تعد دورة الكربون أو دورة ثاني أكسيد الكربون جزءًا مهمًا من الحياة اليومية، نظرًا لوفرة الكربون الموجود في جميع عناصر الحياة بما في ذلك الحيوانات والصخور والهواء والماء وغير ذلك، فإن دورة الكربون هي تلك التي تتحرك وتتغير باستمرار بسبب الطبيعة المتغيرة باستمرار للأشياء التي يتكون منها الكربون.
الكربون هو رابع أكثر العناصر شيوعًا الموجودة على الأرض وهو مسؤول عن غالبية أنواع الوقود البشري ويوجد في العديد من الخزانات المختلفة، تم العثور على الغالبية في الغلاف الصخري والذي يتكون من الصخور، يتم تخزين غالبية الكربون في كربونات رسوبية وكيروجينات بينما ينتشر الباقي بين المحيط والغلاف الجوي والكتلة الحيوية مثل النباتات والحيوانات والوقود الأحفوري، ويُعرف هذا باسم تخزين الكربون.
يتدفق الكربون بين كل خزان في تبادل يسمى دورة الكربون والتي تحتوي على مكونات بطيئة وسريعة، أي تغيير في الدورة ينقل الكربون من أحد الخزانات بوضع المزيد من الكربون الى الخزانات الأخرى، حيث تؤدي التغييرات التي تنشر غازات الكربون في الغلاف الجوي إلى ارتفاع درجات الحرارة على الأرض.
على المدى البعيد يبدو أن دورة الكربون بشكل عام تحافظ على توازن يمنع كل الكربون الموجود على الأرض من دخول الغلاف الجوي أو من تخزينه بالكامل في الصخور، حيث يساعد هذا التوازن في الحفاظ على درجة حرارة الأرض مستقرة نسبيًا مثل منظم الحرارة.
الأنشطة التي من صنع الإنسان مثل احتراق الوقود الأحفوري وتدفئة المنازل تطلق ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي، كما يؤدي التنفس من قبل البشر والحيوانات إلى إدخال الكربون في الغلاف الجوي على شكل ثاني أكسيد الكربون، تمتلك النباتات عملية تسمى التمثيل الضوئي والتي تمكنها من أخذ ثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي والماء من التربة لتكوين التمثيل الضوئي (السكريات والنشويات والكربوهيدرات والبروتينات)، وهكذا يصبح الكربون جزءًا من النباتات.
لا تصنع الحيوانات طعامها وتأكل النباتات أو الحيوانات الأخرى للبقاء على قيد الحياة، حيث يتم تقسيم الطعام الذي يتناولونه إلى سكريات ونشويات من خلال عملية تسمى التمثيل الغذائي، عندما تتنفس الحيوانات يعود ثاني أكسيد الكربون إلى الغلاف الجوي حيث تستخدمه النباتات مرة أخرى.
عندما تموت كل من النباتات والحيوانات فإنها تتحول إلى وقود أحفوري يتكون من الكربون على مدى ملايين السنين، يحدث هذا عندما تتحلل مواد التحلل مثل البكتيريا والفطريات إلى النباتات والحيوانات الميتة وتطلق الكربون المخزن بداخلها، عندما نحرق هذه الأنواع من الوقود الأحفوري فإنها تعود إلى الغلاف الجوي كثاني أكسيد الكربون، مرة أخرى ستستخدم النباتات الكربون من الغلاف الجوي وستبدأ العملية برمتها مرة أخرى.
ينتقل الكربون من نوع تخزين إلى آخر من خلال بعض المسارات المتعددة للتبادل وهذا هو السبب في أن حرق الوقود الأحفوري يساهم بشكل كبير في ظاهرة الاحتباس الحراري؛ لأن الكربون المنطلق من الوقود المحفوظ تحت الأرض يصبح مشبعًا بالهواء في الغلاف الجوي، مما يؤدي إلى مناخ أكثر دفئًا، إن أهم المسارات التي ينتقل عليها الكربون هي الغلاف الجوي والمحيطات والرواسب والوقود الأحفوري والمحيط الحيوي وانهيار الكتلة الحيوية وداخل الأرض.
ثاني أكسيد الكربون هو أحد غازات الدفيئة الذي يحبس الحرارة في الغلاف الجوي، بدونه وغيره من غازات الدفيئة سيكون هذا العالم كوكبًا متجمدًا، في المائة عام الماضية قمنا بحرق الكثير من الوقود الأحفوري لدرجة أن هناك حوالي 30٪ أكثر من ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي اليوم.
إن تبادل الكربون بين عدة خزانات مختلفة للتخزين من خلال العمليات البيولوجية والجيولوجية والكيميائية والفيزيائية المتعددة، تُعرف هذه العمليات بدورة الكربون، حيث تنقسم دورة الكربون إلى نوعين رئيسيين من الحركة يعرفان بالدورات السريعة والبطيئة، وفيما يلي تفصيل لكيفية عمل الاثنين:
لطالما كانت دورة الكربون تتقلب وتتغير استجابة للأحداث الكبرى مثل التغيرات في المناخ، على سبيل المثال عندما حدثت العصور الجليدية في الماضي تباطأت دورة الكربون بشكل ملحوظ، وعندما حدث هذا أدت البرودة إلى زيادة نمو العوالق النباتية مما زاد من تأثير التبريد على الأرض، عندما انتهت العصور الجليدية ارتفعت مستويات الكربون في الغلاف الجوي بشكل كبير استجابةً لذلك.
ومع ذلك مع إدخال الصناعة البشرية سرعان ما تضطرب دورة الكربون بتسريع تغيراتها الطبيعية، حيث يؤدي إزالة النباتات وحرق الوقود الأحفوري إلى إطلاق المزيد من الكربون في الغلاف الجوي والذي يجب عادةً إطلاقه ببطء مع عدم ترك النباتات لامتصاصه.