецю в різного ступеня. Обмін між вуглецем, що містяться в вивержених породах, відкладеннях карбонату кальцію, кам'яному вугіллі і нафті, і іншими більш активними його фондами відбувається настільки повільно, що вплив цього вуглецю на короткострокове функціонування екосистем незначно.
У вирі СО2 атмосферне фонд дуже невеликий, у порівнянні з запасами вуглецю в океанах, у викопному паливі та інших резервуарах земної кори. Вважають, що до настання індустріальної ери потоки вуглецю між атмосферою, материками і океанами були збалансовані.
В основі цього балансу лежить регулююча діяльність зелених рослин і поглинаюча здатність карбонатної системи моря. Коли більше 2 млрд. років тому на Землі з'явилося життя, атмосфера складалася з вулканічних газів. У ній було багато СО2 і мало кисню (а бути може, його не було зовсім), і перші організми були анаеробними. У результаті того, що продукція в середньому перевершувала дихання злегка, за геологічний час в атмосфері накопичився кисень і зменшився вміст СО2. Накопиченню кисню сприяли також геологічні і чисто хімічні процеси, наприклад вивільнення його з оксидів заліза або освіту відновлених сполук азоту і розщеплення води ультрафіолетовим випромінюванням з виділенням кисню. Низький вміст СО2 , Також як високі концентрації О2 служать Лімітуючими факторами для фотосинтезу: для більшості рослин характерне збільшення інтенсивності фотосинтезу, якщо в експерименті збільшується вміст CО2 або знижується вміст О2. Таким чином, зелені рослини виявляються досить чутливим регулятором змісту цих газів.
Фотосинтезуючі "зелений пояс" Землі і карбонатна система моря підтримують постійний рівень вмісту СО2 в атмосфері. Але в останньому столітті стрімко зростаючий споживання горючих копалин разом зі зменшенням поглинальної здатності "зеленого поясу" починає переважати можливості природного контролю, так що вміст СО2 в атмосфері, зараз поступово зростає. Дійсно, найбільш суттєво схильні потоки речовин на вході і на виході невеликих обмінних фондів. Вважають, що на початку промислової революції (приблизно 1800 р.) в атмосфері Землі містилося близько 290 частин СО2 на мільйон (0,029%). У 1958 р., коли були вперше проведені точні вимірювання, зміст склало 315, а в 1960 р. воно виросло до 335 частин на мільйон. Якщо концентрація вдвічі перевищить доіндустріальною рівень, що може статися до середини майбутнього століття, ймовірно потепління клімату Землі: температура в середньому підвищиться на 1,5 - 4,5 ° С, і це, разом з підйомом рівня моря (в результаті танення полярних шапок) і зміною розподілу опадів може погубити сільське господарство.
Вважають, що в наступному столітті може встановитися нове, але ненадійна рівновагу між увеліченіемсодержанія СО2 (сприяє розігріву Землі) і посиленням забруднення атмосфери пилом та іншими частинками, що відображають випромінювання і цим охолоджуючими планету. Будь-яке значне результуюче зміна теплового бюджету Землі тоді вплине на клімат.
Основним джерелом надходження "парникового газу" СО2счітается спалювання горючих копалин, однак свій внесок вносять також розвиток сільського господарства і зведення лісів. Може здатися дивним, що сільське господарство в кінцевому рахунку призводить до втрати СО2із грунту (тобто вносить в атмосферу більше, ніж забирає звідти), але справа в тому, що фіксація СО2 сільськогосподарськими культурами, багато з яких активні лише частину року, не компенсує кількості СО2, вивільняються з грунту, особливо в результаті частої оранки. Ліси - важливі накопичувачі вуглецю, так як у біомасі лісів міститься в 1,5 рази, а в лісовому гумусі - в 4 рази більше вуглецю, ніж в атмосфері. Зведення лісу, зрозуміло, може вивільнити вуглець, накопичений в деревині, особливо якщо вона негайно спалюється. Знищення лісу, особливо при подальшому використанні цих земель для сільського господарства або будівництва міст, призводить до окислення гумусу.
Крім СО2в атмосфері присутні в невеликих кількостях ще дві сполуки вуглецю: оксид вуглецю (СО) - приблизно 0,1 частини на мільйон і метан (СH4) - близько 1,6 частини на мільйон. Як і СО2, ці з'єднання перебувають у швидкому круговороті і тому мають невеликий час перебування в атмосфері - близько 0,1 року для СВ; 3,6 року для СH4 і 4 роки для СО2.
І СО, і СH4 утворюються при неповному або анаеробному розкладанні органічної речовини; в атмосфері обидва окислюються до СО2. Стільки ж СО, що потрапляє в атмосферу в результаті природного розкладання, вноситься до неї зараз при неповному згорянні горючих копалин, особливо з вихлопними газами. Накопичення монооксиду вуглецю - цього смертельного отрути для людини - в глобальному масштабі не являє собою загрози, але в містах, де повітря застоюється, підвищення концентрації цього газу в атмосфері починає ставати загрозливим, досягаючи 100 частин на мільйон.
Виробництво метану - одна з найважливіших функцій водно-болотистих угідь і мілководних морів світу. Метан, як вважають, має корисну функцію: він підтримує стабільність озонового шару у верхній атмосфері, який блокує смертельно небезпечне ультрафіолетове випромінювання Сонця.