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（1）由于地球系统本身就是一个开放的、远离平衡的、具有组织功能的、复杂的、不断运动与变化的、具有非线性的巨系统。所以碳循环也一样具有非线性特征，既不是完全确定性的，也不是完全不确定性的，是十分复杂的。
（2）地球系统的碳循环是以碳汇与碳源的基本形式来实现的。碳汇是指碳的存储方式和存储仓库，碳源是指碳的释放或供给的源地。碳汇是碳循环的阶段性的终端，碳源是碳循环的起点。在地球系统的全部过程中，如地壳、大气、海洋、生物及人类活动中，无不包含碳循环过程。
（3）有机碳循环是通过生物的细胞级循环（植物的光合作用、动物的呼吸）、植物级循环（植物吸收CO 2 而生长，死亡后分解释放的CO 2 ）、食物链循环（植物被动物吞食后转化为动物组织，并沿食物链方式循环）、生物地球化学循环（包括地球生物系统中人类活动等引起的CO 2 释放，如植物从大气和水中可利用的CO 2 约占6%~7 %，其中1/3被呼吸消耗并重返大气或水中,2/3则成为植物的机体）和地球碳循环（包括陆地生态系统、海洋生态系统的海洋深层与表层间、海水与大气间的碳循环），以上5种有机碳的循环方式是相互联系，相互作用的，如图2.1和图2.2所示。大气中的无机碳（CO 2 ）经生物吸收后转化成有机碳，经腐烂、燃烧、分解后又恢复成无机碳（CO 2 ）形成碳循环。
（4）无机碳的循环包括：①地壳地幔释放CO 2 及其进入大气层，并被生物吸收转化为有机碳的过程；②地壳中的CO 2 等气体溶入水中，汇入海洋，沉积在海底形成CaCO 3 ，即石灰岩，或被水中生物吸收并转化成有机碳的循环过程。CO 2 在常温常压下水中的溶解度为3.2 g/L,在海洋中的溶解度为大气中的56倍。岩石在风化过程中吸收CO 2 ，并将岩石中的CaCO 3 /CaHCO 3 转化成CO 2 一起沉积在海洋底部，形成石灰岩（CaCO 3 ），再经地壳运动上升成为陆地，再经风化与雨水转化成水的CO 2 回到海洋再沉积的循环过程。
（5）地球系统碳循环的方式。
●生物过程：无机碳（CO 2 ）经生物过程转化为有机碳（生物机体），生物机体经分解后又转化为无机碳（CO 2 ）回归自然，参与气候变化；
●地质过程：无机碳（CaCO 3 /CaHCO 3 ）吸收大气中的CO 2 风化并溶解于H 2 O中，汇入大海，形成CaCO 3 石灰岩沉积，经地壳运动上升成陆地；重复循环也可能是CO 2 经水中生物吸收后转化成为有机态碳而沉积在水底，或经呼吸过程而回归大气。
地球系统的碳循环方式，可以是从无机碳到有机碳，再回归无机碳的过程，也可以是从无机碳到无机碳的过程。
（6）地球系统碳循环的通量。
陆地生物圈与地球之间的碳通量为10 15 ~10 17 g/a;
地球化学过程的碳通量是10 13 ~10 14 g/a。
（7）地球系统的碳汇与碳源。
地球系统的碳汇（Carbon Sink）与碳源（Carbon Source）两者是密不可分的，一般既是碳汇又是碳源，有时以碳汇功能为主，有时则以碳源为主，情况复杂，具有明显的非线性特征。
图2.1 碳（C）元素在自然界的循环模型流程图（王明星,2001）
图2.2 地球上的碳库：生物圈、海洋和大气及其他碳库之间的CO 2 循环（曲建升等,2000）
●大气圈的碳汇与碳源功能：大气圈既有吸收和存储碳的功能，又有供给碳的功能。大气中碳的储量在北半球具有明显的季节变化，变差达10~15 ppm;而南半球与赤道地区则不明显，显然与森林作用有关。
●海洋圈的碳汇与碳源功能：海洋中的碳有4种形式，溶解的无机碳（DIC）、溶解的有机碳（DOC）、有机碳颗粒（POC）和海洋生物。海洋生物群是相对较小的碳汇（库），其中生物固定的碳为3×10 3 g,但对海洋中碳元素的分布状况有很大的影响。DOC包括氨基酸、脂肪酸、糖类、酚类、固醇类等，总量为10.000×10 15 g,CIC的总量约为38.000×10 15 g,海洋的表层只有700×10 15 g。海洋的碳通量随季节变化小。海洋主要吸收碳，而碳的释放量很少。
●陆地生物圈的碳汇与碳源功能：陆地生物量为560×10 15 g,其中森林占90 %，凋落物的储量为60×10 15 g。土壤也属于生物圈，它是最大的碳汇，储量约为1400×10 15 ~1500×10 15 g。土壤碳因其周转时间的不同分为活性、缓性和惰性碳汇3种基本类型。
●岩石圈的碳汇与碳源功能：总储量约9.0×10 7 ×10 15 g。其中化石燃料中的碳存储量约为5000×10 15 ~10000×10 15 g;沉积岩，尤其是碳酸岩的存储量为7.0×10 7 ×10 15 g。地壳与地幔通过地震与断层，火山与温泉释放的CO 2 气体数量巨大，暂时还没有定量的数据。
M·马利诺夫斯基认为，生物圈的碳循环具有明显的周期节律性与不确定性等特征，如0.08 Ma（百万年）,0.125 Ma,0.250 Ma,0.37 Ma,0.50 Ma,0.75 Ma,1.00 Ma,2.00 Ma。生物碳循环节律具有明显的不确定性和不对称特征，它与银河系年盛，天文周期性有关。
B·什沃罗洛特金，地壳深部裂谷的排气过程也存在着2~3,6~7年的排气节律，也和温泉的间歇泉一样，反映排气周期的不确定性。