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碳循環：在地球上，碳是非常普遍的元素。在地球上全部四個主要的領域：生物圈、大氣層、水圈和岩石圈中都可以發現碳的存在。碳可同時存在於地球上有生命和無生命的部分，是生物體、大氣氣體、水和岩石的構成要素。在地球上各個領域中所含的碳並不會永遠停留在原處，相反的，碳會不斷地從一個領域移動到另一個領域，這個持續不斷的過程就是我們所謂的碳循環。碳循環對於地球是非常重要的，因為碳循環會影響到許多關鍵的生命過程例如光合作用和呼吸作用，碳循環並直接貢獻了化石燃料的生成，且對地球的氣候有很大的影響。
除了從隕石中所得到相對微量的碳以外，地球上碳的數量是固定的。不過，碳的數量在地球上的任一領域裡會因為碳循環的變化而增加或減少。如此的循環可想像成水庫(儲存碳的地方)和流動(水庫和水庫之間碳的移動)，而大氣層、生物圈、水圈和岩石圈就是水庫，碳從一個水庫移動到另一個水庫的過程就是流動。雖然碳在地球上非常的普遍，但純碳是很罕見的，大部分的碳通常都是和其他的元素結合而形成化合物。因此，當碳在移動或循環時也通常是伴隨著化合物一起，如二氧化碳和甲烷(沼氣)
許多將碳從一個地方移動到另一個地方的過程都是在不同的時間標度下發生的，有些在很短的時間內發生，例如光合作用，當植物從大氣中攝取二氧化碳的同時也將碳從大氣層中移動到生物圈中。有些碳循環的過程是經過很長時間才發生的，舉例來說，在海洋中，有碳酸鈣骨骼和外殼的生物死亡後它們那些無法分解的部分遺骸會沉入海底，當那些遺骸到達海床後，儲存在它們體內的碳會變成含碳豐富沈積物的一部份並且最終經由板塊運動一起攜帶入隱沒帶，並在此轉變成變質岩。這兩個例子顯示了在碳循環中發生的非常多樣化的過程。
一般來說，短期碳循環包括光合作用、呼吸作用和掠食者-獵物之間的碳轉換。在陸地上，大量的碳從大氣層經由光合作用傳送給植物，之後這些碳又因為植物和動物的呼吸和分解作用而流回大氣層。水生植物則是取用溶解在周圍水中的二氧化碳來行光合作用，並經由呼吸和分解作用將二氧化碳送回水裡。二氧化碳除了在植物和大氣層之間移動外也會經由擴散作用而在大氣層和水之間持續地雙向移動。長期的碳循環包含了較多的岩石圈過程，其包括含碳岩石的風化和侵蝕、沉積物中富碳植物和動物物質的堆積作用，以及這些沉積物在岩石循環中的緩慢移動。
完整的碳循環是由比在此探討之更為複雜的大氣層、生物圈、水圈和岩石圈之間的相互碳流動所組成，而這個角色扮演遊戲所教的碳循環則是較適合學生年齡的版本。雖然另外還有更多有關地球複雜的碳循環的具體細節，但這個版本將強調一些最重要的部分並教導學生碳是有限的及碳如何在地球不同的領域中移動的整體概念。在教導碳循環角色扮演之前，請詳閱在步驟章節內的表格來深入了解你的學生們將會學習到的碳流動細節。另欲知更詳細的碳循環資訊請查閱列於本課程計劃最後的資源和參考書目。
人類活動：在碳循環中雖然有自然變動，但人類一直以來不斷地以非自然的速率改變地球上的碳流動，最主要之人類所引起的碳循環改變導致了二氧化碳(CO2)和甲烷(CH4)在大氣層中的含量大量增加。造成此變化最大的原因是燃燒化石燃料，但其他行為像是砍伐森林、水泥製造、牛隻養殖以及稻米耕種也促成了碳循環的改變。
人類使用化石燃料像是石油、煤礦和天然氣來達成各種需求，包括提供汽車動力、發電、加熱或冷卻建築物以及物料的製造例如塑膠。化石燃料是經過數百萬年的時間從埋藏在地裡的植物和動物材料歷經了地底深處高溫高壓的劇烈變化所形成。一般來說，煤礦是來自於陸地植物材料，而石油和天然氣則主要是從微小的海洋植物和動物而來。當我們燃燒這些化石燃料時，我們同時也將長久以來一直深埋在地底的碳給釋放到了大氣層中。
有很多的原因可解釋為什麼砍伐森林會導致碳被釋放到大氣層中：第一，樹木被砍伐後通常被焚燒而立即地釋放出儲存在樹木裡的碳到大氣層中。第二，砍伐森林會同時對土壤的溫度和穩定性產生影響，因為土壤中含有大量的碳因此任何變化都會影響到儲存在土壤中的碳。砍伐森林會造成更嚴重的土壤侵蝕，因為已沒有樹木幫忙穩固土壤的結構。被侵蝕的土壤和其中含有的碳往往會流入河中和小溪中且最終流入海洋裡，將陸地的碳帶到了水圈中。在森林砍伐地區的土壤不但會因為沒有樹木的穩固而受侵蝕並且也經常被人們翻土作為農業耕地，耕作會將土壤翻動而釋放出藏在土裡的二氧化碳氣體到大氣層中。在砍伐森林後土壤的溫度會增加因為土壤將不再被樹葉遮蔽著，所造成土壤溫度的上升會加快細菌分解作用的速率，而導致更多的碳釋放到大氣層中。
製造水泥的過程會釋放二氧化碳氣體到大氣層中。要製造水泥必須將碳酸鈣在窯中加熱而產生石灰和二氧化碳，石灰會與其他材料混合在一起製成水泥，但二氧化碳則會被釋放到大氣層中。在美國，這些過程每年就釋放了大約七百到一千萬公噸的碳。雖然不算是二氧化碳排放量最多的產業，水泥製造在全世界仍然是一個重大且成長中的碳排放來源。
牛隻養殖和稻米耕種都會釋放甲烷氣體到大氣層中。經常淹滿水的稻米田地被認為是釋放最多甲烷的甲烷釋放者之一，當稻米田地淹滿了水時，水底下的有機物質經過分解後便會釋放出甲烷，此現象也發生於天然溼地。牛隻養殖也造成了大量的甲烷排放；牛隻打嗝和排氣會釋放出甲烷，因為在牛腸道中的細菌分解食物並轉化部份食物成甲烷氣體。牛隻養殖和稻米耕種在全世界都在不斷地增加中因此這些溫室效應氣體的來源也越來越令人擔心，甲烷排放尤其更需要關注因為甲烷是比二氧化碳威力更強的溫室氣體，這表示每一分子的甲烷比起每一分子的二氧化碳暖化地球的程度更大幅地提高許多。
由於二氧化碳(CO2)和甲烷(CH4)是能夠幫助地球控制溫度的溫室氣體，因此人為增加大氣中的碳濃度會導致全球的氣候變遷。這些改變包括溫度增加、海平面上升、降雨模式的改變、不斷增多且增強的暴風雨以及生物的滅絕。尤其因為我們對於碳循環所造成之劇烈且重大的變化，在人類歷史的當下去了解碳循環更是特別的重要。
人們正開始採取許多不同的行動來試著減緩氣候變遷的速度，他們正試圖減少已排放到大氣中的碳量並同時捕捉大氣中的碳儲存在他處。有些減少大氣碳排放量的方法包括少開車、使用能源效率電器、轉換成太陽能或風力發電以及從發電廠和其他固定污染源捕捉碳並注入地底封存；這樣的技術叫做碳捕捉和封存或是碳吸存，且人們很久以前就已經使用這項技術於油田了。科學家們正在著手研究碳捕捉和封存的方法並試著決定這項技術是否能被大規模地使用來幫助減緩氣候變遷，藉由真正地將碳從大氣層中移除來減輕氣候變遷可用許多不同的方法來達成：只要種更多的樹就可以將碳從大氣層中移除，因為植物會從大氣中吸收碳來進行光合作用。其他從大氣層中移除二氧化碳的方法包括捕捉二氧化碳氣體並將其轉化回可用的燃料，這是個正在進行中的研究課題，雖然現在有許多可行的方法來減少大氣中的碳含量，但未來的發展仍然有其他的可能性。
