Соединения углерода присутствуют в воздухе и в воде, а также входят в состав минералов. В воздухе углерод присутствует в форме двуокиси углерода (углекислого газа) — продукта дыхания. Углекислый газ попадает в атмосферу также благодаря вулканической активности и пожарам, особенно лесным пожарам. Человек увеличил поступление углекислого газа в атмосферу, сжигая ископаемое топливо.

Углерод и фотосинтез

Углерод присутствует в горючих полезных ископаемых, поскольку они имеют органическое происхождение. На протяжении многих тысячелетий останки животных и растений постепенно захоранивались под слоем осадочного материала, и углерод, входящий в состав их организмов, со временем превратился в горючие вещества.

Сжигание топлива приводит к образованию углекислого газа и выбросу его в атмосферу. До индустриальной революции содержание углекислого газа в атмосфере, по оценкам, составляло 0,028%. Сегодня этот показатель достиг примерно 0,0365% и продолжает быстро увеличиваться. Углекислый газ обладает парниковым эффектом, и многие ученые называют его основным виновником повышения температуры на Земле — так называемого глобального потепления.

Чтобы углерод стал доступен гетеротрофам (организмам, которые используют для питания готовые органические соединения растительного или животного происхождения), он должен входить в состав органических молекул. Растения, прокариоты, водоросли и другие содержащие хлорофилл автотрофы (организмы, которые сами синтезируют органические вещества из неорганических, используя внешний источник энергии) в процессе фотосинтеза превращают углекислый газ в углеводы.

Фотосинтезирующие организмы используют энергию света, чтобы перевести углерод из неорганической формы (углекислый газ) в органическую. В результате синтезируются углеводы — молекулы с большим количеством запасенной химической энергии. Фотосинтез возвращает углерод в биосферу, превращая его в более сложные химические соединения. Получается, что в ходе этого процесса солнечная энергия прямо или опосредовано питает практически всю жизнь на Земле.

Без фотосинтеза, жизнь — такая, как мы ее знаем, — была бы невозможна. Движение углерода между биосферой и неживой природой называется круговоротом углерода.